作者:全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織

ISBN:9787519850753

出版社:中國電力出版社

出版時間:2020-11

清潔能源的開發(fā)與使用已然成為當下階段國內(nèi)外政府、企業(yè)乃至個體用戶共同關注的核心問題,與經(jīng)濟的發(fā)展和時代的進步有著密不可分的重要關系。面對這一發(fā)展現(xiàn)狀,全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織于2020 年11月發(fā)表了《清潔能源發(fā)電技術(shù)發(fā)展與展望》這一重要研究報告,該組織由致力于推進全球能源可持續(xù)發(fā)展的相關企業(yè)、組織、機構(gòu)和個人等自愿組成,旨在推動全球能源互聯(lián)網(wǎng)建設,通過清潔和綠色的方式滿足全球電力需求,進而實現(xiàn)“人人享有可持續(xù)能源”目標以及應對氣候變化挑戰(zhàn),為人類社會的可持續(xù)發(fā)展服務。

該書詳細介紹了全球主要清潔能源的發(fā)電技術(shù)以及成熟度的評估方法,分析了不同技術(shù)路線的成熟度水平,并提出了技術(shù)發(fā)展目標。在對經(jīng)濟效益、風險規(guī)模與運營收益的分析中,該書針對技術(shù)性和非技術(shù)性成本,采用多元線性回歸法預測技術(shù)性成本,利用深度自學習神經(jīng)元網(wǎng)絡算法預測非技術(shù)類投資,建立了PSO-BPNN 二元綜合模型,揭示了清潔能源發(fā)電技術(shù)經(jīng)濟性的發(fā)展趨勢,為相關領域的管理與從業(yè)人員提供了清晰引導。

1 海外清潔能源領域的發(fā)展現(xiàn)狀及相關優(yōu)勢

海外清潔能源的發(fā)展現(xiàn)狀因各地區(qū)政策、資源和市場需求等因素而不同。以市場效益較優(yōu)的太陽能、風能、水力發(fā)電為例,該書側(cè)面描繪了清潔能源的發(fā)展藍圖。例如,現(xiàn)階段,太陽能發(fā)電成本已經(jīng)大幅下降,使得太陽能變得更加經(jīng)濟實惠并且廣泛應用,包括中國、美國、印度、日本和澳大利亞等國家在內(nèi)的許多國家正在增加太陽能光伏裝機容量,且越來越多企業(yè)也逐步采用自行建造光伏發(fā)電廠或租賃太陽能電池板發(fā)電。由此可見,海外清潔能源正在得到廣泛地開發(fā)和應用,并逐漸替代化石燃料成為主要能源,但隨著技術(shù)進步和政策調(diào)整,相關領域仍需要繼續(xù)跟進發(fā)展動向和尋找更好的可持續(xù)性替代產(chǎn)品,并充分掌握不同清潔能源之間存在的各自優(yōu)缺點,以根據(jù)實際情況選擇使用。

目前,清潔能源的使用與發(fā)展主要具有以下優(yōu)勢。首先,清潔能源使用幾乎不會產(chǎn)生二氧化碳等溫室氣體,對于減緩全球變暖和氣候變化具有積極影響。其次,清潔能源大多可以在本地產(chǎn)生,使得某些地區(qū)不需要依賴外部供應商,提高能源的安全性和可靠性。同時,該類能源的市場競爭力越來越強,并逐步成為市場競爭主力,因此可以促進經(jīng)濟增長和就業(yè)機會的增加。此外,清潔能源使用維持成本相對較低,尤其是在一些地理條件適宜的地方,如太陽能和風力發(fā)電。上述優(yōu)勢不論是對政府、企業(yè),抑或普通居民而言都具有實際意義,其可以提高能源安全性和降低對進口石油的需求,促進技術(shù)創(chuàng)新、增加競爭能力和開拓新市場,并為公眾提供更清潔、穩(wěn)定和便宜的能源。

2 技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及各能源電網(wǎng)聯(lián)合經(jīng)濟發(fā)展形勢

根據(jù)能源來源的不同,清潔能源可劃分為水力發(fā)電、風力發(fā)電、光伏發(fā)電、光熱發(fā)電、地熱發(fā)電、海洋能發(fā)電等多種類型。

水力發(fā)電是一種重要的清潔可再生能源,其通過利用水流動能和水位高差來產(chǎn)生電力,主要技術(shù)包括引力式、壓力式和混合式等多種類型。例如引力式水輪機是利用落差大的山區(qū)河水轉(zhuǎn)動的水輪,產(chǎn)生機械能驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電,壓力式水輪機則是將上游水庫中的水引入管道或隧道,再通過壓力驅(qū)動水輪機產(chǎn)生電力,而混合式水輪機則是以上兩種方式的結(jié)合形式。隨著技術(shù)的進步和改良,水力發(fā)電的效率不斷提高,成本不斷降低,已經(jīng)成為世界范圍內(nèi)十分重要的清潔能源,但由于水力發(fā)電站在地理條件等方面存在差異,因此建設和運營成本也會有所不同。同時,傳輸電線路和電站之間距離較遠,因此電網(wǎng)聯(lián)合的經(jīng)濟性需要根據(jù)當?shù)氐膶嶋H情況進行分析,并針對不同的地形、氣候和市場情況來權(quán)衡各種成本和收益,以找到最具經(jīng)濟性、可行性和環(huán)保性的方案。

風力發(fā)電是一種利用風能轉(zhuǎn)化為電能的可再生能源技術(shù)。在技術(shù)原理上,風力發(fā)電的原理是將風能轉(zhuǎn)化為機械能,最終通過發(fā)電機轉(zhuǎn)化為電能輸出。由于發(fā)電過程中沒有排放污染物,因此具有較低的環(huán)境影響,而且具有可再生性和無限可持續(xù)性等優(yōu)點。然而,風力發(fā)電仍存在以下幾個問題:一方面,由于風速和風向都受到氣候、地形和季節(jié)等多種因素的影響,因此風力發(fā)電具有一定的不穩(wěn)定性和波動性,需要配合其他能源并網(wǎng)調(diào)節(jié);另一方面,雖然風力發(fā)電已經(jīng)廣泛應用,但在穩(wěn)定性和效率上仍有改進空間,且風力發(fā)電成本相對較高,包括設備造價、施工、運維和拆除等,因此,企業(yè)和政府需要投入大量資金來支持風力發(fā)電的開發(fā)。

在電網(wǎng)聯(lián)合過程中,風力發(fā)電需要通過電網(wǎng)進行輸送和分配,因此需要考慮電網(wǎng)的可靠性、傳輸效率和穩(wěn)定性等因素,電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的不同、負荷平衡的不同以及不同的政策和市場環(huán)境都會對電網(wǎng)聯(lián)合經(jīng)濟性產(chǎn)生影響。在光伏和光熱發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)聯(lián)合時,其能夠?qū)⒊^需求的電能傳遞回電網(wǎng),并從電網(wǎng)或其他來源獲取所需補充。在此過程中,電網(wǎng)聯(lián)合技術(shù)可以使光伏和光熱系統(tǒng)的利用率更高,從而提高其經(jīng)濟性,且在適當?shù)那闆r下,太陽能發(fā)電還可以與電池、儲能等設備進行聯(lián)合應用,從而實現(xiàn)自供和自備電力。

除上述能源類型外,海洋能也在近年的發(fā)展中逐步嶄露頭角,海洋能發(fā)電是利用海洋潮汐、波浪等海洋能源進行的一種發(fā)電方式,主要包括潮汐能發(fā)電和波浪能發(fā)電兩種形式。具體而言,潮汐能發(fā)電是指利用潮汐漲落高低差產(chǎn)生的動能轉(zhuǎn)化為電能的過程,具體實現(xiàn)方式包括建造潮汐水電站和潮流能發(fā)電機組。其中,潮汐水電站主要是通過筑壩、灌水、放水等方式控制潮汐水位變化,驅(qū)動渦輪機發(fā)電,而潮流能發(fā)電機組,則是通過在海底安裝轉(zhuǎn)子群從而捕捉潮汐水流能量來達到發(fā)電目的。波浪能發(fā)電技術(shù)則是利用海浪的起伏運動對海上的浮標、搖臂等設備產(chǎn)生壓力和擺動,進而驅(qū)動液壓裝置或渦輪發(fā)電機等設備進行發(fā)電。與太陽能不同,海洋能雖然具有連續(xù)性和穩(wěn)定性,但在技術(shù)和成本上仍需進一步加強。舉例來說,海洋能發(fā)電也需要解決很多問題,如設備穩(wěn)定性、材料的抗海蝕性能、裝置運行的可靠性與安全性等等。因此,當海洋發(fā)電系統(tǒng)集成到電網(wǎng)聯(lián)合中時,與光伏和光熱發(fā)電不同,海洋能發(fā)電往往面臨著更大的調(diào)節(jié)風險和技術(shù)難題。然而,經(jīng)濟合理地應用有效的電池或儲能設備,同時采用適當?shù)氖垭姺绞揭约昂侠碓O置可實現(xiàn)負載管理策略,仍可以實現(xiàn)收益最大化并提高海洋能電功率發(fā)電的可行性和經(jīng)濟性。

3 海外清潔能源與電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)項目風險收益評價的方法與模型

除了對清潔能源的類型、技術(shù)、發(fā)展狀態(tài)、經(jīng)濟效益進行敘述外,該書還針對性地講解了清潔能源商業(yè)發(fā)展中的風險與收益分析方法及相關模型。舉例來說,現(xiàn)階段的清潔能源與電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)項目的風險和收益評價方法主要有以下幾種。

1)成本效益分析法。該方法是使用最為廣泛的分析方法,是評估項目可行性最基礎的方法,計算方式是將項目的總成本與預期的凈現(xiàn)金流相比較,從而得出投資回報率、內(nèi)部收益率等指標,進行風險和收益評價。

2)敏感度分析法。該方法也在清潔能源商業(yè)項目評估中被廣泛應用,該方法可以通過對投資和運營過程中關鍵指標進行敏感度測試,評估出項目在承受不同風險因素時的潛在影響。

3)環(huán)境影響評價法和社會評價法。對于清潔能源項目來說,環(huán)境影響評價也是一個重要的方面,因此,相關分析人員還開創(chuàng)了環(huán)境影響評估法和社會評價法等分析方法。其中,環(huán)境影響評價法主要遵循相關環(huán)境保護政策和標準,評估項目對周圍環(huán)境的影響,進而分析清潔能源項目風險與收益;社會評價法則是考慮項目對當?shù)厣鐣拖嚓P利益相關方的影響,如就業(yè)、固定資產(chǎn)增值、企業(yè)社會責任、企業(yè)形象等因素。

綜上,《清潔能源發(fā)電技術(shù)發(fā)展與展望》一書科普性、通識性和專業(yè)性并重,從多個方面呈現(xiàn)了清潔能源發(fā)電技術(shù)的現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢及經(jīng)濟性;同時,結(jié)合技術(shù)性和經(jīng)濟性研究,并以技術(shù)成熟度評估為基礎,提出了不同類型清潔能源的發(fā)展目標和研發(fā)思路,并利用多種智能化信息分析方法,分析了影響經(jīng)濟性的主要技術(shù)因素、風險與期望,滿足了相關讀者對于這一領域信息獲取的不同需求。