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        雙碳背景下新能源技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及展望

        2022-12-18 22:23:47安徽華電蕪湖發(fā)電有限公司苑景豐
        電力設(shè)備管理 2022年21期
        關(guān)鍵詞:電能太陽能發(fā)電

        安徽華電蕪湖發(fā)電有限公司 苑景豐

        我國消耗的能源比重最高的是石油、煤炭等能源,這些能源是不可再生且在使用的過程中會造成嚴(yán)重污染。在20世紀(jì)中期,在石油危機(jī)的作用下,人類社會深刻認(rèn)識到自然能源并非是取之不盡的,若盲目開采則會給子孫后代帶來巨大的危害。隨著化石能源的使用,環(huán)境污染、尤其是大氣污染等問題越發(fā)嚴(yán)重,所以重視新能源技術(shù)的開發(fā)和利用就成為了重點(diǎn)。我國具有極強(qiáng)的前瞻思維,在很早之前便已經(jīng)開展了新能源相關(guān)技術(shù)的研究,并取得了較為喜人的成果。

        1 新能源發(fā)電技術(shù)

        我國國土面積遼闊且各類清潔能源非常豐富,同時為了更快、更好的發(fā)展新能源技術(shù),我國開展了風(fēng)能、核能、水能、地?zé)崮艿榷喾矫娴奶剿鳌?/p>

        1.1 太陽能發(fā)電技術(shù)

        太陽能發(fā)展技術(shù)是我國最早研究的新能源技術(shù)之一,不僅可以用于冬季取暖等方面,還可以用于發(fā)電等方面。太陽能發(fā)電技術(shù)的原理是在光照充足的地區(qū)建立太陽能電池板,每日將收集到的大量的太陽能存儲起來后,通過發(fā)電技術(shù)將電能輸送到千家萬戶。同時,部分地區(qū)政府為了減少能源消耗,修建了太陽能路燈等公共基礎(chǔ)設(shè)施等,這種方法不僅有效利用了充足的太陽能,還減少石化能源的消耗,緩解了環(huán)境污染問題,為促進(jìn)雙碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供了巨大的支持。

        雖然太陽能技術(shù)的發(fā)展前景較好,但有部分技術(shù)難題需要克服。如,太陽能并非穩(wěn)定供應(yīng)的,而是受自然環(huán)境和日照時長等因素影響,若日照不足時易導(dǎo)致發(fā)電量減少,從而引起地區(qū)用電緊張等問題,所以需要在開發(fā)太陽能的同時,將傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)并入到發(fā)電環(huán)境中。另外,通過將光伏發(fā)電與水力發(fā)電結(jié)合到一起、熔鹽熱能與光伏發(fā)電結(jié)合到一起等方式,也可以有效避免太陽能發(fā)電的弊端。

        1.2 城市生活垃圾制氫

        城市的發(fā)展和經(jīng)營必然會制造大量的垃圾,特別是發(fā)達(dá)城市以及工業(yè)城市垃圾產(chǎn)量更是巨大。多數(shù)城市處理垃圾的方式為掩埋或集中焚燒等。前者需建立垃圾處理地點(diǎn),后者需在保證垃圾焚燒處理到位的同時降低垃圾堆環(huán)境的污染。垃圾焚燒的過程必然會產(chǎn)生的大量的煙霧,這些煙霧往往含有劇毒和刺激性氣味,燃燒的產(chǎn)物還會造成揚(yáng)塵污染。所以垃圾焚燒不僅會給周邊居民的生活環(huán)境帶來危害,還會引發(fā)環(huán)境危機(jī),所以如何處理城市生活垃圾就成為了研究的重點(diǎn)。

        熱解氣化技術(shù)可用于垃圾、尤其是生活垃圾的處理,采用該技術(shù)可有效避免垃圾焚燒給社會帶來的危害,因?yàn)槠渥罱K產(chǎn)物為一氧化碳和氫氣,兩者均可二次利用。處理后的產(chǎn)物通過用PSA或膜分離后作燃料或化工原料使用,實(shí)現(xiàn)生活垃圾處理的無害化和資源化處理,這為碳中和和碳達(dá)峰目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供了巨大的支持。

        1.3 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)

        我國擁有豐富的風(fēng)力資源并建立了大量的陸地和海上風(fēng)電站,在我國相關(guān)專家學(xué)者和從業(yè)人員的努力下,風(fēng)電技術(shù)已取得較大突破。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是一種在風(fēng)力資源較為豐富的區(qū)域布置風(fēng)電轉(zhuǎn)化設(shè)備,使風(fēng)能有效轉(zhuǎn)化為電能的一種綠色化能源轉(zhuǎn)換技術(shù)。我國風(fēng)電站多建立在人口稀少且風(fēng)能豐富的荒地或海上地區(qū)。但風(fēng)能的利用和太陽能一般也存在著不穩(wěn)定的問題,因?yàn)轱L(fēng)力大小依然受當(dāng)?shù)丨h(huán)境和天氣等因素的影響,若風(fēng)力等級變化較大等情況則可能引起風(fēng)電設(shè)備不穩(wěn)定,從而增加設(shè)備故障的頻率,最終導(dǎo)致發(fā)電量持續(xù)下降等。

        現(xiàn)階段為切實(shí)解決上述問題,當(dāng)前部分地區(qū)在布置風(fēng)電設(shè)備時,會通過將風(fēng)電設(shè)備與光伏發(fā)電設(shè)備布置在一起,其原理為:當(dāng)風(fēng)能資源豐富的同時會持續(xù)不斷地發(fā)電,當(dāng)風(fēng)力降低時光能依然發(fā)揮作用并將已經(jīng)存儲好的電能傳輸給用戶,避免電網(wǎng)功率下降等,這為實(shí)現(xiàn)電能的穩(wěn)定供應(yīng)提供了有利的先決條件。

        1.4 水力發(fā)電技術(shù)

        水力發(fā)電是我國傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)之一,建立水電站不僅可以緩解能源緊張的問題,還可以減少洪澇災(zāi)害發(fā)生?,F(xiàn)今水力發(fā)電技術(shù)已經(jīng)擴(kuò)大到潮汐能等方面。另外,水力發(fā)電技術(shù)具有以下優(yōu)勢:第一,水電工程不僅可以滿足發(fā)電需求,還較為穩(wěn)定,水能轉(zhuǎn)化效率較為優(yōu)越;第二,一般在修建水電站的同時往往會修建大壩,大壩工程不僅可以減少洪澇災(zāi)害,還為農(nóng)田灌溉等工程提供一定的支持。但是需要注意,水力發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用需要保證當(dāng)?shù)氐牡乩憝h(huán)境滿足需求。

        1.5 地?zé)岚l(fā)電技術(shù)

        隨著清潔能源的開發(fā)地?zé)崮茏呷氪蟊娨曇?,地?zé)崮軄碓从诘貧拥膸r漿等天然熱能,在開發(fā)地?zé)崮艿耐瑫r滿足人類的供暖需求。北方城市多建立了地?zé)嵯到y(tǒng)用于冬季供暖,這種方式不僅減少了電能的使用,還減少了燃煤等化石能源的使用,從而為綠色經(jīng)濟(jì)的實(shí)現(xiàn)提供了寶貴的幫助。但是地?zé)崮艿睦猛芾靡话?,受到地質(zhì)環(huán)境等方面的限制。

        2 新能源技術(shù)應(yīng)用盤點(diǎn)

        2.1 家庭智能電網(wǎng)

        家庭智能電網(wǎng)管理系統(tǒng)是由美國加州大學(xué)設(shè)計發(fā)明的一種“家庭能源管理系統(tǒng)”,經(jīng)估算智能管理系統(tǒng)每年能夠產(chǎn)生約兆瓦級別的電能裕量,是傳統(tǒng)家庭使用量的一半,水資源的消耗也僅是傳統(tǒng)家庭的三分之一。其特色是在于安裝了10千瓦時的鋰電池用于能源儲存,晚上用電高峰使用鋰電池中的儲存能源,白天則使用太陽能板吸收能量發(fā)電。智能管理系統(tǒng)可以根據(jù)用電的需求進(jìn)行電量的調(diào)節(jié),當(dāng)家庭中智能電網(wǎng)的能源充裕時,可以向供電網(wǎng)反向輸出電力,節(jié)約能源的整體消耗。

        2.2 鋁空氣電池技術(shù)

        鋁空氣電池技術(shù)是一個新型的電池技術(shù),能夠?yàn)殡妱悠囂峁?9小時的供電時間,能夠?qū)崿F(xiàn)1800公里的續(xù)航里程,期間無需停車充電。相比目前較為先進(jìn)比亞迪刀片電池、特斯拉三元鋰電池提升不少的性能。鋁空氣電池由一大塊鋁制成的厚面板,從空氣中吸收的氧氣和水參與了鋁空氣電池的化學(xué)作用,氧原子吸附在鋁合金表面,將單質(zhì)鋁氧化成氧化鋁,氧化反應(yīng)釋放熱量,轉(zhuǎn)化成能源,為汽車提供了持續(xù)的動力。單質(zhì)鋁的氧化在空氣中時時刻刻發(fā)生的,沒有限制條件,產(chǎn)生的氧化鋁包裹了鋁單質(zhì)的表面阻止了深層次的鋁單質(zhì)繼續(xù)被氧化的可能,因此,新型的鋁空氣技術(shù)新增了電解質(zhì)將表面的氧化層溶解,讓鋁的氧化反應(yīng)持續(xù)的發(fā)生。

        2.3 氫燃料電池汽車

        使用氫燃料電池的電動汽車的能夠?qū)崿F(xiàn)500公里的續(xù)航里程,并且加注燃料方面三分鐘內(nèi)完成加料,與加油汽車大致相當(dāng)。原理是將液態(tài)氫裝入容器中與空氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成水,這一過程會產(chǎn)生電能,電能輸送至發(fā)動機(jī),汽車獲得電能前進(jìn)。相對于鉛酸電池、鋰電池,氫燃料電池唯一的產(chǎn)物是水,不會造成污染,氫燃料的來源由新能源(風(fēng)能、太陽能)發(fā)電生產(chǎn),實(shí)現(xiàn)了能源行業(yè)到運(yùn)輸行業(yè)的零污染。

        2.4 晶科Eagle+組件

        晶科能源在2016年5月21日在上海某展會上推出“Eagle+”的太陽能新型組件,具有極高的能源利用率。新型太陽能組件“Eagle+”是晶科能認(rèn)證的“Eagle”組件的升級版本,其中運(yùn)行60片多晶硅晶片產(chǎn)生的電能可達(dá)275瓦,遠(yuǎn)高于市場同類量化產(chǎn)品的發(fā)電功率。晶科能源“Eagle+”系列組件,采用創(chuàng)新的電池片制造技術(shù)與組件封裝工藝,在環(huán)境溫度85℃、環(huán)境相對濕度85%的條件下,PIDFree性能是國際電工委員會(IEC)標(biāo)準(zhǔn)的10倍?!癊agle+”系列組件的全新技術(shù)參數(shù)和全新材料能夠在長周期使用后不會發(fā)生形變或者斷裂的現(xiàn)象,十分可靠。

        2.5 冷熱電三聯(lián)供

        冷熱電三聯(lián)供CCHP是以天然氣為主要燃料帶動燃?xì)廨啓C(jī)、微燃機(jī)或內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)等燃?xì)獍l(fā)電設(shè)備運(yùn)行,產(chǎn)生的電力供應(yīng)用戶的電力需求,系統(tǒng)發(fā)電后排出的余熱通過余熱回收利用設(shè)備向用戶供熱、供冷。作為傳統(tǒng)熱電聯(lián)產(chǎn)CHP的擴(kuò)展,冷熱電三聯(lián)供CCHP不僅可以滿足發(fā)電需求,同時釋放的熱量將成為副產(chǎn)品被回收利用,作為空間加熱、水加熱以及空間冷卻的熱源。該技術(shù)常應(yīng)用于建筑物的空調(diào)設(shè)備,而吸收式制冷機(jī)產(chǎn)生的電能與廢熱之比可通過變化來滿足特定的要求。

        與獨(dú)立的供熱與電力系統(tǒng)相比,冷熱電三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)不僅提高了能源效率、節(jié)約了能源,也降低了燃料和能源成本,因而更具有經(jīng)濟(jì)效益。而CCHP與例如沼氣等可再生能源的結(jié)合也進(jìn)一步促進(jìn)了能源轉(zhuǎn)型,同時通過二氧化碳減排為日益嚴(yán)重的溫室效應(yīng)做出貢獻(xiàn),潛力不容忽視。

        熱電聯(lián)產(chǎn)以天然氣為主要燃料,驅(qū)動燃?xì)廨啓C(jī)、內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)或微型燃?xì)廨啓C(jī)等燃?xì)獍l(fā)電設(shè)備運(yùn)行,產(chǎn)生的電能提供生產(chǎn)所需。發(fā)生燃?xì)鈾C(jī)組發(fā)電后排出的高溫高壓余熱燃?xì)馔ㄟ^余熱回收裝置,再次提高能源的利用率,為用戶提供冷、熱等能源。作為傳統(tǒng)能源熱電聯(lián)產(chǎn)模式的延伸,熱電聯(lián)產(chǎn)CCHP不僅可滿足電網(wǎng)電量的需求,而且釋放的熱量余熱還會進(jìn)一步利用作為發(fā)電副產(chǎn)品回收,作為空間環(huán)境大氣加熱、水體加熱和空間環(huán)境大氣冷卻的熱源。

        熱電聯(lián)產(chǎn)CCHP常用于建筑群體大型空調(diào)設(shè)備中,通過改變吸收式制冷機(jī)產(chǎn)生的電、熱來滿足特定的要求。與獨(dú)立的供熱系統(tǒng)相比不僅提高能力利用效率、節(jié)約了能源消耗量,而且降低能源使用成本,具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益。沼氣等可再生能源與熱電聯(lián)產(chǎn)結(jié)合也推動了能源轉(zhuǎn)型的進(jìn)一步升級。同時,通過減少二氧化碳排放改善了日益嚴(yán)重的溫室效應(yīng),其潛力不容忽視。

        3 “雙碳”政策目標(biāo)形勢下新能源技術(shù)發(fā)展

        3.1 從國家戰(zhàn)略發(fā)展角度看待新能源

        制定長遠(yuǎn)發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃。新的能源發(fā)展形勢下,為保證國家能源安全,必須實(shí)現(xiàn)能源生產(chǎn)的獨(dú)立性,為實(shí)現(xiàn)我國能源發(fā)展的可持續(xù)性及長遠(yuǎn)性,保證國家“碳達(dá)峰+碳中和”戰(zhàn)略目標(biāo)順利實(shí)現(xiàn),新能源行業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈參與者必著眼于長遠(yuǎn)的戰(zhàn)略目標(biāo),并制定發(fā)展規(guī)劃。針對能源行業(yè)無須競爭,加大了能源的消耗,應(yīng)統(tǒng)一合理規(guī)劃,在有序競爭、合理競爭的前提下進(jìn)一步壯大能源產(chǎn)業(yè)的國際市場競爭力;強(qiáng)化新能源規(guī)劃的引導(dǎo)作用。以新能源發(fā)電為例,國家能源局與地方政府應(yīng)合理規(guī)劃新能源裝機(jī)容量的增長規(guī)模,防止新能源發(fā)電企業(yè)野蠻、無序發(fā)展,有計劃的調(diào)整風(fēng)、水、光、火等發(fā)電企業(yè)存量比例,確保電網(wǎng)能夠穩(wěn)定消納新能源電力項(xiàng)目增幅,對新能源企業(yè)的技術(shù)資質(zhì)嚴(yán)格把關(guān),從而更好地推動行業(yè)穩(wěn)定有序發(fā)展。

        3.2 持續(xù)提升新能源產(chǎn)業(yè)研發(fā)、創(chuàng)新能力

        持續(xù)提升研發(fā)、創(chuàng)新能力,切實(shí)保證新能源行業(yè)發(fā)展目標(biāo)與社會發(fā)展的需求相適應(yīng),改革、創(chuàng)新、優(yōu)化、升級其產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。以新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)為例,目前我國新能源車輛已突破1000萬輛,相關(guān)企業(yè)共計約46萬家,2020年前三個季度新能源汽車相關(guān)企業(yè)注冊數(shù)量已突破5.3萬家,上漲47%。新能源汽車企業(yè)專利數(shù)量也正迅猛增長,北京車和家信息技術(shù)有限公司實(shí)用新型專利已突破380余件,其次為上海蔚來汽車、浙江領(lǐng)跑汽車。新能源汽車行業(yè)的發(fā)展正處于行業(yè)暴發(fā)期間,正確引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展方向,是新能源行業(yè)發(fā)展的一個重要研究課題。

        科學(xué)整合各類可利用資源,提升行業(yè)基礎(chǔ)研究水平和前沿技術(shù)的研發(fā)、產(chǎn)業(yè)應(yīng)用升級,實(shí)現(xiàn)水電技術(shù)、風(fēng)能技術(shù)、核能技術(shù)、太陽能發(fā)電技術(shù)以及各類節(jié)能減排技術(shù)和可再生能源技術(shù)的綜合發(fā)展,保證各類新能源資源的可循環(huán)利用。

        4 結(jié)語

        在我國促進(jìn)新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的同時,我國逐步實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代能源體系的重構(gòu)。新能源技術(shù)為緩解世界能源危機(jī)以及環(huán)境危機(jī)等提供了巨大的支持。面對全球越來越嚴(yán)格的碳減排和環(huán)保要求,光伏風(fēng)力發(fā)電、城市生活垃圾制氫技術(shù)等,這些新能源技術(shù)的綜合效益必然會被國家和企業(yè)深入挖掘,從而為碳中和和碳達(dá)峰目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)發(fā)揮應(yīng)有的作用。

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