新能源利用與儲(chǔ)能方式討論

馬媛 劉長渤 馮煒煒

摘 要：新能源發(fā)展迅速，多產(chǎn)業(yè)并駕齊驅(qū)，綠色能源成為未來引領(lǐng)。儲(chǔ)能技術(shù)的平衡作用有效的調(diào)節(jié)新能源的不足，大大提高新能源的并網(wǎng)消納水平。未來，多種能源替代傳統(tǒng)能源成為一種趨勢。

關(guān)鍵詞：新能源；儲(chǔ)能技術(shù)；消納水平

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.16.062

1 新能源概述

所謂的新能源，就是區(qū)別于傳統(tǒng)能源的、非大眾化的能源利用方式，之所以非大眾化的就是說明這些能源的使用會(huì)有很多局限性，往往是兩個(gè)方面，首先就是有能源來源、其次利用實(shí)效與轉(zhuǎn)化。我們所知道的傳統(tǒng)能源是石油、天然氣、煤，水，這些的共同特點(diǎn)是來源方便，便于儲(chǔ)存，使用轉(zhuǎn)化方便，成本低廉（安全、周期、性價(jià)比）。

那么我們所謂的新能源，其實(shí)就是我們最近一直在提倡的光伏、風(fēng)能、潮汐能、核能、地?zé)崮艿冗@些能源，這些能源有共同的特點(diǎn)就是都受到使用條件的限制，不能夠進(jìn)行大面積推廣，例如風(fēng)能要在風(fēng)口，核能要有水源進(jìn)行散熱，光伏需要有充足的光照時(shí)間，潮汐需要有海洋，地?zé)嵝枰械責(zé)豳Y源的等多方面限制。其次，這些能源中有很多能源的轉(zhuǎn)換效率以及單位面積產(chǎn)能率較低也是這些資源受到限制的原因；然后就是這些能源的波動(dòng)性較大，發(fā)電規(guī)律與能源使用規(guī)律不重合，造成發(fā)電與用電不同步，需要進(jìn)行儲(chǔ)能或者大網(wǎng)調(diào)度。

2 新能源與儲(chǔ)能方式的分類

新能源其實(shí)從能量原理來分可以分為以下幾種：

（1）動(dòng)能：利用風(fēng)能風(fēng)機(jī)發(fā)電、利用水流發(fā)電、利用月亮潮汐能。

（2）熱能：地?zé)釒r漿溫泉發(fā)電。

（3）光能：光伏發(fā)電。

（4）原子能：核電站發(fā)電。

（5）生物質(zhì)能：廢物利用也是新能源，利用生物質(zhì)為載體的能量。

儲(chǔ)能原理也可以按照能量原理分類：

（1）動(dòng)能：利用陀螺飛輪進(jìn)行儲(chǔ)能。

（2）勢能：利用勢能儲(chǔ)能（揚(yáng)升水、其他重物）。

（3）化學(xué)能：鋰電池、鐵電池、鎳氫電池、磷酸鐵鋰、全釩液流、石墨烯電池。

（4）生物能：種樹也是能源儲(chǔ)能的一種方式。

（5）熱能：地源熱泵、空氣能（空氣源）。

3 新能源與儲(chǔ)能現(xiàn)狀

3.1 新能源現(xiàn)狀

風(fēng)電：風(fēng)電是利用最多的新型清潔能源，屬于可再生能源，由于風(fēng)無處不在，建設(shè)方便，可再生、無污染、能量大、前景廣闊，2015年，中國風(fēng)電已超過了核電成為第三大主力電源。金風(fēng)、華銳等風(fēng)電裝備制造企業(yè)已經(jīng)具備國際水平，2010年我國的風(fēng)電裝機(jī)容量躍居世界第一。隨著裝機(jī)容量穩(wěn)步增長，以及海上風(fēng)電的建設(shè)，我國風(fēng)電的大型機(jī)組不斷出現(xiàn)，成本不斷降低，將成為新能源的主力軍。但是由于風(fēng)電屬于企業(yè)獨(dú)自行為，沒有做好規(guī)劃和前期管理以及評(píng)估，造成電網(wǎng)建設(shè)與風(fēng)場建設(shè)的不匹配和配套，造成棄風(fēng)現(xiàn)象嚴(yán)重，無論是低速風(fēng)場（6-8米/秒）還是豐富地區(qū)的風(fēng)電項(xiàng)目都需要與國家電網(wǎng)公司建設(shè)進(jìn)行匹配，避免電網(wǎng)輸配、損耗、消納等問題造成棄風(fēng)。

潮汐能：潮汐能是從海水面晝夜間的漲落中獲得能量，與天體之間的引力有關(guān)，月亮太陽與地球之間的引力以及熱量形成了地球的潮汐能的產(chǎn)生，利用水流的來去帶動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。潮汐能發(fā)電利用河口與海灣等有利的地理位置，以便于存儲(chǔ)水，進(jìn)行發(fā)電，由于潮汐能并非長效發(fā)電，一天之中只有兩次漲落，只有在漲落時(shí)才能發(fā)電，只有進(jìn)行庫存存水可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，進(jìn)行連續(xù)發(fā)電，但是建設(shè)越多，越影響周邊海洋生物的生存。

核電：核電站是作為一種利用院子核裂變反應(yīng)進(jìn)行發(fā)電的裝置，利用質(zhì)能方程原理，利用原子核吸收一個(gè)種子分裂為兩個(gè)質(zhì)量較小的原子核，同時(shí)放出2-3個(gè)種子，然后就形成了裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。利用循環(huán)水把產(chǎn)生的熱量帶走變成蒸汽進(jìn)行發(fā)電。但是由于核能有很大的安全隱患，所以核能電站的建設(shè)要有良好的設(shè)計(jì)與施工，隨著技術(shù)的創(chuàng)新，對(duì)于核廢料的低值排放，ADS變廢料處理零輻射 核反應(yīng)堆0功率裝置，減少輻射范圍，利用新技術(shù)達(dá)到“近零排放”。

生物質(zhì)能：其實(shí)就是太陽能通過植物或者微生物通過光合作用而形成的各種有機(jī)體，存儲(chǔ)在生物體內(nèi)，然后通過直接或者間接的轉(zhuǎn)為固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)燃料，是一種真正的綠色能源?？梢蕴幚韽U棄物、污染、糞便、郵寄廢棄物等?，F(xiàn)在應(yīng)用有很多的垃圾處理進(jìn)行沼氣利用、乙醇開發(fā)等方面。

光伏發(fā)電：光伏發(fā)電是今年來國家推廣的清潔能源一種，利用居民屋頂、荒山荒地將太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能，利用半導(dǎo)體材料的光伏效應(yīng)，但是轉(zhuǎn)化為直流電，如果并網(wǎng)和使用一般都需要通過變頻器進(jìn)行轉(zhuǎn)換成交流電，光伏發(fā)電成本的降低，以及國家補(bǔ)貼政策的推廣，光伏成為產(chǎn)業(yè)在中國大面積推廣，但是隨著大批量光伏的接入電網(wǎng)，電網(wǎng)的接納能力有限，棄光現(xiàn)象逐漸顯現(xiàn)，不能夠完成光伏能源的有效并網(wǎng)。由于限制條件較少，將來光伏將成為新清潔能源的引領(lǐng)者。

3.2 儲(chǔ)能現(xiàn)狀

陀螺飛輪儲(chǔ)能：其實(shí)就是利用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)飛輪高速旋轉(zhuǎn)，在需要的時(shí)候再將飛輪的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能。在利用復(fù)合材料以及超導(dǎo)磁懸浮等技術(shù)降低系統(tǒng)的體積，能夠減少損失，現(xiàn)在還處于開發(fā)階段，很適合與電網(wǎng)并網(wǎng)使用。

勢能儲(chǔ)能：在用電低谷期，利用水泵將水提升至高水位，形成勢能儲(chǔ)備，當(dāng)用電高峰期時(shí)，進(jìn)行發(fā)電，減少系統(tǒng)容量，達(dá)到能量的存儲(chǔ)，很適合并網(wǎng)使用。但是需要相應(yīng)的水站建設(shè)，隨著火電為主的電網(wǎng)建設(shè)，供電企業(yè)的調(diào)峰矛盾日益突出，峰谷容量調(diào)節(jié)能力較差，而抽水電站蓄能將成為電網(wǎng)運(yùn)行的一種解決方案，我國的抽水電站建設(shè)起步較晚，但是由于后發(fā)效應(yīng)，起點(diǎn)較高，近年所建設(shè)的水蓄能電站技術(shù)已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平，同時(shí)配合風(fēng)電使用，使得發(fā)電的連續(xù)穩(wěn)定性得到很大提高，可以很好的環(huán)節(jié)風(fēng)電給電力系統(tǒng)帶來的不利影響。是未來大型儲(chǔ)能的發(fā)展趨勢。

電池儲(chǔ)能：鋰電池、鐵電池、鎳氫電池、磷酸鐵鋰、全釩液流、石墨烯電池等儲(chǔ)能方式更加適合小型場所，能夠及時(shí)的將零散的電能存儲(chǔ)在電池中，電動(dòng)汽車、電瓶車等小型設(shè)備可以利用電池進(jìn)行儲(chǔ)能，由于電池設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)電壓，通用性較強(qiáng)，對(duì)環(huán)境要求不大是未來發(fā)展的方向。

熱能儲(chǔ)能：地源熱泵及空氣源儲(chǔ)能，利用其它介質(zhì)材料將熱能進(jìn)行存儲(chǔ)，在需熱時(shí)進(jìn)行換熱，不需要時(shí)將熱能進(jìn)行存儲(chǔ)。地源熱泵是利用陸地的千層能源進(jìn)行能源存儲(chǔ)，主要用于冬季，可以利用地下水進(jìn)行冷熱互換，但是由于外部的水不是封閉的，能量損失很多，但是由于設(shè)備較少維護(hù)費(fèi)用也較低，機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件較少，可以減少40%以上的電能損耗，比鍋爐效率提高50%，不但可以取暖也可以取冷。維修較少壽命較長，節(jié)約空間?？諝饽茉砗偷卦礋岜迷硪粯樱ㄟ^人工的儲(chǔ)能設(shè)備將熱、冷存儲(chǔ)在設(shè)備中，利用空調(diào)機(jī)進(jìn)行能量交換并利用泵進(jìn)行循環(huán)。

4 新能源與儲(chǔ)能的趨勢

隨著新能源的大量推廣，以及儲(chǔ)能技術(shù)的完善，通過“大網(wǎng)調(diào)度，小網(wǎng)微控”的進(jìn)一步加深，新能源的比例將大大提高，風(fēng)能、核能、光伏能源通過大電網(wǎng)進(jìn)行調(diào)度、調(diào)節(jié)，克服電網(wǎng)損失的高壓技術(shù)成熟，國際電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)，國電外送也成為一種可能，就近消納能力得以提高，并網(wǎng)容量進(jìn)一步加強(qiáng)，清潔替代成為一種趨勢，原始的石油、煤炭、燃?xì)饽茉磳⒅饾u減少，成為一種戰(zhàn)略儲(chǔ)備，在小電網(wǎng)中通過電池組、飛輪儲(chǔ)能裝置等小型裝置的接入，使得小網(wǎng)的控制更加的復(fù)雜，節(jié)能、調(diào)節(jié)能量的方式使得能源利用率大大提高，電池、電容等儲(chǔ)能方式推廣，大大減少能源的浪費(fèi)，污染逐步減少，生物質(zhì)能發(fā)電也是解決能源與發(fā)展，能源與環(huán)境的一個(gè)重要突破點(diǎn)，電能的利用更加多維化，不但可以電解海水，形成氧氣制備和氫氣制備形成淡水資源也能與潮汐能發(fā)電共同利用達(dá)到多系統(tǒng)共同運(yùn)行，提高設(shè)備以及能源利用率，風(fēng)電與蓄能相結(jié)合解決脫網(wǎng)與并網(wǎng)問題，分布式與機(jī)械儲(chǔ)能、電池儲(chǔ)能結(jié)合完成峰谷（日與夜）的平衡。

在細(xì)微控制方面不斷的研究，提高能源利用率，減少能源損失也是我們發(fā)展的方向，從粗放式的使用方式到精細(xì)集約化的管理與控制，達(dá)到能源最大化利用，推進(jìn)節(jié)能減排，減少環(huán)境污染，從宏觀上來說，我們也沒有必要進(jìn)行精細(xì)的計(jì)算，只需要從宏觀上推廣使用清潔能源，綠色能源等新能源，使得我國的清潔能源占比提高，也能夠快速的提高能源利用，減少浪費(fèi)。在儲(chǔ)能里面我提到的種樹，其實(shí)也是能源儲(chǔ)備的一種方式，也可以歸類為生物質(zhì)能，大量的種植樹木，不但解決水土流失、空氣污染、溫室效應(yīng)、能源不足等多種問題，也能夠?yàn)槲覈鴥?chǔ)備大量的資源，形成一種可循環(huán)的發(fā)展。

“開源還需要節(jié)流”，雖然我們在多方面的多渠道的開發(fā)使用新能源，但是實(shí)際我們的能源浪費(fèi)率較高，經(jīng)濟(jì)發(fā)展在前期是需要能源去推動(dòng)發(fā)展，但是能源有耗盡的時(shí)候，那么我們的GDP增長只有在節(jié)約中提高，從新能源利用中提高，節(jié)約使用也很重要。所以，無論是新能源還是儲(chǔ)能的利用都是開源，那么節(jié)約使用習(xí)慣、節(jié)能環(huán)保材料及技術(shù)應(yīng)用也是我們發(fā)展的新方向。

作者簡介：馬媛（1989-），女，山東莒縣人，工學(xué)學(xué)士，助理工程師，主要從事項(xiàng)目可研與接入設(shè)計(jì)和項(xiàng)目評(píng)審工作。