核能是能源吗?
从定义上可再生能源为来自大自然的资源,是取之不尽,用之不竭的能源,会自动再生,是相对于会穷尽的不可再生能源的一种能源。
可再生能源具有以下特点:
1.它从地球气候或地质的现有的持续过程中收集能量;
2.这不会以任何方式耗尽该过程,或者必须通过人类存在时间范围内的外部输入来更新能量;
3.不会因为获取能量而对生物或气候系统造成特别的影响。
基于以上几个特点,风能、太阳能、水能和地热能都毫无疑问地属于可再生能源,在从高压系统到低压系统的空气运动中,风能只吸收了巨大能量的一小部分(按照贝兹定律,极限是59%)。风来自于太阳的照射和地球的旋转,风力发电机不会影响风能的产生。太阳能也是如此,太阳能光伏获取能量不会影响太阳能的产生,虽然太阳有寿命,但这是远大于“人类存在时间范围”。水力发电利用的是水在落差下产生的势能,水循环来自于太阳能与风能,太阳能使得水蒸发,风将水蒸气输送到高处形成降雨,水能不会影响到这一过程。相比之下,目前人类认为化石燃料的形成需要很长的时间,例如许多煤炭的形成可以追溯到石炭纪,这个过程显然超过了“人类存在时间范围”,因此我们认为化石燃料是有限的,属于不可再生资源。
而核能,现在的普遍观点认为核能不属于可再生能源,目前核电站的原理无一例外都是核裂变的,核电站同样需要核燃料来发电,核燃料所需要的铀矿等依然属于矿石资源,属于不可再生。
尽管可再生能源有很明显的优点,但他们仍然有缺点,主要体现在以下几个方面:
1.间歇性:很多可再生能源都存在间歇性的问题,比如风能,全年的风速一定是变化的,不可能维持在一个稳定的数值,因此风能产生的电力也是不定的,太阳能也是如此,首先晚上没有太阳,其次随着天气季节的变化,太阳辐射的强度也是变化的,水能同样要面临着枯水期和涨水期的问题,水位的高低会影响水力发电。此外还需要考虑极端天气的影响,例如:台风和洪水。由此也引出了下一个问题。
2.存储:化石能源不太需要考虑储能的问题,因为能量都储存在化石燃料里,而可再生能源则需要通过储能来解决这一问题。目前比较好的储能方式都需要可再生能源与化石能源结合使用,这样不能解决根本的问题。
3.分布性:虽然世界上各个国家和地区化石燃料的分布也有差异,但是可以通过贸易和运输来解决,可再生能源则存在很大的先天性,毕竟风力,太阳辐射,地热和潮汐这些肯定无法交易和运输。
4.技术与成本:尽管很多可再生能源是免费的,例如太阳能和风能,但是获取这些能源的设备同样需要成本,而且这些设备同样还需要维护成本。与此同时,涉及可再生能源的技术难度也大于已经成熟的化石能源,在很多发展中国家,同样难以推行。
1999年由美国麻省理工学院教授克鲁格曼提出的不可能三角(Impossible trinity)理论是指:经济 社会 和财政金融政策目标难以同时获得三个方面的目标,比如:在金融政策方面,资本自由流动、固定汇率和货币政策独立性三者不可能兼得。
在能源生产与供应领域,现阶段同样存在这样的“不可能”,即能源的生产与供应无法同时达到“稳定”、“清洁”以及“廉价”这三方面的目标。
为了实现双碳目标,需要我国现行的能源结构作出调整,大幅增加风力、太阳能等具有间歇性特点的可再生能源以替代传统的化石燃料以达到大幅减排的效果。但上述可再生能源的“间歇性”对我国能源供应的稳定性造成一定挑战;同时,上述可再生能源虽然可以脱碳具有一定的“清洁性”,但其经济性目前仍与传统化石能源相比不具有优势,因此形成了一个能源的不可能三角形。
我非常认可国家进行可再生能源的替代行动,但要想大规模普及,不仅要考虑到清洁能源大规模项目所铺设的人力技术和资源成本。相关的法律规定和政策扶持也必须要尽快跟上。
对于清洁能源的替代和可再生能源的使用,不仅可以促进民生生活的秩序和空气的良好,也能够保障我国的现有生活和未来发展。但在现阶段还有更多的技术难关仍需解决和突破,这也是值得注意和考虑的。
可清洁能源的使用将会造福人民群众,并减少环境污染。
我们本身和自身的环境存在着相互影响的情况,通过可清洁能源不仅可以替代燃料燃烧可能产生的有害废物,也可以更好的保护家园,从而避免未来产生极端的频繁灾害天气对生活和出行造成影响。因此清洁环保能源的存在是非常重要的,对于未来国家之间的能源使用甚至外太空的能源使用技术而言都有着非常重要的前景方向。
许多可再生发电项目会受到地理环境以及天气周期的影响,影响了发电技术的运行和改进。
但不可忽视的是,相关的阻力和问题比如说水能,风能太阳能等,这些清洁项目虽然不会产生污染,但其发电规模和其发电设备会受到地理环境以及天气周期的影响,对于维持地区的长久和稳定发电而言,其实只能起到辅助作用。目前类似诸如核能以及其他的清洁煤发电项目,也受到了国家的关注和行业的研究。
针对可清洁能源的市场推进和研发,相关政策和扶持规定也有待完善。
要想真正的促进替代行动的落实和到位,相关法律法规的政策和扶持规定也是有待完善的。针对于某些企业的研发和分析给予一定的支持,并派遣相应的科研人员进行辅助帮助,可以更好的推进这类可再生能源替代项目的落地。
2、政府制定相关法律法规、政策的初衷,无非是尽可能的促进和激励可再生能源发电市场的发展、规范相关市场的正常运作。所以这些法律法规、政策的前景,很大程度上是受到了可再生能源发电技术不成熟、资源分布不均等因素的制约。
3、可再生能源发电,尤其是风电、光伏发电目前的瓶颈,一方面有市场规范、政策等的不完善造成的制约,另一方面与技术发展的瓶颈、资源分布不均有关。现在的状况是,政策逐步趋于完善,但是技术发展、资源利用却严重滞后。举例来看,水电资源主要分布在南方,尤其是西南地区,小水电等的发展不容乐观,远距离输电也成为难题;风电资源主要分布在沿海和西北地区,资源分布不均,输电建设跟不上,同时技术不成熟导致大量的风机脱网问题,电能无法上网输出;光伏发电,不适用于大规模的发电,只限于小范围的利用,短时间内难以形成规模。风、光发电本身具有间歇性,发电不稳定,同样影响了电网的安全稳定。
因此,现阶段法律法规、政策随着相关经验的积累可以逐步完善,但是可再生能源发电的技术亟需突破,这就需要技术人员努力解决尚存的问题,储能技术的发展对解决上述问题至关重要,应当引起足够重视。
1、新能源按其形成和来源分类:来自太阳辐射的能量,如太阳能、煤、石油、天然气、水能、风能、生物能等、来自地球内部的能量,如核能、地热能、天体引力能,如潮汐能。
2、新能源按开发利用状况分类:常规能源,如煤、石油、天然气、水能、生物能、新能源,如核能、地热、海洋能、太阳能、风能。
3、新能源按属性分类:可再生能源,如太阳能、地热、水能、风能、生物能、海洋能、非可再生能源,如煤、石油、天然气、核能。
4、新能源按转换传递过程分类:一次能源,直接来自自然界的能源,如煤、石油、天然气、水能、风能、核能、海洋能、生物能、二次能源,如沼气、汽油、柴油、焦炭、煤气、蒸汽、火电、水电、核电、太阳能发电、潮汐发电、波浪发电等。
5、常规能源是指已能大规模生产和广泛利用的一次能源,又称传统能源,如煤炭、石油、天然气、水力和核裂变能,是促进社会进步和文明的主要能源。
6、新能源是指常规能源之外的各种能源形式。它的各种形式都是直接或者间接地来自于太阳或地球内部伸出所产生的热能。包括了太阳能、风能、生物质能、地热能、水能和海洋能以及由可再生能源衍生出来的生物燃料和氢所产生的能量。
7、常规能源是指技术上比较成熟且已被大规模利用的能源,而新能源通常是指尚未大规模利用、正在积极研究开发的能源。因此,煤、石油、天然气以及大中型水电都被看作常规能源,而把太阳能、风能、现代生物质能、地热能、海洋能以及核能、氢能等作为新能源。
8、新能源是相对于常规能源而言的。由于新能源的能量密度较小,或品位较低,或有间歇性,按已有的技术条件转换利用的经济性尚差,还处于研究、发展阶段,只能因地制宜地开发和利用但新能源大多数是再生能源。资源丰富,分布广阔,是未来的主要能源之一。
9、新能源是新近才被人类开发利用、有待于进一步研究发展的能量资源,相对于常规能源而言,在不同的历史时期和科技水平情况下,新能源有不同的内容。当今社会,新能源通常指核能、太阳能、风能、地热能、氢气等。
最新市场现状
2015年3月16日,国家发改委、财政部、科技部等23个部委召开了针对战略性新兴产业发展的部际联席会议。节能环保产业、新一代信息技术产业、生物产业、高端装备制造产业、新能源产业、新材料产业、新能源汽车产业等七大产业已成为我国重点培育的战略新兴产业。
据会议信息,2014年在新兴产业领域的18个重点行业中,规模以上企业主营业务收入达15.9万亿元,实现利润总额近1.2万亿元,同比分别增长13.5%和17.6%。2013年同期,规模以上工业企业主营业务收入仅增长3.3%,利润额增长1.6%,明显低于新兴产业。
在全社会规模以上工业企业中,战略性新兴产业利润总额占比接近19%,主营业务收入占比接近15%。《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》提出,到2020年,战略性新兴产业增加值占国内生产总值的比重力争达到15%左右。
以上内容参考:百度百科-新能源
二是加大科技含量.发展低碳经济是新的经济增长点.在发展低碳经济的过程中不能走传统的老路,不能再靠引进来后低水平建设,而应大力发展自主知识产权技术,加大科技投入,占领制高点,从而缩小和先进国家的差距,使我国的新能源产业在国际上也能占有一席之地.
专家认为,电网建设已成为推进新能源发展的关键环节.国家电网公司副总经理舒印彪表示,由于风电、太阳能等可再生能源发电具有间歇性、随机性、可调度性低的特点,大规模接入后对电网运行会产生较大的影响.我国相对集中的资源分布条件、相对薄弱的电网发展基础以及新能源迅猛发展势头,对电网的适应性和安全稳定控制水平提出了更高要求.
作为一种可再生的绿色液态燃料,“液态阳光”发展日益受到各国重视,被视为解决二氧化碳减排甚至达到碳中和的理想途径。
所谓“液态阳光”,是将利用太阳能等可再生能源产生的电力电解水生产氢,并将二氧化碳与氢合成为甲醇等便于储运的绿色液态燃料。
“‘液态阳光’是真正利用可再生能源资源化利用二氧化碳,实现规模化低碳乃至无碳能源的路径。”2020年12月14日,中国科学院院士、中国科学院大连化学物理研究所研究员李灿在第九届全球能源安全智库论坛上表示。
值得注意的是,全球第一个规模化太阳燃料合成示范项目已于2020年1月在兰州正式投入运营,迈出了我国利用可再生能源大规模生产绿色甲醇的第一步,也意味着我国拉开了向“液态阳光”甲醇经济转型的“大幕”。
能源系统碳中和
“液态阳光”被寄予厚望
“我国提出了将在2030年前实现碳达峰,2060年前实现碳中和的目标。但与此同时,我国是世界上最大的能源生产国和消费国,要让这样一个以碳基能源为基础的超大能源系统实现碳达峰、碳中和,是一项艰巨的系统性工程。”中国 社会 科学院国际法研究所科研外事处处长廖凡在论坛上指出。
在李灿看来,富煤、贫油、少气是我国的能源资源禀赋特征,在我国消费结构中,化石能源占比超84%,超70%的石油资源仍依赖进口,想要在10年时间内实现碳达峰,30年时间内实现碳中和,除了从植物自然光合作用、海洋吸收、节能降耗外,发展可再生能源、提高非化石能源使用比例是更为重要的途径。
“尤其要注意发展‘液态阳光’技术,这是一条发展可再生能源,实现规模化低碳乃至无碳能源,回归地球生态平衡的重要路径,为实现碳中和提供可行技术方案。” 李灿认为。
相关测算显示,1吨甲醇可转化1.375吨二氧化碳。按照我国2020年甲醇年产能9358万吨计算,每年的甲醇产能可有望转化上亿吨二氧化碳;如果用可再生能源合成的“液态阳光”甲醇规模化替代汽油,那么每年则可实现减排二氧化碳超10亿吨,与我国植树造林减排二氧化碳的最大值相当。
一举多得
助力解决可再生能源间歇性难题
我国能源需求潜力巨大,导致二氧化碳减排任务艰巨。利用可再生能源替代化石燃料、保障液态燃料供给,实现低碳经济,是关系我国能源安全及经济可持续发展的重要课题。
“液态阳光”不仅是太阳能大规模经济利用的关键技术和发展方向,还是化学储能的一种新形式,可帮助解决可再生能源间歇性难题。
“‘液态阳光’是通过突破高效、低成本、长寿命规模化的电催化分解水制氢技术,制取甲醇,而氢能与甲醇均是稳定可长期储存的能源。” 在李灿看来,甲醇既是理想的化学储氢分子,可帮助解决当前氢能产业大规模发展面临的储运与加注掣肘。同时,“液态阳光”技术应用还有另一层要义,便是解决边远地区的可再生能源及弃电问题,将是除(特)高压输电之外的另一条规模化输送能源的途径。
从兰州新区建成投运的我国首个千吨级液态太阳燃料合成示范项目看,该技术路径已经具备可行性。
应用规模初具
呼吁政策鼓励绿色甲醇发展
“液态阳光”甲醇不仅是一种绿色液态燃料,还是一种重要的绿色化工原料。
李灿认为,“液态阳光”的大规模使用,将有助于建立新型绿色低碳、高效的能源系统,促进我国向绿色甲醇经济转型发展。特别是在我国强化碳减排的当下,“液态阳光”有望迎来爆发式发展。
我国拥有全球最大的甲醇市场。在能源化应用方面,当前,甲醇作为新型燃料,在餐饮、锅炉、采暖、交通等领域的应用市场已开始逐渐形成。
“液态阳光”甲醇作为绿色氢能载体,可解决氢能的储运难题,与此同时,还可使燃料电池 汽车 全链条绿色化,助力交通领域实现深度脱碳。
谈及未来甲醇发展,原机械工业部部长何光远建议,我国应将甲醇燃料作为新兴能源纳入国家能源体系,统筹协调各有关职能部门,出台政策性推广应用文件。“一要明确甲醇燃料推广应用全流程涉及的管理部门职责,以政策支持为抓手,明确职责,引导市场机制;二要鼓励坚持创新 科技 研究;三要统筹规范指导,发挥行业积极性,推进我国甲醇燃料应用。”
近日在上海举行的第三届中国国际进口博览会期间,东芝多位高管对澎湃新闻表示,除了已提出“氢能源 社会 ”愿景的日本本土之外,东芝非常看好氢能在中国的发展前景。
放眼全球,日本是近年来最热衷于发展氢能的国家之一。日本“氢能基本战略”提出,到2030年要确立国内可再生能源制氢技术,构建国际氢能供应链,长期目标是利用碳捕获(CCS)技术实现平价化石燃料的脱碳制氢和可再生能源制氢。对于能源自给率低的日本而言,用零碳排的可再生能源来制取清洁高效、较易储运的氢能,无疑是“后福岛时代”得以兼顾能源安全和碳中和目标的理想选择。
日本能源转型历程
“东芝早在50年前就已经开始做氢能方面的技术研发,进行相关技术储备。我们在40年前推向市场的产品,已经有氢能利用的影子。”负责氢能业务的东芝(中国)有限公司营业总监张童对澎湃新闻表示,早年东芝的制氢路线是烃类醇类重整制氢。但在零碳理念下,该公司内部近十年间全面提升氢能体系,东芝燃料电池体系全部是纯氢燃料电池。
据介绍,东芝的纯氢能燃料电池系统H2Rex已累计在日本国内交付100台以上。这种100kW的模块化单元可根据需求灵活组合,启动时间不到5分钟,高效将管道或气罐中的氢气转化为电能和热能。
东芝的纯氢能燃料电池系统H2Rex累计在日本交付100台以上
典型场景如东芝的新氢能综合应用中心,利用太阳能电解水制备氢气,并直接将其应用在东芝的日本府中工厂的燃料电池物流叉车上。这样,不但燃料电池物流叉车在运转时不排放二氧化碳,而且,因为使用了通过可再生能源制取的氢气作为燃料,从制氢到氢利用的全程实现了零碳排。
当突发灾难时,这套小型分布式能源亦可大显身手,作为一条生命线为300名受灾群众提供一周的电力和热水供应。
纯氢固然样样好,但目前在全球范围内仍受居高不下的成本所困。据澎湃新闻了解,上述在日本落地的东芝纯氢燃料电池系统均为有日本政府政策支持的项目。
张童表示,全球可再生能源快速发展,但风电、光伏始终存在间歇性问题。尤其在中国,风电、光伏装机的迅猛增长对电网调峰要求巨大,弃风、弃电的问题屡见不鲜。若将这部分电力转换成氢能储存起来,在需要时再调取,就是一个最理想的结合。“可再生能源与电解质制氢技术结合起来,制出来的氢完全是绿色的。”
他认为,在该领域,东芝的所长是对电力系统、电子设备、控制系统的深入了解和对氢的长期技术积累,目前正在与多家上游制氢企业探讨合作。在氢能起步阶段,东芝呼吁政府对全行业予以政策支持,鼓励更多企业参与氢能产业链的完善,并尽早明确氢使用的法律法规。在这些前提下,氢能成本才能随着规模化效应快速下降。
氢能成本的下降有赖于一个足够大且高速成长的下游市场。东芝正在推动纯氢能燃料电池系统H2Rex尽早应用于中国市场,使其成本上尽早符合中国市场潜在的需求,并联合中国合作伙伴一起开拓市场。
实际上,东芝对于“终极能源解决方案”的认识,在日本福岛核事故之后出现了彻底的转变。东芝曾是全球核能领域的重要参与者,旗下拥有 历史 战绩辉煌的美国西屋电气公司。但由于2011年福岛核事故后全球核电建设放缓、建造成本陡增、西屋电气申请破产保护等原因,东芝最终选择剥离核电资产。
今年10月,日本首相菅义伟在临时国会上发表施政演说时宣布,日本将争取在2050年实现温室气体净零排放。这标志着作为全球第三大经济体和第五大碳排放国的日本在气候议题上的立场发生巨大转变。目前,日本的温室气体排放中有至少80%来自能源领域。
“二氧化碳零排放并不是最近才有的呼声,很早以前大家就在进行与此相关的探讨。”东芝中国总代表宫崎洋一对澎湃新闻说道,福岛核事故改变了全球的碳减排思路。2011年之前,日本、欧洲都将低碳发电目标寄希望于核能,但福岛事故后由于安全标准升级、核能发电成本陡增,欧洲主要国家纷纷选择弃核。
宫崎洋一称,除了重点业务氢能之外,目前东芝还有其他颇具竞争力的能源业务和碳捕捉技术,可以根据不同地区的特征进行灵活组合。具体而言,在水电领域,东芝的实际供货数量和技术实力处于全球第一梯队,已经向44个国家及地区累计供货2300多台水轮机和1800多台发电机;光伏领域,东芝的工业用光伏发电系统在日本有2700处应用,住宅用光伏发电系统在日本为10万户以上客户使用;地热领域,东芝已向全球提供累计达3.7GW的地热发电设备,以设备容量计处于全球第一。
福岛氢能研究基地(FH2R)
在日本国立的新能源产业技术综合开发机构(NEDO)牵头下,东芝与另外两家日本企业合作的福岛氢能研究基地(FH2R)已于今年2月底建成。
FH2R系统概览
该项目建有全球最大的利用可再生能源的10MW级制氢装置,正在验证清洁低成本的制氢技术。这里产生的氢气不仅用来平衡电力系统,还为固定的氢燃料电池系统、移动的氢燃料车等提供动力。
校对:刘威