新能源与可再生能源包括那些能源?它们各自的特点和共同的特点是什么?
新能源又称非常规能源,是指传统能源之外的各种能源形式。指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源。包括:太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等。
特点是:
1)资源丰富,普遍具备可再生特性,可供人类永续利用;
2)能量密度低,开发利用需要较大空间;
3)不含碳或含碳量很少,对环境影响小;
4)分布广,有利于小规模分散利用;
5)间断式供应,波动性大,对持续供能不利;
6)除水电外,可再生能源的开发利用成本较化石能源高。
可再生能源包括:太阳能、水力、风力、生物质能、波浪能、潮汐能、海洋温差能等。
特点是它们在自然界可以循环再生。
共性:优于不可再生能源
新能源、常规能源、可再生能源三者均是现代社会所探索的能源种类。三者之间有3点不同:
一、三者的特点不同:
1、新能源的特点:能量密度低,开发利用需要较大空间;不含碳或含碳量很少,对环境影响小;分布广,有利于小规模分散利用;间断式供应,波动性大,对持续供能不利;除水电外,可再生能源的开发利用成本较化石能源高。
2、常规能源的特点:常规能源的储藏是有限的。
3、可再生能源的特点:属于取之不尽,用之不竭的能源,不需要人力参与便会自动再生,是相对于会穷尽的非再生能源的一种能源。
二、三者的概述不同:
1、新能源的概述:新能源又称非常规能源。是指传统能源之外的各种能源形式。指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源,如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等。
2、常规能源的概述:常规能源也叫传统能源,是指已经大规模生产和广泛利用的能源。
3、可再生能源的概述:在自然界可以循环再生的能源。
三、三者的种类不同:
1、新能源的种类:包括太阳能、地热能、风能、海洋能等。
2、常规能源的种类:包括煤炭、石油、天然气、水等。
3、可再生能源的种类:再生能源包括太阳能、水能、风能、生物质能、波浪能、潮汐能、海洋温差能、地热能等。
参考资料来源:百度百科-新能源(能源资源学术语)
参考资料来源:百度百科-常规能源
参考资料来源:百度百科-再生能源
夏季开始以来席卷欧洲的酷热和热浪开始影响欧洲能源系统。来自俄罗斯的天然气供应危机和法国核电站反复出现的技术问题对电力生产造成了严重威胁,所有这些都受到水力、风能、核能以及天然气和煤电厂的影响。水电满足欧盟 15% 的电力需求,这一比例要高得多。早在夏季开始之前问题就出现了,但 6 月和 7 月的热浪加剧了干旱,尤其是在南欧。在西班牙和意大利,上半年水力发电量比去年同期下降了40%。
高温对其他类型电站的影响更为间接。核电厂、天然气电厂和燃煤电厂都使用冷却系统,冷却系统的运行受高温影响。南欧许多国家可再生能源发电和发电份额增加的原因之一是该地区的天气条件较好。根据市场研究机构Solargis的数据,西班牙年均太阳辐射量在1400-1800千瓦时/平方米之间,高于欧盟900-1300千瓦时/平方米的水平。 4月17日,该国太阳能发电量因日照过多而达到近13.5吉瓦的峰值,成为西班牙首次削减光伏发电量。
西班牙的风速较高,该国首都马德里本月平均风速为 19.9 公里/小时,比风速最低的 9 月高出近 11.6%。许多欧洲国家的电价已升至 200 欧元/MWh 左右。但与此同时,荷兰和比利时在几个周末都出现了负电价,西班牙和葡萄牙的电价也达到了1欧元/MWh左右的极低价格。由于欧洲现货电力市场采用边际定价方式,边际成本较低的电源优先接入电网。可再生能源,尤其是光伏和风能,具有波动性。在风电和光伏发电量高的时期,实际发电量高于用电需求,降低了市场电价,甚至出现负电价。
储能发展可以说是实现双碳的必由之路。储能,简单来说就是将能量储存起来,以便在需要的时候释放使用的过程。为了实现“30·60”碳达峰、碳中和目标,我国决定将逐步建立新能源为基础的新型电力系统。近年来我国的可再生能源发电的发展迅速,装机占比已经从2011年27.7%提升至2021年45.4%。根据国家能源局的目标,到2025年我国新能源装机占比将进一步提升至50%以上,新能源发电的地位越发重要。
一方面,通过配置储能可以实现可再生能源发电的削峰填谷,即将风光发电高峰时段的电量储存后再移到用电高峰释放,从而可以减少弃风弃光率;另一方面,储能系统可以对随机性、间歇性和波动性的可再生能源发电出力进行平滑控制,从源头降低波动性,满足可再生能源并网要求,为未来大规模发展应用打好基础。
那么储能的应用场景还包括电网侧、用户侧,随着电网灵活性需求的增加和商业模式逐渐理顺,也将一同驱动储能的规模化发展。在电网侧,储能电站目前主要用于提供电力市场辅助服务,比如系统调频。由于电网频率的变化会对电力设备的安全高效运行以及寿命产生影响,储能、尤其是电化学储能的调频效率较高,能在电网侧发挥重要保障作用。除了提供辅助服务以外,储能设备还可以缓解电网阻塞、提高电网输配电能力从而延缓设备升级扩容等。
智能风电解决方案
为了使风力发电得到集中化管控,提升用户企业数字化、智能化水平,实现数据可视化管理,打造一套适配新能源的三维可视化集中管理模块就成了新的主流趋势。Hightopo实现可交互式的 Web 风力发电数字孪生三维场景。可根据时间和天气接口实现白天、黑夜、晴、阴、雨的切换,呈现出与现实世界一致的时空状态。
1、升压站监测
风电场升压站是指将风电机组的输出电压升高到更高等级电压并送出的设施。由于风机大多为异步发电机,风电场在发出有功功率的同时会吸收无功功率,且风电机组大多不能进行持续有效的有功、无功调节,如不采取相应的控制措施,可能对电网的无功、电压稳定性造成影响,或者增加电网的网络损耗。
为解决大规模风电场并网运行时带来的送出系统电压稳定问题,风电场汇集升压站内无功补偿方式一般采用静止无功发生器(SVG)和并联电容器组联合运行的方式。点击升压站三维模型可跳转至升压站视角,展示站内主要观测数据,如环境信息、负荷统计、风功率预测、消防检查信息、巡检车信息等。
2、环境信息
图扑软件数字孪生三维可视化系统中的升压站环境信息监测主要整合了整个风电基地的天气、平均温度、主要风向、平均风速数据,方便实施把控风场大环境信息。
3、风功率预测
用图扑软件丰富得可视化图表组件,双曲线图的形式展现风电基地整体实时功率与预测功率,方便管理人员随时进行决策分析,有效进行节能减排。
4、配电室
点击 Hightopo 智慧风电监管平台的 3D 升压站内配电室建筑模型,可跳转至配电室内部,主场景采用写实风格还原配电室的内部布局,点击相应配电柜可显示不同主变高压侧测控的数据。
5、生产监测
风力发电机因风量不稳定,且对电力系统运行的支撑能力不如其他发电领域,所以对风电基地设施的监测数据更需要具备时效性。将风电场的关键生产数据集中于界面的左右两侧,为管理人员提供直观的数据展示,及时掌控。
图扑软件三维可视化技术采用 B/S 架构,页面自适应多种分辨率,用户可通过 PC 、 PAD 或是智能手机,只要打开浏览器可随时随地访问三维可视化系统,实现远程监查和管控。
利用图扑软件的可视化场景将智能设备的实时运行参数接入两侧的 2D 面板,将项目概况、实时指标、机组状态、环境参数、发电统计、节能减排等复杂、抽象的数据以丰富的图表、图形和设计元素展现,实现集中管控。通过对历史数据的融合分析,管理者可实现资源的优化配置,构建智慧风电管理系统。
6、实时指标
通过图扑软件 HT 2D 面板可以实时观测整个风电场总的风电负荷,从“风机预警处理率”以及“未处理风机数”可及时进行事件决策与处理。
7、环境参数
风速及风向的变化对大型风力发电机的发电量有较大的影响,可将环境监测系统接入图扑软件的可视化场景,完成对能见度、降水量、风速、温度的实时监测,在恶劣天气来临前做好应对措施。
8、发电统计
发电量是生产监测模块管理人员最关注的数据,面板中展示了当日发电量、当月发电量以及累计发电量;用柱状图的形式展现了所有风力发电机日发电量排行情况。
9、节能减排
通过图扑软件的可视化系统远程监测风电基地氮氧化合物的排放数据并作统计,可遵循规律达到节能减排的最优解。
10、机组状态数量
运用图扑软件的多样化图表形式,显示正常发电、带病发电、待机、自身限功率、计划停机、通讯中断的风力发电机数量,方便实时获取全场风机的运行状态。
短期来看,政策是我国储能装机发展的主要驱动力,而系统经济性的提升才能打开中长期规模化发展的空间。因而,随着市场机制的逐步改善。储能系统经济性的拐点也在“渐行渐远”。
新能源长期稳定提供电力保障的能力较差,且受气象数据滚动更新影响,新能源功率预测仍然与实际结果存在偏差。新能源大规模接入使既有常规电源和抽蓄调节能力消耗殆尽,“源随荷动”的平衡模式难以为继,系统平衡调节能力亟待提升,需加快构建“源网荷储”互动的新型电力系统。
这次能源危机,是因为能源进口的结构问题.
为了能够解决这一难题,欧洲已经开始建设浮动码头来接收液化天然气了。能源危机在欧洲愈演愈烈,欧洲的工业巨头们都是叫苦连天。他们的利润被不断的挤压,这也导致他们出来纷纷发声。所以欧洲能源危机愈演愈烈,这对于市场来说是一个不大乐观的情况。
能源危机是因为进口的问题,需要及时解决
欧洲能源危机的发生源主要源于能源的进口结构性问题,为了能够将这个问题及时的解决,欧洲已经开始建设浮动码头,用来接收一些液化天然气了。目前的欧洲工业是愁云密布,法国能源和挪威资源巨头都不看好这件事情,因为这很不正常。这有可能破坏这个地区的经济发展,很有可能会导致付出的步伐继续拖后。
能源危机愈演愈烈,欧洲巨头叫苦连天
呈线性加深的欧洲能源危机,已经让当地的一些工业巨头的利润被挤压了,所以这也导致了其他的人纷纷站出来说话,他们表示能源危机是很危险的一件事情。如果不好好的解决问题的话,这个能源危机就有可能会破坏这个地区的经济和发展,也会破坏这个地区的复苏。所以欧洲工业将面临着双重危机,感觉挺可怕的。
能源危机愈演愈烈,这对市场不大乐观
欧洲能源危机的由来和发展主要是相对于这个石油和煤炭还有就是天然气这些都是最顺手的一些方式,如果没有这些东西的话,那可能就会遭遇到危机。对于目前的这两个问题去看,他们都觉得不是很乐观,因为他们对于能源危机有着深切的体会。在凛冬将至的同时,对工业冲击这方面确实不大乐观。
我国的双碳目标为在2030年前碳达峰,在2060年前实现碳中和,这个目标相对于目前世界上的几大主要经济体而言,是要求最高,时间最紧迫的。
而目前我国的能源结构中,非化石能源占比仅仅为15.9%,清洁能源(包括水电)发电量占比36%,煤炭占比52%。
为助力实现双碳目标,在能源的供给端,提高可再生能源在电力供应和终端消费中的占比,是实现双碳目标最有效的途径。
但以风电、光伏为代表的电源侧可再生能源波动性强,不能持续稳定提供电能,这就引出了下一个亟待解决的问题——储能。
2.1 储能的必要性
近年来,随着光伏组件的成本进一步下探,无补贴下光伏电站已经可以盈利,大量资本涌入光伏产业,从生产到运营,整个光伏行业规模大幅度增长,但同时也带来了一个问题,那就是光伏只能在白天发电,晚上怎么办?风机只能在有风的情况下转动,没风的时候又怎么办?
每日风速波动较大
随着可再生能源(风电光伏)的用电量占比不断提升,风电和光伏的不稳定性带来的不单单是短时的无电可用,其波动性对于电网的冲击会引起配电网潮流变化,影响电能质量(电压、频率、波形),对电网侧和用户侧都有较大的影响。
在10年前,各地电网尚未像现在这般强大时,对于风电、光伏之类的垃圾电,电网公司向来是拒绝的,这也是为何在用电量较少的省份,弃风弃光限电的情况很多。
而将短时超发(用不完)的电储存起来,在没电的时候(晚上或者无风的时候)将这部分电能持续输出上网,就可以避免出现上述情况。
2.2 储能如何盈利
储能以前一直是政治任务,因为挣不了钱啊,但目前技术已经达到了将要盈利的瓶颈,国家就开始往储能行业里加火了。
随后没过几天,又出台了提高分时电价的政策:
文件的主旨就是继续拉开平峰和高峰时期的电价,条件具备区域,分时电价差距可达到4倍。 这两份文件一明一暗,都是在鼓励发展储能行业,在技术变革的前夕,政策层层加码,相信储能行业实现全面盈利只是时间问题。
目前大型电站并网侧的储能电站,在财务测算上,已经能实现盈利,只是以目前峰谷电的差价,盈利能力大概和存定期差不多。
2.3 电网侧储能
电网侧储能的主要作用就是调峰调频,保证用户用电质量,而最常见的用来调峰调频的手段就是抽水蓄能电站。
8月6日,国家能源局综合司印发关于征求对《抽水蓄能中长期发展规划(2021-2035年)》(征求意见稿)的函,提出到2035年我国抽水蓄能装机规模将增加到3亿千瓦,相对2020年将增长10倍,远超市场预期。此前业内预期2030年我国抽水蓄能总装机达到1.13亿千瓦,到2060年底总装机达到1.8亿千瓦。这意味着,到2030年投产总规划就将远远超过此前2060年的目标。抽水蓄能迎发展窗口期。
大规模的抽水蓄能电站投运,将大大增强现有电网的调峰能力,增加电网对可再生能源的消纳能力,最终提高我国电网用电中的清洁能源占比。
抽水蓄能是当前最成熟、装机最多的主流储能技术,在各种储能技术中度电成本最低,如上图所示,抽水蓄能电站由2个高度不同的水库组成,连接上下两个水库的是输水系统和发电机组。
在电网负荷低谷时段,电站利用廉价的谷电,将下水库里的水抽到上水库中储存起来,也就是将电能转化为重力势能。而等到电网负荷的高峰时段,电站再放出上水库的蓄水发电,这样就能以高价卖电。
抽水蓄能电站的缺点也显而易见,受地形影响较大,在地形复杂的情况下,建设成本会大幅上升,工期大约持续5-8年,而且电站建成后,由于长距离的管道输送和多个水轮机配合,机械能量损失较高,能量储存效率约70%。
目前国内做抽水蓄能电站的主要是各大地方电网公司,电站建设过程中所需的设计、施工或者总包方,几乎由一家央企垄断——中国电建。
中国电建公司囊括了中国几乎所有的头部水电系设计院,其中最为著名的是位于杭州的华东勘测设计研究院,其一年的营收就在百亿往上,超过了大部分上市公司。
其抽水蓄能市场占有率在国内达到了80%,全球达到了50%,可以说是当之无愧的 中国水电建设 第一股。
抽水蓄能电站的主设备为水轮机,在这方面,传统的汽轮机厂都有较为实力沉淀,比如东方电气和哈尔滨电气,但水轮机作为成熟的发电设备,技术已经较为成熟,在价格上少有溢价。
2.3 电源侧储能
2.3.1 其他储能形式
抽水蓄能电站属于机械储能的一种,其他较为成熟的机械储能方式还有:飞轮储能、压缩空气储能等等。
而根据储能介质不同,储能还可以分为电化学储能、化学储能、热储能及电磁储能等,但截至目前,机械储能依旧是其中最成熟,成本最低的储能方式。
电化学储能 的应用目前最为广泛也最有前景,新能源车产业链的核心部件,动力电池就是电化学储能应用的一种,按照介质不同,可分为锂离子电池、铅酸电池、钠离子电池等。
化学储能 概念简单,但操作过程异常复杂。顾名思义就是将电能转换为化学能储存起来,最常见的就是电解水制氢。
热储能 ,典型的应用就是光热电站,将阳光聚集后,把作为介质的熔盐融化,吸收大量热量,熔盐再继续加热水,形成水蒸气,推动汽轮机发电。太阳下山后,电站可以继续利用融化的熔盐所储存的热量来发电, 光热电站是为数不多的可以稳定供能的新能源电站。
某50MW光热电站效果图
电磁储能 ,主要有超导储能、电容储能、超级电容器储能等,其储能效率高,但距离实际应用还相当遥远。
目前电源侧的储能主要以电化学储能和化学储能为主,分别对应了并网型电站和分布式电站两种电站形式。
2.3.2 电化学储能
目前各地新上的集中式(并网型)新能源电站都要求适配储能,这部分储能主要是为在新能源电站波动较大时储能使用,由于集中式电站的上网电价均是固定的,其不存在利用峰谷电价差价盈利的情况,主要是增加电站上网电量,提高电站营收。
同时,在电网侧,也有大量的储能电站上马,其作用和抽水蓄能相同,调峰调频,其盈利模式就是对电能的低买高卖。
图片摘自某券商研报
这部分储能主要以电化学储能为主,而电化学储能中较为有前景的是:锂离子电池和钠离子电池。
以锂离子电池为代表,简单讲一下电化学储能的优劣:
1、成本下降迅速
在政策利好的推动下,这几年锂电的度电成本下降飞快,目前已经有成熟的锂电储能电站应用,在特定电价条件下,储能电站的内部收益率(IRR)可以达到8%,已经够着了大部分国企央企投项目的最低标准。
2、 几乎不受场地条件约束
化学储能需要较大的场地和较高的安全生产标准,而锂电储能因为能量密度相对较低,体积也较小,对场地要求较低,适合在工业园区、充电站、高端仪器设备等场所应用。
3、成本下降恐怕进入瓶颈
锂矿资源有限,可以预见,按照目前的速度发展,不远的将来,锂电将会由于上游材料价格的上涨,而进入瓶颈,锂电的度电成本不可能保持目前的趋势下降。
4、能量密度提升陷入瓶颈
虽然锂电的能量密度在过去的几年已经得到了大幅度提升,但相较于人类对能源的利用量来说,依旧太小,而锂电能量密度提升的速度并不像半导体那样成指数式增长,而是缓慢得正比例提高,锂电能量密度的提升可能跟不上人类对储能容量的需求。
钠离子电池相较于锂离子电池的优势在于成本低,且钠的储量远大于锂(已探明储量约是锂的420倍),未来有大规模应用的可能,但钠离子电池目前的可重复充放电使用的次数仍然偏低,能量密度较小,还不具备经济性。
而锂电池的优势在于,随着新能源车的普及未来电动车所装备的动力电池退役后,可以继续用作储能电池使用。
在电化学储能领域,宁德时代是当之无愧的绝对龙头,其不但在近期发布了钠离子电池,且中报显示宁德时代的储能业务相比2020年,增长超过了7倍。
从宁德时代的身上,我们足以预见,未来的电化学储能市场将极为广阔。
2.3.3 化学储能
化学储能主要以制氢储能为主,对于氢储能,比较直接的盈利模式是由化工企业投资新建分布式光伏电站,利用光伏制氢,而氢气正好是大部分化工企业的制造原材料,比如氢制乙烯。
在光照条件不错又富含水资源的区域,化工企业很容易降低制造成本,从而盈利。
此外,还有海上风电制氢应用于沿海化工厂生产的,电解水制氢制甲醇作为燃料电池燃料的,盈利能力完全取决于自然条件(风/光资源以及运输管道长度)。
关于氢能产业链的分析由于篇幅不再展开,感兴趣的可以看往期文章,在未来新能源+氢储能的分布式电站建设,一定是一个重要的发展方向:
未来尚远——氢能源产业链简析
2.4 用户侧储能
用户侧储能目前以电化学储能为主,随着应用端电动车的普及,用户侧储能的需求缺口会越来越大。
做个简单的计算题:现在很多人都用上了电动车,一台电动车如果使用快充,大概1小时就能达到其电量的75%,而充电桩的功率大约为100-200kw,也就是1小时100度到200度电,在电动车尚没有全面普及前,这点小功率对于电网洒洒水而已。
但要是当一个几十万(百万)人口的十八线小县城全面普及电动车后,几千(万)辆车同时充电的场面,瞬时功率会达到一个恐怖的数值,大部分县一级的电网都承受不住如此高功率的冲击。
因此一些分布式的充电桩运营公司就应运而生,比如宁德时代投资的主打储充检一体化运营的快卜 科技 。
将光伏、电化学储能、充电桩结合在一起,不但可以大幅度降低充电站的运营成本(不需要向电网买电),还可以缩短充电站的建设审批时间(不需要获得电网配电许可),不过新增的光伏组件和电化学储能设备也会大幅度增加充电站的建设成本。
其他用户侧的应用,比如大型设备UPS,工业园区储能电站等,还有很多,就不一一举例了。
储能形式多样,这里主要分析最具前景的电化学储能产业链。
3.1 电化学储能系统原理
其中PCS:储能变流器,连接电池系统与电网,实现直流和交流电的双向转换。
BMS:电池管理系统,用于电池的充放电管理。
BS:电池组,核心部件,主要成本就在电池上。
EMS:能量管理系统。
电化学储能系统的成本如上图所示,其中EPC指的电化学储能电站建造的总承包费用占成本的比重,可以看到整个系统中电池成本占据了一半以上,其次是PCS储能变流器,而这两项也是储能系统中技术含量最高,壁垒最厚的版块。
3.2 各板块龙头
储能电池代表企业:宁德时代 、 派能 科技 、 比亚迪 、 亿纬锂能 。
宁德时代:无可争议的绝对龙头,中报显示储能业务同比增长7倍以上,在电池领域拥有绝对的话语权。
亿纬锂能:在5G和风光电站储能方面发展迅速,但依旧属于二线电池厂中的第一位。
比亚迪:全产业链覆盖,技术沉淀深厚,海外市场亮眼,但主业是整车,储能业务弹性可能一般。
派能 科技 :储能业务纯正,专注用户侧储能,目前业绩释放一般。
PCS(储能逆变器):阳光电源、固德威、锦浪 科技
阳光电源:储能逆变器和储能系统双龙头,在全球逆变器市场都处于龙头地位。
固德威:和派能 科技 类似,专注于用户侧储能逆变器市场。
锦浪 科技 :逆变器领域的新秀,发展没几年就从阳光电源手下抢来不少国内市场,后市可期。
系统集成:盛弘股份。
EPC:永福股份,垃圾,就是个破设计院,要不是宁德时代入股,就是个渣渣。
今天文章写得有点长,产业链部分简单了些,储能截止目前是在政策扶持下,刚刚能够实现国企投资需求的水平(大概就比定期强一点的收益率),离全面爆发尚远。
如果要投资储能领域,最先爆发的必然是价值量最高的电池和逆变器,至于其他,尽量别碰。