日本推出使用可再生能源的电动汽车充放电系统

不幸的是，有许多严重的问题可供选择。我将在下面列出它们，从最严重的开始。

可再生资源产生“铭牌”能力的时间百分比非常低。在德国，能源转变的第一个例子，太阳能仅在 11% 的时间内产生其额定功率输出，这意味着您需要在 89% 的时间内进行备用。对于风能，这个数字要好一些，但它们也保持在 15% 到 25% 之间（取决于离岸陆上，以及每年的风量），所以同样，85% 到 75% 的时间需要备用.

由于风能和太阳能的能量密度非常低，因此您需要非常大的装置来收集能量。这意味着必须首先投资大量材料（钢、混凝土、玻璃、光伏面板、支架、电缆等）。所有这些材料都必须生产，消耗各种资源和大量能源。一个 3 兆瓦的风力涡轮机是用 200 吨钢材建造的，钢材是用煤制成的。因此，可再生能源的实际二氧化碳排放量比大多数人意识到的要高。

所有技术装置的使用寿命都是有限的。在某个时间点，安装不再起作用。所以你必须更换安装。随着规模的扩大，这将是一个严重的问题。例如，如果您在整个美国安装了 10 亿块太阳能电池板，所有这些太阳能电池板的使用寿命为 30 年（= 保证使用寿命 + 10 年），那么您每天必须更换超过 90.000 块太阳能电池板，以维持文明的其余部分。仅第一次安装的成本（保守估计）约为 5000 亿美元；更换面板的成本约为每天 4500 万美元。风力涡轮机也是如此。

在上面的例子中，10 亿块太阳能电池板将产生大约 250 吉瓦，但前提是太阳以适当的角度照射。这大约相当于美国电力供应的一半。因此，您将需要更多，更多。

但如果你这样做，太阳照耀的时候你的电会太多，晚上的时候你的电就不够了。好的，那么存储呢？一个严峻的事实是，即使是电池工程师最疯狂的梦想，他们也无法想出一个能够存储这么多能量的解决方案。即使是已经建成的最大规模的电池装置也只能提供所需的一小部分。见下文。

这种巨大的电池在能源方面是世界上最大的，仅可提供 50 兆瓦的电力，持续 6 小时。在那之后，它是空的。

可再生资源主要只生产电力。那么，对于汽油（汽油）、供暖、工业流程、航空、航运等众多其他消费，该怎么办？

总之，可再生能源肯定会对电力消耗产生一些影响，特别是在电力昂贵的地区（岛屿），但在我们大规模使用能源的情况下，它不会产生太大影响。全球统计数据证实了这一点：太阳能仅占全球电力需求的1% ，风能约占 3%。因此，全球计划大规模新建燃煤产能以满足需求的增长。

然而，其中主要是废物燃烧和生物燃料。

生物燃料已被证明在减少二氧化碳排放方面效率低下，应尽快停止使用。废物燃烧主要是塑料（即精炼油）

如果你在这张图中引入太阳能和风能，它们几乎看不到。请记住，在投入数万亿美元之后，几乎看不到。

然而，幸运的是，我们的能源需求有一个解决方案，它是清洁的、非常安全的、非常强大的、24/7/365 工作并且可以使用 10.000 年。

在电力工业中，大规模的电能储存技术可用于电力的“削峰填谷”，大大改善电力的供需矛盾，提高发电设备的利用率。因此，研究高效蓄电技术，特别是大规模的高效蓄电技术具有重大意义，应该引起高度重视和付出切实努力。

目前，国内经济发达和比较发达地区主要采用基于燃煤热电技术建立中心电站的方式供电，以求得能效（成本）和规模的协调。但世界范围内科技战争、恐怖主义、犯罪活动和意外事故给集中发电和大电网供电模式带来威胁。比较典型的事例如，2003年8月，美国东北部和加拿大部分地区发生了“8－14”大面积停电事故，对当地的航空和陆路交通、正常的科研、生产和居民生活造成了严重影响，甚至引发恐慌心理，成为一个震动世界的大新闻。大电网事故的影响从一个侧面显现了电力供应对高效、大规模蓄电技术需求的紧迫性。

综上所述，研究和开发高效的电能储存技术是国家能源安全和经济可持续发展的重大需求。工业发达国家高度重视大规模蓄电系统的研究和开发，例如日本政府的“新阳光计划”、美国的“DOE项目计划”以及欧盟的“框架计划”等都将储能技术作为研究重点。

到目前为止，人们已提出和开发了多种储能技术，主要可分为物理储能和化学储能两大类。

物理储能主要包括扬水储能和压缩空气储能。这两种储能系统虽然具有规模大、能量转换效率高、循环寿命长和运行费用低的优点，但需要特殊的地理条件和场地，建设的局限性较大，且一次性投资费用也较高。

化学储能，主要包括各种蓄电池、可再生燃料电池（RFC，电解水制氢－储氢－燃料电池发电）和液流电池。

由于大规模储氢目前尚难以实现，且燃料电池价格高，RFC能量循环转换净效率较低，用于航天领域尚可，但不宜用作商业储能系统。

综合比较各种化学储能系统的性能和特点，可知二次电池、金属空气电池及超级电容器由于蓄电容量和价格的限制通常用作不间断电源，而不能用于大规模蓄电场合。可能用于大规模蓄电的则主要是铅酸电池及液流电池。

目前常用于与小型风力发电机配套的是铅酸电池。铅酸电池是比较成熟的蓄电技术，虽然它具有价格低廉、安全性能相对可靠的优点，但仍存在诸多缺点，严重限制了它在大规模蓄电中的应用。例如铅酸电池的循环寿命较短（通常少于千次）；不可深度放电；其容量与放电的功率密切相关，难以满足功率和容量须同时兼顾的大规模蓄电要求。电池组运行的维护费用高，用作大规模蓄电的成本过高，很难满足大规模蓄电的要求。

清洁能源包括：太阳能、风能、地热能、海洋能、氢能、水电、核能、新能源汽车、生物质能、天然气水合物等。

太阳能的应用非常广泛，可分为三大类：

太阳热利用，太阳能光伏发电，太阳能光化学。

太阳能的热利用方式有很多，比如，太阳房，太阳能干燥，太阳能除湿，太阳能空调系统，太阳光聚热发电，太阳能海水淡化等，最典型的应用就是太阳能热水器；

太阳能光伏，就是利用太阳能电池，直接把太阳能转换成电能。 太阳能光伏发电系统，太阳能充电器，太阳能路灯，太阳能汽车，......

太阳能光化学，模仿树叶合成有机物。

新能源汽车的动力电池回收用于家庭供电，并非单纯地出于环保。

按照丰田的新能源推广计划，今年下半年将会在日本市场上市首款纯电动汽车，一款单座或双座的微型纯电动车。不久前，日本媒体报道了一则更详细的信息：在这款微型纯电动车上，丰田将会采用可简单拆卸、用作储能装置的电池组。

这款微型纯电动汽车只用于日常短途通勤，续航里程约为100公里，因此配备的是小容量电池组。一旦电量衰减20%-30%，仅剩的续航里程甚至无法支持单日出行，就将被回收利用，作为家用储能系统的一部分。

新能源汽车的动力电池回收用于家庭供电，并非单纯地出于环保。2011年日本地震和核电站泄露事件之后，日本政府不得不重新思考日本的能源结构。

如果不是2011年的日本地震，日本在上世纪70年代确立的「核能立国」策略将会被持续实行并发挥重要作用。地震发生之前，核能已经占据日本能源结构的32%，地震之后迅速下降到3%，几乎所有核电站都被关闭。

作为曾经全球最大的石油消费国之一，经历了1973年和1979年两次世界石油危机的惨痛教训之后，日本不会再考虑石油燃料的使用比例。因此，可再生能源的开发变得尤为重要。光伏太阳能就是其中的主要发展路线。

光伏太阳能的增长非常快。日本的地貌特征不适合大规模太阳能发电站的建设，相反，却非常适合推广屋顶光伏产业，为了鼓励国民在住宅安装光伏太阳能板块，日本政府出台了一系列政策，比如允许家庭以固定价格将光伏太阳能的多余电量售卖给企业。

可再生能源的发展符合预期，2012年可再生能源提供的电力相当于两个中型核反应堆。而到了2014年，日本的光伏太阳能装机容量达到了20GW，发电量甚至已经超过了电网所能承受的最大限度。

然而，大量涌入的分布式太阳能无法及时消耗，同样会对电网管理带来压力。如何确保电网的安全稳定运行，优化电网的供电需求，成为了发展可再生能源之后又一个急需解决的议题。

这时候，家庭储能系统被提出。日本政府随之推出了一系列鼓励住宅使用储能设备的措施，最开始，日本政府留出了大约9830万美元的预算，为使用家庭储能设备的家庭和商户提供66%的费用补贴。而针对那些能够进行零能耗改造的房屋，中央及地方政府都会同时提供补贴。

基于这样的背景，日本是全球市场发展储能技术最快的国家之一。早在2016年，日本的储能系统就几乎全部用于电力输配领域。

可以看出，日本在储能技术领域的野心。为了加大发展储能系统，日本政府甚至计划到2020年，储能电池的生产量要达到全球的50%。汽车行业也被纳入这一项规划里。其中，电动车项目中动力电池的回收利用方向就会作为储能设备。

2018年，日本中部电力公司宣布与丰田汽车达成合作，主要内容就是回收丰田电动汽车(混动车和电动车)旧电池，建立一个大容量蓄电池系统。这是一个庞大的储能设备来源，从新能源汽车淘汰下来的动力电池虽然不能支持车辆供电与正常运作的需求，但是电量衰减之后的电池放在家庭用电中，依然可以提供5小时甚至更长的用电需要，使用寿命可以延续5年以上。

镍氢电池与锂电池同样适用，这类电池作为重要的家用储能装置，可以在用电闲时区间储存多余电量，在城市用电高峰时使用、甚至将电量重新输送回电网当中，在实现家庭内部自行解决能源消耗的同时，也能够起到很好的供需平衡的调节作用。

2020年，日本家用储能系统发展到了一个转折点。

为了鼓励日本国民加入到光伏太阳能的建设，日本经济产业省在2012年引进了固定价格收购制度，电力企业要按照国家规定的固定价格收购所有可再生能源电力。

不过，这项补贴制度在2019年底正式取消。市场预测，由于日本家庭在光伏太阳能发电中所得的多余电量将不能以固定价格收购，大量家庭会利用储能系统将多余电量存储起来，用于家庭消耗，以减少电费成本。因此，2020年之后，对家用储能设备的需求量将会大幅提高。

丰田新推出的微型纯电动汽车采用可拆卸电池组，也是考虑到未来日本家庭对储能设备的大量需要。

与此同时，日本市场也在中国寻求提供家用储能设备的合作伙伴。动力电池生产商是其中一个选择，比亚迪在很早前投入到储能系统的研发，并与日本企业展开了合作。而宁德时代也从去年开始与日本NER合作，生产面向日本住宅与企业的蓄电池，宁德时代负责提供电池单体，NER公司则负责组装。日本企业在中国寻求合作伙伴，主要的考虑是在电池生产中技术、产量与价格的优势。

另一条道路是与中国新能源汽车的合作。去年12月，日本丸红公司展开了与拜腾汽车的资本合作。日本媒体指出，丸红瞄准的是拜腾汽车进入市场销售之后，未来将产生大量的废旧电池，可以用作改造大型蓄电池。

比亚迪也是其中一个颇具代表性的企业。2020年开始，日本伊藤忠商事就将与比亚迪投资的普兰德储能开展废旧电池回收业务。按照计划，利用16-20套废旧车载电池组装成一个蓄电池，就能提供100户家庭一天所需的电力。

中国新能源汽车发展10年，大量的动力电池面临报废，它们成为了日本储能市场发展的目标。

图 | 来源于网络

本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。

因为在一定的时间跟空间尺度内，可再生资源的数量也是有限的。

可再生自然资源在现阶段自然界的特定时空条件下，能够持续再生更新、繁衍增长，保持或扩大其储量，依靠种源而再生。可再生能源泛指多种循环使用的能源，严谨来说，是人类有生之年都不会耗尽的能源。

可再生能源不包含现时有限的能源，如化石燃料和核能。不仅非可再生资源的数量是有限的，在一定的时间跟空间尺度内，可再生资源的数量也是有限的。也就是说，可再生资源也并不是「取之不尽，用之不竭」的资源，它是一个动态的概念。

扩展资料：

1、可再生能源还无法得到广泛利用可再生能源通常是指对环境友好、可以反复使用、不会枯竭的能源或能源利用技术,包括太阳能热利用、太阳电池、生物质能、风能、小水能、潮汐能、海浪能、地热能、氢能、燃料电池等。

2、可再生资源只有在我们控制了量的情况下，权衡了开采量及该资源的再形成速率的条件下，使我们的开发利用速率小于其才是“取之不尽，用之不竭”的。

太阳能是太阳内部或者表面的黑子连续不断的核聚变反应过程产生的能量。地球轨道上的平均太阳辐射强度为1369w/㎡。地球赤道的周长为40000km，从而可计算出，地球获得的能量可达173000TW。在海平面上的标准峰值强度为1kw/m2，地球表面某一点24h的年平均辐射强度为0.20kw/㎡，相当于有102000TW 的能量，人类依赖这些能量维持生存，其中包括所有其他形式的可再生能源（地热能资源除外），虽然太阳能资源总量相当于现在人类所利用的能源的一万多倍，但太阳能的能量密度低，而且它因地而异，因时而变，这是开发利用太阳能面临的主要问题。太阳能的这些特点会使它在整个综合能源体系中的作用受到一定的限制。

尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量的22亿分之一，但已高达173,000TW，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤。地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来源于太阳；即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、天然气等）从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能，所以广义的太阳能所包括的范围非常大，狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。

太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。为人类创造了一种新的生活形态，使社会及人类进入一个节约能源减少污染的时代。

【太阳能电池发电原理】

太阳电池是一对光有响应并能将光能转换成电力的器件。能产生光伏效应的材料有许多种，如：单晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化镓，硒铟铜等。它们的发电原理基本相同，现以晶体为例描述光发电过程。P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅，形成P－N结。

当光线照射太阳电池表面时，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了跃迁，成为自由电子在P-N结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的的实质是：光子能量转换成电能的过程。

【晶体硅太阳电池的制作过程】

“硅”是我们这个星球上储藏最丰量的材料之一。自从19世纪科学家们发现了晶体硅的半导体特性后，它几乎改变了一切，甚至人类的思维，20世纪末．我们的生活中处处可见“硅”的身影和作用，晶体硅太阳电池是近15年来形成产业化最快。生产过程大致可分为五个步骤：a、提纯过程 b、拉棒过程 c、切片过程 d、制电池过程 e、封装过程。

【分类】

太阳能光伏

光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置，由几乎全部以半导体物料(例如硅)制成的薄身固体光伏电池组成。由于没有活动的部分，故可以长时间操作而不会导致任何损耗。简单的光伏电池可为手表及计算机提供能源，较复杂的光伏系统可为房屋提供照明，并为电网供电。 光伏板组件可以制成不同形状，而组件又可连接，以产生更多电力。近年，天台及建筑物表面均会使用光伏板组件，甚至被用作窗户、天窗或遮蔽装置的一部分，这些光伏设施通常被称为附设于建筑物的光伏系统。

太阳热能

现代的太阳热能科技将阳光聚合，并运用其能量产生热水、蒸气和电力。除了运用适当的科技来收集太阳能外，建筑物亦可利用太阳的光和热能，方法是在设计时加入合适的装备，例如巨型的向南窗户或使用能吸收及慢慢释放太阳热力的建筑材料。

【利弊】

优点：�

(1)普遍：太阳光普照大地，没有地域的限制无论陆地或海洋，无论高山或岛屿，都处处皆有，可直接开发和利用，且勿须开采和运输。�

(2)无害：开发利用太阳能不会污染环境，它是最清洁的能源之一，在环境污染越来越严重的今天，这一点是极其宝贵的。�

(3)巨大：每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿吨煤，其总量属现今世界上可以开发的最大能源。�

(4)长久：根据目前太阳产生的核能速率估算，氢的贮量足够维持上百亿年，而地球的寿命也约为几十亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是用之不竭的。�

缺点：�

(1)分散性：到达地球表面的太阳辐射的总量尽管很大，但是能流密度很低。平均说来，北回归线附近，夏季在天气较为晴朗的情况下，正午时太阳辐射的辐照度最大，在垂直于太阳光方向1平方米面积上接收到的太阳能平均有1000W左右；若按全年日夜平均，则只有200W左右。而在冬季大致只有一半，阴天一般只有1／5左右，这样的能流密度是很低的。因此，在利用太阳能时，想要得到一定的转换功率，往往需要面积相当大的一套收集和转换设备，造价较高。�

(2)不稳定性：由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响，所以，到达某一地面的太阳辐照度既是间断的，又是极不稳定的，这给太阳能的大规模应用增加了难度。为了使太阳能成为连续、稳定的能源，从而最终成为能够与常规能源相竞争的替代能源，就必须很好地解决蓄能问题，即把晴朗白天的太阳辐射能尽量贮存起来，以供夜间或阴雨天使用，但目前蓄能也是太阳能利用中较为薄弱的环节之一。�

(3)效率低和成本高：目前太阳能利用的发展水平，有些方面在理论上是可行的，技术上也是成熟的。但有的太阳能利用装置，因为效率偏低，成本较高，总的来说，经济性还不能与常规能源相竞争。在今后相当一段时期内，太阳能利用的进一步发展，主要受到经济性的制约。�

【太阳能热利用】

就目前来说，人类直接利用太阳能还处于初级阶段，主要有太阳能集热、太阳能热水系统、太阳能暖房、太阳能发电等方式。

太阳能集热器

太阳能热水器装置通常包括太阳能集热器、储水箱、管道及抽水泵其他部件。另外在冬天需要热交换器和膨胀槽以及发电装置以备电厂不能供电之需 。太阳能集热器(solar collector)在太阳能热系统中，接受太阳辐射并向传热工质传递热量的装置。按传热工质可分为液体集热器和空气集热器。按采光方式可分为聚光型集热器和吸热型集热器两种。另外还有一种真空集热器:一个好的太阳能集热器应该能用20～30年。自从大约1980年以来所制作的集热器更应维持40～50年且很少进行维修。

太阳能热水系统

早期最广泛的太阳能应用即用于将水加热，现今全世界已有数百万太阳能热水装置。太阳能热水系统主要元件包括收集器、储存装置及循环管路三部分。此外，可能还有辅助的能源装置（如电热器等）以供应无日照时使用，另外尚可能有强制循环用的水，以控制水位或控制电动部份或温度的装置以及接到负载的管路等。依循环方式太阳能热水系统可分两种：

1、自然循环式:

此种型式的储存箱置于收集器上方。水在收集器中接受太阳辐射的加热，温度上升，造成收集器及储水箱中水温不同而产生密度差，因此引起浮力，此一热虹吸现像，促使水在除水箱及收集器中自然流动。由与密度差的关系，水流量于收集器的太阳能吸收量成正比。此种型式因不需循环水，维护甚为简单，故已被广泛采用。

2、强制循环式:

热水系统用水使水在收集器与储水箱之间循环。当收集器顶端水温高于储水箱底部水温若干度时，控制装置将启动水使水流动。水入口处设有止回阀以防止夜间水由收集器逆流，引起热损失。由此种型式的热水系统的流量可得知（因来自水的流量可知），容易预测性能，亦可推算于若干时间内的加热水量。如在同样设计条件下，其较自然循环方式具有可以获得较高水温的长处，但因其必须利用水，故有水电力、维护（如漏水等）以及控制装置时动时停，容易损坏水等问题存在。因此，除大型热水系统或需要较高水温的情形，才选择强制循环式，一般大多用自然循环式热水器。

暖房

利用太阳能作房间冬天暖房之用，在许多寒冷地区已使用多年。因寒带地区冬季气温甚低，室内必须有暖气设备，若欲节省大量化石能源的消耗，设法应用太阳辐射热。大多数太阳能暖房使用热水系统，亦有使用热空气系统。太阳能暖房系统是由太阳能收集器、热储存装置、辅助能源系统，及室内暖房风扇系统所组成，其过程乃太阳辐射热传导，经收集器内的工作流体将热能储存，再供热至房间。至辅助热源则可装置在储热装置内、直接装设在房间内或装设于储存装置及房间之间等不同设计。当然亦可不用储热双置而直接将热能用到暖房的直接式暖房设计，或者将太阳能直接用于热电或光电方式发电，再加热房间，或透过冷暖房的热装置方式供作暖房使用。最常用的暖房系统为太阳能热水装置，其将热水通至储热装置之中（固体、液体或相变化的储热系统），然后利用风扇将室内或室外空气驱动至此储热装置中吸热，再把此热空气传送至室内；或利用另一种液体流至储热装置中吸热，当热流体流至室内，在利用风扇吹送被加热空气至室内，而达到暖房效果。

太阳能发电

即直接将太阳能转变成电能，并将电能存储在电容器中，以备需要时使用。

太阳能离网发电系统

太阳能离网发电系统包括1、太阳能控制器(光伏控制器和风光互补控制器)对所发的电能进行调节和控制，一方面把调整后的能量送往直流负载或交流负载，另一方面把多余的能量送往蓄电池组储存，当所发的电不能满足负载需要时，太阳能控制器又把蓄电池的电能送往负载。蓄电池充满电后，控制器要控制蓄电池不被过充。当蓄电池所储存的电能放完时，太阳能控制器要控制蓄电池不被过放电，保护蓄电池。控制器的性能不好时，对蓄电池的使用寿命影响很大，并最终影响系统的可靠性。2、太阳能蓄电池组的任务是贮能，以便在夜间或阴雨天保证负载用电。3、太阳能逆变器负责把直流电转换为交流电，供交流负荷使用。太阳能逆变器是光伏风力发电系统的核心部件。由于使用地区相对落后、偏僻，维护困难，为了提高光伏风力发电系统的整体性能，保证电站的长期稳定运行，对逆变器的可靠性提出了很高的要求。另外由于新能源发电成本较高，太阳能逆变器的高效运行也显得非常重要。

太阳能离网发电系统主要产品分类 A、光伏组件 B、风机 C、控制器 D、蓄电池组 E、逆变器 F、风力/光伏发电控制与逆变器一体化电源。

太阳能并网发电系统

可再生能源并网发电系统是将光伏阵列、风力机以及燃料电池等产生的可再生能源不经过蓄电池储能，通过并网逆变器直接反向馈入电网的发电系统。

因为直接将电能输入电网，免除配置蓄电池，省掉了蓄电池储能和释放的过程，可以充分利用可再生能源所发出的电力，减小能量损耗，降低系统成本。并网发电系统能够并行使用市电和可再生能源作为本地交流负载的电源，降低整个系统的负载缺电率。同时，可再生能源并网系统可以对公用电网起到调峰作用。并网发电系统是太阳能风力发电的发展方向，代表了21世纪最具吸引力的能源利用技术。

太阳能并网发电系统主要产品分类 A、光伏并网逆变器 B、小型风力机并网逆变器 C、大型风机变流器 （双馈变流器，全功率变流器）。