未来的新能源储能技术发展趋?
储能是能源转型的关键技术,北美、欧洲各国为了促进储能产业的可持续发展,制订并实施了许多鼓励性政策和补贴。中国储能领域的技术、市场、政策、立法、标准、监管等产业基本要素尚不成熟,如何促进国内储能产业可持续发展值得深入思考。在未来能源格局中,储能产品与服务将全面覆盖交通、建筑和工业三大用能领域,电化学储能技术将成为主流储能技术,综合能源服务与智慧能源技术将成为未来能源企业的基本配置,与储能相结合的电力将取代传统能源成为新时代最重要的国际贸易商品之一。目前,储能产业集中度不高,基础与核心技术研发投入不足,大型能源企业需要做好前瞻布局,把握产业全局、引领市场方向,注重储能技术储备,适时开发超大规模化学储能技术,承担起可再生能源时代能源安全保障任务。
近十几年来,随着能源转型的持续推进,作为推动可再生能源从替代能源走向主体能源的关键,储能技术受到了业界的高度关注。2019年,全球储能增速放缓,呈理性回落态势,为储能未来发展留下了调整空间。储能产业在技术路线选择、商业应用与推广、产业格局等方面仍存在很多不确定性。
可再生能源
可再生能源是指在自然界中可以不断再生、永续利用、取之不尽、用之不竭的资源,它对环境无害或危害极小,而且资源分布广泛,适宜就地开发利用。可再生能源主要包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能和海洋能等。
风能。风能是指风所负载的能量,风能的大小决定于风速和空气的密度。我国北方地区和东南沿海地区一些岛屿,风能资源丰富。据国家气象部门有关资料显示,我国陆地可开发利用的风能资源为2.53亿千瓦,主要分布在东南沿海及岛屿、新疆、甘肃、内蒙古和东北地区。此外,我国海上风能资源也很丰富,初步估计是陆地风能资源的3倍左右,可开发利用的资源总量为7.5亿千瓦。
太阳能。太阳能是指太阳所负载的能量,它的计量一般以阳光照射到地面的辐射总量,包括太阳的直接辐射和天空散射辐射的总和。太阳能的利用方式主要有:光伏(太阳能电池)发电系统,将太阳能直接转换为电能;太阳能聚热系统,利用太阳的热能产生电能;被动式太阳房;太阳能热水系统;太阳能取暖和制冷。
小水电。水的流动可产生能量,通过捕获水流动的能量发电,称为水电。小水电在我国是指总装机容量小于或等于5万千瓦的水电站。
生物质能。生物质能包括自然界可用作能源用途的各种植物、人畜排泄物以及城乡有机废物转化成的能源,如薪柴、沼气、生物柴油、燃料乙醇、林业加工废弃物、农作物秸秆、城市有机垃圾、工农业有机废水和其他野生植物等。
地热能。地热能是贮存在地下岩石和流体中的热能,它可以用来发电,也可以为建筑物供热和制冷。根据测算,全球潜在地热资源总量相当于每年493亿吨标准煤。
海洋能。海洋能是潮汐能、波浪能、温差能、盐差能和海流能的统称,海洋通过各种物理过程接收、储存和散发能量,这些能量以潮汐、波浪、温度差、海流等形式存在于海洋之中。例如,潮汐的形式源于月亮和太阳对地球的吸引力,涨潮和落潮之间所负载的能量称之为潮汐能;潮汐和风又形成了海洋波浪,从而产生波浪能;太阳照射在海洋的表面,使海洋的上部和底部形成温差,从而形成温差能。所有这些形式的海洋能都可以用来发电。
从地球蕴藏的能源数量来看,自然界存在有无限的能源资源。仅就太阳能而言,太阳每秒钟通过电磁波传至地球的能量达到相当于500多吨煤燃烧放出的热量。这相当于一年中仅太阳能就有130万亿吨煤的热量,大约为全世界目前一年耗能的一万多倍。不过,由于人类开发与利用地球能源尚受到社会生产力,科学技术、地理原因及世界经济、政治等多方面因素的影响与制约。包括太阳能、风能、水能在内的巨大数量的能源,可以利用的仅占微乎其微的比例,因而,继续发展的潜力巨大。人类能源消费的剧增、化石燃料的匮乏至枯竭以及生态环境的日趋恶化,逼使人们不得不思考人类社会的能源问题。国民经济的可持续发展,依仗能源的可持续供给,这就必须研究开发新能源和可再生能源。
太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源,也是人类可利用的最丰富的能源。太阳每年投射到地面上的辐射能高达1.05×1018千瓦时(3.78× 1024J),相当于1.3×106亿吨标准煤。按目前太阳的质量消耗速率计,可维持6×1010年。所以可以说它是“取之不尽,用之不竭”的能源。但如何合理利用太阳能,降低开发和转化的成本,是新能源开发中面临的重要问题。
风能是利用风力机将风能转化为电能、热能、机械能等各种形式的能量,用于发电、提水、助航、制冷和致热等。风力发电是主要的开发利用方式。中国的风能总储量估计为1.6×109千瓦,列世界第三位,有广阔的开发前景。风能是一种自然能源,由于风的方向及大小都变幻不定,因此其经济性和实用性由风车的安装地点、方向、风速等多种因素综合决定。
对于核电站,人们有许多误解,其实核能发电是一种清洁、高效的能源获取方式。对于核裂变,核燃料是铀、钚等元素,核聚变的燃料则是氘、氚等物质。有些物质,例如钍,本身并非核燃料,但经过核反应可以转化为核燃料。我们把核燃料和可以转化为核燃料的物质总称为核资源。
近年来,许多发展中国家虽然都制订了一系列鼓励民企投资小水电的政策。由于小水电站投资小、风险低、效益稳、运营成本比较低,在国家各种优惠政策的鼓励下,全国掀起了一股投资建设小水电站的热潮,尤其是近年来,由于全国性缺电严重,民企投资小水电如雨后春笋,悄然兴起。国家鼓励合理开发和利用小水电资源的总方针是确定的,2003年开始,特大水电投资项目也开始向民资开放。2005年,根据国务院和水利部的“十一五”计划和2015年发展规划,中国将对民资投资小水电以及小水电发展给予更多优惠政策。
氢是一种二次能源,一种理想的新的含能体能源,在人类生存的地球上,虽然氢是最丰富的元素,但自然氢的存在极少。因此必需将含氢物质加工后方能得到氢气。最丰富的含氢物质是水,其次就是各种矿物燃料(煤、石油、天然气)及各种生物质等。氢不但是一种优质燃料,还是石油、化工、化肥和冶金工业中的重要原料和物料。石油和其他化石燃料的精炼需要氢,如烃的增氢、煤的气化、重油的精炼等;化工中制氨、制甲醇也需要氢。氢还用来还原铁矿石。用氢制成燃料电池可直接发电。采用燃料电池和氢气-蒸汽联合循环发电,其能量转换效率将远高于现有的火电厂。随着制氢技术的进步和贮氢手段的完善,氢能将在21世纪的能源舞台上大展风采。
地热是指来自地下的热能资源。我们生活的地球是一个巨大的地热库,仅地下10千米厚的一层,储热量就达1.05×1026焦耳,相当于9.95×1015 标准煤所释放的热量。地热能在世界很多地区应用相当广泛。老的技术现在依然富有生命力,新技术业已成熟,并且在不断地完善。在能源的开发和技术转让方面,未来的发展潜力相当大。地热能是天生就储存在地下的,不受天气状况的影响,既可作为基本负荷能使用,也可根据需要提供使用。
海洋能通常指蕴藏于海洋中的可再生能源,主要包括潮汐能、波浪能、海流能、海水温差能、海水盐差能等。海洋能蕴藏丰富,分布广,清洁无污染,但能量密度低,地域性强,因而开发困难并有一定的局限。开发利用的方式主要是发电,其中潮汐发电和小型波浪发电技术已经实用化。波浪能发电利用的是海面波浪上下运动的动能。1910年,法国的普莱西克发明了利用海水波浪的垂直运动压缩空气,推动风力发动机组发电的装置,把1千瓦的电力送到岸上,开创了人类把海洋能转变为电能的先河。目前已开发出60-450千瓦的多种类型波浪发动装置。
此外,还有生物质能,是指植物叶绿素将太阳能转化为化学能贮存在生物质内部的能量,目前发展中的开发利用技术主要是,通过热化学转换技术将固体生物质转换成可燃气体、焦油等,通过生物化学转换技术将生物质在微生物的发酵作用下转换成沼气、酒精等,通过压块细蜜成型技术将生物质压缩成高密度固体燃料等。
能源是现代社会赖以生存和发展的基础,清洁燃料的供给能力密切关系着国民经济的可持续性发展,是国家战略安全保障的基础之一。中国是能源消耗大国, 2000年一次能源消费量为7.5亿吨油当量,仅次于美国成为世界第二人能源消费国,到本世纪中叶中国全面达到小康水平时,一次能源的消费量将达到30多亿吨油当量。然而目前中国人均一次能源的消费量不到美国的1/18,仅为世界平均水平的1/3。与世界一次能源构成不同的是中国以煤为主,煤占一次能源的比例为63.6%,由于煤的高效、洁净利用难度大,使用过程中已对人类的生存环境带来严重的污染。另一方面中国人均能源资源严重不足,人均石油储量不到世界平均水平的1/10,人均煤炭储量仅为世界平均值的1/2。预计到2010年,中国石油供需缺口1亿吨,天然气缺口400亿立方米。因此,开发洁净可再生能源已成为紧迫的课题。
我个人认为电是不能存储起来的,而且现在的条件来说,储存是不经济的。当然还是有储存的,但是大量储存是没有的。题主所说的“发电机发出的多余电能是如何存储的”,即在对电能需求较小时将其储存起来,待对电能需求较大时再将其送入电网。
目前抽水蓄能电站是电力系统用于快速加荷和卸荷,解决日负荷调度和峰谷差的最佳途径。
1、抽水蓄能电站原理
在抽水蓄能电站中,水泵水轮机在非峰荷时期将水抽到高位储水池,从而在夜晚储存白天所需的载荷。抽水所用的能量来自于核电站、燃气电站和可再生能源电站等其它能源来源,但这些电站其输出功率无法随载荷的波动进行调节。储存的水可用于发电,以满足临时用电高峰的调节负荷需求。
2、主要功能
• 高效储存巨大能量的唯一解决方案
• 对峰值负荷电力供应做出快速反应
• 提供辅助功能(电网调频与调压、储备容量、黑启动能力和无功发电等) 主要优势
• 提高电站所有者在急剧波动的电力现货市场中的盈利性
• 支持电站与电网基础设施全球运营的优化
• 与其它大规模电力存储解决方案相比,具有更高的全球循环效率(约高80%)
• 提高了可再生能源的利用率,对环境有积极影响
3、总结
综合以上,大家对电的存储有新的认识了吧,现代科技发展很快,很多发明都是由人类想出来的,发电厂(站)发出的多余电能也是有办法存储的哦。
据美国能源部能源情报署《国际能源展望2004》基准状态预测,全球能源消费总量将从2001年的102.4亿吨油当量增加到2025年162亿吨油当量,世界能源消费在2001-2025年将增加54%。日本、欧盟等能源机构预计,全球能源消费峰值将出现在2020-2030年。全球化石能源的枯竭是不可避免的,将在本世纪内基本开采殆尽。《BP世界能源统计2006》的数据表明,全球石油探明储量可供生产40多年,天然气和煤炭则分别可以供应65年和155年。国际能源署2005年分析认为,到2030年世界能源需求将增长60%,届时仍将有“足够”的资源可满足需求。预测未来石油需求增长的大多数将来自运输部门,运输部门占全球石油需求的份额将从现在的47%增加到2030年的54%。同时指出,C02排放也将增多,减排温室气体是一个严峻的挑战。
国际能源署认为,中东将增加投资以扩增常规石油资源产能,非常规石油资源如油砂等将得到加快开发利用,氢能将有少量应用,可再生能源将有更大发展潜力。到2030年,替代能源尤其是可再生能源,不仅将成为不可或缺的重要能源,而且将成为降低温室气体排放的重要举措。作为全球能源市场日趋重要的一个组成部分,目前中国的能源消费已占世界能源消费总量的13.6%,世界能源消费将越来越向中国和亚太地区聚集。
据预测,目前中国主要能源煤炭、石油和天然气的储采比分别为约80、15和近50,大致为全球平均水平的50%、40%和70%左右,均早于全球化石能源枯竭速度。未来5-10年,中国煤炭国内生产量基本能够满足国内消费量,原油和天然气的生产则不能满足需求,特别是原油的缺口最大。注重能源资源的节约,提高能源利用效率,加快可再生能源的开发利用,对于中国来说既重要又迫切。
二、世界可再生能源发展趋势
世界大部分国家能源供应不足,各国努力寻求稳定充足的能源供应,都对发展能源的战略决策给予极大的重视,其中可再生能源的开发与利用尤为引人注目。化石能源的利用会产生温室效应,污染环境等,这一系列问题都使可再生能源在全球范围内升温。
从目前世界各国既定能源战略来看,大规模的开发利用可再生能源,已成为未来各国能源战略的重要组成部分。自上个世纪90年代以来可再生能源发展很快,世界上许多国家都把可再生能源作为能源政策的基础。从世界可再生能源的利用与发展趋势看,风能、太阳能和生物质能发展最快,产业前景最好,其开发利用增长率远高于常规能源。
风力发电技术成本最接近于常规能源,因而也成为产业化发展最快的清洁能源技术,风电是世界上增长最快的能源,年增长率达27%。国际能源署的研究资料表明,在大力鼓励可再生能源进入能源市场的条件下,到2020年新的可再生能源(不包括传统生物质能和大水电)将占全球能源消费的20%,可再生能源在能源消费中总的比例将达30%,无论从能源安全还是环境要求来看,可再生能源将成为新能源的战略选择。
三、世界部分国家可再生能源发展目标
2004年,美国、德国、英国和法国可再生能源发电占总发电量的比重分别为1%、8%、4.3%和6.8%;到2010年将分别达到7.5%、20.5%、10%和22%;到2020年将都提高到20%以上;到2050年,德国和法国可再生能源发电将达到50%。韩国可再生能源消费比重将由2004年的2.1%提高到2010年的5%。日本和中国的可再生能源消费比重将由2004年的3%和7.5%提高到2010年的10%左右,2020年分别达到20%和15%。
四、世界部分国家可再生能源利用进展
美国正在加大可再生能源研发和利用力度,2005年美国能源部能源研发总投资7.66亿美元,其中可再生能源研发投资占了42%。美国制定了庞大的太阳能发电计划,克林顿政府出台的“百万屋顶计划”将在1997年到2010年里,安装总容量达4.6亿兆瓦的光伏发电系统。
德国新的《可再生能源法》,为投资可再生能源提供了可靠的法律保障。德国制定了《未来投资计划》以促进可再生能源的开发,迄今投入研发经费17.4亿欧元。2004年,德国可再生能源发电量占总发电量的8%,年销售额达100亿欧元。风力发电占可再生能源发电量的54%,太阳能供热器总面积突破600万平方米。法国。法国推出了生物能源发展计划,2007年之前将生物燃料的产量提高3倍,使起成为欧洲生物燃料生产第一大国。具体内容是建设4个生物能源工厂,年均生产能力达到20万吨,生物燃料的总产量将从目前的45万吨上升到125万吨,用于生产生物燃料的作物面积也将达到100万公顷。由于生物燃料目前成本比汽油和柴油贵2倍,法国已出台一系列优惠措施,鼓励生物燃料的生产和消费。
英国把研究海洋风能、潮汐能、波浪能等作为开发新能源的突破口,设立了5000万英镑的专项资金,重点开发海洋能源。不久前,在苏格兰奥克尼群岛的世界首座海洋能量试验场正式启动。英国第一座大型风电场一直在不断发展,目前风电装机总量已达650兆瓦,可满足44万多个家庭的电力需求,近期还将建设10座类似规模的风电场。
日本官方报告,将从2010年正式启动生物能源计划,并与美国和欧盟共同开发可再生能源,建设500个示范区。预计将投资2600亿日元,而与之有关的产品和技术将成为日本新工业战略的重要组成部分。
其他国家和地区。一些发展中国家如中国、印度、印度尼西亚和巴西等国家,越来越重视可再生能源对满足未来发展需求的重要性。中国制定实施了《可再生能源法》,编制了《可再生能源中长期发展规划》,将大力发展可再生能源并确定了明确目标。印度成立了可再生能源部,政府全力推动可再生能源资源的开发利用,目前印度在风电和太阳能利用规模方面已居于世界前列。东盟国家也开始重视可再生能源的开发工作。10个成员国各自都有了发展可再生能源的计划,包括地热、水电、风能、太阳能和来自棕榈或椰子油的植物燃料等。按东盟计划,到2010年各成员国的可再生能源电力将达到2.75万兆瓦,其中印尼、菲律宾和泰国将成为领先者。
总体来讲,“十三五”时期要积极稳妥地发展水电,全面协调推进风电的开发,推动太阳能的多元化利用,因地制宜地发展生物质能,加快地热能开发利用,同时推进海洋能发电示范应用。另外可再生能源产业发展在供热、燃料、供气等方面也提出了明确的发展目标:供热系统中太阳能热水器80000万平方米,地热能利用160000万平方米燃料产业中生物燃料乙醇年产400万吨,生物柴油年产200万吨供气达到年产80亿立方米。
其次,当前可再生能源主要以电能形式为人类所使用。但在当下能源需求结构中,电能消费只占人类活动整体能源消费的一小部分,而很多产业如交通运输、冶炼等热能消费产业高度依赖于化石能源。况且,相比于煤炭、***、石油等化石能源,电能尚无法实现大规模存储,只能在消费时同时供给。另外可再生能源受气候因素、昼夜、潮汐等自然因素影响不能平稳输出所需电量。
最后,
生产可再生能源设备需要耗费大量能源。我们在探讨可再生能源的各种优点,为我们造福的同时,可否想过生产可再生能源设备时的主要能源从哪里来?答案自然是化石能源,风力发电机组需要大量的钢材,而生产这些钢材需要消耗大量煤炭。据相关数据统计可知,如果让风力发电,满足全球25%的电力需求,将需要约4.5亿吨钢铁,这就意味着将消耗约3.2亿吨煤。约占全球煤炭年产量4.1%。
由此可见,虽然可再生能源有着清洁且可循环利用的优势,但由于受各种物理性质的限制,尚无法很好满足人类社会需求,更谈不上替代化石能源。可以说在未来相当长的一段时间内,人类社会都将从根本上依赖于化石燃料。
不同类型的可再生能源
通过使用以下类型的可再生能源,我们可以帮助减少对化石燃料的依赖。这不仅将有助于保存不可再生资源,还将有助于减少污染。
1.太阳能
当我们想到可再生能源时,太阳能通常是想到的最早的自然能源之一。每天,太阳以太阳辐射的形式散发出大量的能量。最终,其中一些到达了地球,我们可以以各种不同的方式利用它。
尽管太阳能是最受欢迎的可再生能源之一,但目前在全球可再生能源容量中排名第三。根据IRENA的2019年报告,该报告研究了2018年底的可再生能源发电能力。
太阳能光伏
太阳能光伏(PV)是我们可以用来将太阳能转化为电能的技术。在这里,太阳能电池板被放置成吸收来自太阳的能量。然后,他们能够使用太阳能光伏工艺产生电流。
这样的太阳能光伏板可以发电。
我们可以在家庭或工业规模上使用太阳能。屋顶太阳能电池板是世界上许多家庭的常见景象。它们有助于发电,供家庭使用。太阳能农场是工业规模使用太阳能的一个例子。在这里,大量太阳能电池共同工作以产生大量电能。
太阳能热
太阳能热是太阳能使用的另一种类型。在这里,我们可以利用来自太阳的能量来加热流体(例如水)。该技术可以在家用太阳能热水系统中找到。太阳能集热器是可用于此目的的设备。有两种主要类型,称为“平板”和“真空管”收集器。
太阳能热真空管集热器。
太阳能热电厂也存在,可以利用太阳能热发电。通过集中太阳热能来加热特殊的流体。流体的热量然后转移到水中,然后沸腾并产生蒸汽。然后,蒸汽能够为涡轮机提供动力,涡轮机使发电机转动,从而产生电能。
2.风能
风能是另一种流行的可再生能源。几个世纪以来,我们一直以风船和风车的形式利用风。如今,我们主要利用风力在风力涡轮机的帮助下发电。
许多国家使用风力涡轮机来满足其能源需求。根据它们的位置,它们可以是一种非常有效的发电方式。风电场是风力涡轮机的集合,可以在陆地(陆上风电场)和海上(海上风电场)中找到。
风能的总容量在2018年略高于太阳能。风能占可再生能源总发电量的24%,太阳能达到20%。
这样的风力涡轮机可以发电。
3.地热能
地热是另一种可再生能源。我们脚下的地面包含大量热能。地面靠近地面,从太阳吸收热量。在地球深处,岩浆可以帮助加热岩石。我们可以以不同的方式利用这种能量。
家用地热能系统使用地源热泵来帮助加热房屋的水。这可能涉及将几百米的水管放置在离地面几英尺的地方。当水流过管道时,它吸收了地面的热量,并且另一端的热量要比开始时的温度略高。然后可以重复该过程以增强效果。
地热热泵使用类似的管道来加热水。
地热发电厂是工业用途的一个例子。这些装置中的一些可以挖掘到地下深处的过热岩石中。可以将水泵入井中,然后再产生蒸汽,然后将其抽出以驱动涡轮机。这类发电厂仅在岩浆最接近地壳的区域有效,例如火环。由于这一地理限制,地热发电不如太阳能,风能和水力发电受到欢迎。
4.水能
水能包括利用流动的水来发电。数百年来,我们一直以水车的形式使用该技术。如今,我们主要将其用于发电。
水源可能来自不同的地方。一些最常见的水力发电技术类型包括:
水力发电大坝–这些利用水坝围墙捕获大量的水。然后可以通过水坝的结构释放水,在此过程中旋转涡轮机。
潮汐能–利用水下涡轮机来利用潮汐能。随着潮汐的进出,涡轮机旋转,然后借助发电机发电。
波浪动力–比上面的动力少,但具有利用波浪动能的潜力。在这里,大的管状容器被放置在靠近海岸的地方。当它们在波浪中摇摆时,它们能够将波浪能转化为电能。
在考虑可再生能源时,我们经常忽略水力发电。但是,根据IRENA的2019年报告,到2018年底,水能占可再生能源发电能力的50%。这不仅仅是太阳能和风能的总和!
截至2018年底,水力发电容量最高的三个国家是中国,巴西和美国。中国的装机容量为352,261兆瓦,领先于巴西的104,195兆瓦和美国的103,109兆瓦。
这样的水力发电大坝可以产生大量的电力。
5.生物质能
生物质是另一种可再生资源。它使用有机物来满足各种不同的能源需求。有机物可以包括以下任何一种:
木材–就发电而言,主要来自柳树和杨树。其他来源包括木屑,锯末,原木和树皮。
作物-包括小麦,玉米,甘蔗和土豆等淀粉类作物。它还可以包括油菜作物,例如油菜籽,油菜籽,大豆和向日葵。
动物与人类废物–包括肥料,污水,泥浆和动物垫料。
园林垃圾–尚未完全分解的鲜草屑。
就生物能源而言,我们可以以不同的方式利用以上内容。
生物质能
在这里,木材被燃烧以加热水。然后产生蒸汽,该蒸汽可以驱动涡轮以发电。这与使用煤,石油或天然气的传统发电厂的过程类似。
生物燃料
我们可以使用传统的粮食作物来生产生物燃料,例如生物乙醇和生物柴油。然后可以将它们用于兼容的发动机中,以替代汽油和柴油。
沼气
这使用了称为“厌氧消化”的过程,该过程涉及在密闭腔室内加热动物或人类废物。随着加热,它分解得更快并产生甲烷。然后,我们可以捕获它并存储以备后用。它可以在炉子上燃烧以做饭或取暖,有时用于运输。
像这样的厌氧消化池可以产生沼气。
生物能源问题
关于生物质是否可再生存在一些争论。但是,通常认为它是可再生能源。这是因为只要地球上有生命支持,它所使用的有机物就会一直存在。
当然,生物质确实会带来一些环境影响,应予以考虑。尽管农作物在生长过程中会吸收二氧化碳,但燃烧时会释放到大气中。这可能对空气质量和我们的健康有害。
回顾
随着全球能源需求逐年增加,寻找可持续的能源生产方式现在比以往任何时候都更加重要。利用太阳能,风能,地热能,水能和生物质能可以帮助实现这一目标。
可再生能源与不可再生能源相比具有关键优势,因为它们永远不会耗尽。它们通常对环境也更好。您可以在此处更深入地了解可再生能源的优缺点。