再生能源发电尚有一些问题需研究解决?
(1)由于日光能量密度低(在白天,最高每平方米1千瓦),要放置太阳热能收集器需要巨大的空间。(2)太阳辐射的强度变化大,因发电取决于时间和天气,所以不能实现稳定发电。(3)由于难以通过热积累把蒸汽的温度提高到一个高水平,所以不能实现高效率的兰金循环(总效率10%~15%)。
我国能源发展面临的主要问题
虽然我国能源发展取得很大成绩,但也要看到,随着经济社会快速发展,多年积累的矛盾和问题进一步凸显。这集中表现在六个方面:
第一,资源约束明显,供需矛盾突出。我国能源资源总量虽然比较大,化石类能源探明储量约7500亿吨标准煤,但人均拥有量远低于世界平均水平。煤炭、石油、天然气人均剩余可采储量分别只有世界平均水平的58.6%、7.69%和7.05%。
煤炭。我国煤炭储量丰富,但从中长期来看,要把储量变成有效供给,以满足经济社会发展的需求,面临"三大不足"的压力:一是煤炭精查储量不足。据测算,2010年前拟开工建设的煤矿项目缺精查储量500多亿吨,2011?2020年缺1200多亿吨。二是生产能力不足。根据全国目前煤炭的生产能力,考虑部分矿井衰老报废等因素,2020年前还需要新增煤炭生产能力10亿吨,接近美国目前的产煤总量,这意味着我国还要新建百万吨级的大型煤矿1000个左右。三是运输能力不足。我国煤炭消费主要集中在东部地区,但煤炭资源主要分布在北部和西部,这种资源禀赋与需求地理分布的失衡,决定了北煤南运、西煤东运的格局。按照10亿吨新增煤炭的70%需要外运测算,2020年前需要再建7条亿吨级铁路线以及相应的港口。这些实现起来难度都是很大的。
石油。据最新全国常规油气资源评价成果报告,我国石油可采资源量为212亿吨,探明剩余可采储量为25亿吨,平均探明率为33%,处于勘探中期阶段。目前,我国石油勘探难度不断加大,新增储量质量变差,经过努力做到稳产、小幅增长尚有可能,但大幅增长的可能性不大。比如,我国大庆油田稳产高产持续了27年,从2002年起产量开始递减,平均每年减少150万吨。从分布情况来看,东部主要含油盆地已经进入勘探开发中后期。待发现石油资源主要集中在松辽、塔里木、准噶尔、鄂尔多斯等盆地和渤海海域。西部主要含油盆地和我国海域资源丰富,且探明程度低,处于勘探开发早期。据测算,即使考虑大力节能降耗、调整经济结构和发展可替代品等因素,2020年石油缺口仍将达2.5亿吨。
天然气。从整体上看,我国天然气勘探开发潜力大,处于勘探早期阶段,储量产量将快速增长。塔里木盆地的库车地区,鄂尔多斯盆地及周边古生界,四川盆地川东、川西北地区和川西前陆盆地,柴达木盆地涩北和台南地区,东海海域,莺歌海、琼东南等是今后勘探开发的重点区域。但是快速增长的天然气生产难以满足更快的需求增长。预计到2020年需要新增天然气探明地质储量3.4万亿立方米,这意味着探明天然气可采储量需要再翻一番。
此外,新能源和可再生能源虽然开发利用潜力较大,但面临的制约因素也较多。比如,水电剩余资源主要集中在西部和中部,受自然条件和移民因素影响,开发难度越来越大。核电由于投资密集、建设周期长,新的核电能力短期内难以迅速增加。
与资源约束形成明显对比的是能源消费的快速增长。从近几年的能源供需形势看,能源消费总量越来越大,快速增长的能源供应仍赶不上更快增长的能源需求。能源消费弹性系数出现反弹,"十五"期间平均为1.05,为改革开放以来的最高值。目前我国人均消费水平还很低,且处于工业化、城镇化进程加快的时期。国际经验表明,这一阶段正是能源消耗"倒U"型的上升阶段。随着经济规模进一步扩大,能源供求矛盾将长期存在,特别是油气供求矛盾十分突出。
第二,能源技术依然落后,能源效率明显偏低。我国能源技术虽然已经取得很大进步,但与发展的要求和国际先进水平相比,还有很大差距。大型煤矿综合采掘装备、煤炭液化技术核心装备需要引进,瓦斯抽取和利用技术落后,矿井生产系统装备水平低。重大石油开采加工设备、特高压输电设备、先进的核电装备还不能自主设计制造。氢能及燃料电池、分布式能源等技术研究开发不够,可再生能源、清洁能源、替代能源等技术的开发相对滞后,节能降耗、污染治理等技术的应用还不广泛。
技术的落后,制约了效率的提高。从总的能源效率看,按现行汇率计算,我国单位GDP能源消耗比世界平均水平高2.2倍左右,比美国、欧盟、日本和印度分别高2.4倍、4.6倍、8倍和0.3倍。尤其是这几年,高耗能产业发展较快,经济增长方式粗放,能源消耗量不断增加,能源产出效率大大低于国际先进水平。2004年,我国的GDP按当年汇率计算为1.9万亿美元,约占全世界GDP的4.4%,为此消费煤炭20亿吨,占世界消费总量的比重超过35%;消费原油3亿吨,占世界消费总量的7.8%。以上比较,即使考虑汇价因素,我国能源效率低也是不争的事实。从主要用能行业和耗能设备看,水泥综合能耗高出国际先进水平23.6%,大中型钢铁企业吨钢可比能耗高15.1%,火电供电煤耗高20.5%,机动车百公里油耗比欧洲高25%,比日本高20%,比美国高10%,载货汽车百吨公里油耗比国际先进水平高1倍以上。从能源开发过程看,资源浪费惊人。比如煤矿的综合回采率,国际上一般为45%?60%,我国平均只有30%,小煤矿有的仅为10%?15%。改革开放以来,我国小煤矿产量由1978年的9500多万吨增加到2005年的8.5亿吨,在此期间,累计生产煤炭120亿吨左右,消耗资源储量约800亿吨。按照正规开采方法计算,800亿吨资源储量可产出煤炭400亿吨左右,这意味着用同样的资源量,少产了近300亿吨的煤炭,相当于改革开放以来全国煤炭的总产量。我国煤矸石综合利用率也只有40%,全国累计堆放的煤矸石总量约38亿吨,占地约11万亩,而且每年仍以约2亿吨的速度增加。每年还产生近亿吨的粉煤灰,历年积存量已有30多亿吨,目前的综合利用仅限于生产水泥、墙体材料或者铺路、建坝等,大量物质没有得到开发利用。
第三,能源结构尚不合理,环境承载压力较大。我国富煤、缺油、少气的能源结构难以改变。与世界能源消费结构相比较,我国一次能源消费呈现出迥然不同的结构特点:煤炭消费比重基本上与世界石油、天然气消费比重相当,占60%?70%;而石油、天然气消费比重与世界煤炭消费比重持平,只占20%?30%。尽管我国能源结构将不断优化,煤炭比重会有所下降,但煤炭的主导地位在一定时期内难以改变。到2020年,我国能源消费结构中煤炭的比重仍可能超过55%。
相比油气,煤炭对环境的影响大。煤矿地表沉陷、煤田自燃火灾、矸石山自燃等所引发的植被破坏、地下水位下降、水体污染等现象比较严重,加之我国煤炭清洁利用水平低,原煤洗选率仅30%左右,比美国、澳大利亚等发达国家低60个百分点,带来的污染更为严重。在全国烟尘和二氧化硫的排放量中,由煤炭燃烧产生的分别占70%和90%。目前我国已是二氧化硫排放量最大的国家,导致区域性的环境酸化,酸雨区已超过国土面积的40%。此外,煤炭燃烧生成的二氧化碳还会加重温室效应。
第四,国际环境复杂多变,利用境外油气资源难度加大。我国石油天然气资源相对不足,国内生产能力增长有限,需要更多地利用境外资源,但我们面临的国际环境非常复杂。有关资料显示,全球剩余可开采的煤炭储量为9845亿吨,石油1427亿吨,天然气156万亿立方米。即使维持现有消费水平不变,化石能源总储量也只能维持人类消费100年左右。在全球能源产量中,国际贸易量不到50%。目前开发环境和条件好的油气资源大部分已被西方发达国家开发利用并控制,国际自由贸易量的比例更低,我国能源进口需求不可能无限制地得到满足。我国石油进口运输方式大多是远距离、大运量,每年进口的石油约80%经过马六甲海峡,现有远洋船队超大型油轮严重不足,约95%的进口石油依靠海外公司运输。同时,能源资源是战略资源,我国作为一个大国,过于依赖进口,不仅涉及供求格局和价格变化等问题,还涉及如何打破现有垄断格局、运输线路安全保障等极其复杂的国际经济、政治、外交和军事问题,处理不好或出现难以控制的动荡,会危及我国的国家安全。
第五,石油储备体系不健全,安全生产存在隐患。石油储备在能源供应安全中占有重要地位。上世纪七十年代第一次石油危机后,国际能源署要求包括西方七国在内的成员国,必须承担相当于90天的石油净进口量的石油储备义务。欧盟也要求其成员国承担石油储备义务。这些国家已经先后建立了比较完善的石油储备制度,而且已经发挥了重要作用。我国石油储备刚刚起步,目前项目建设进展较为顺利,但还有大量工作要做,石油储备要达到储备目标还需若干年,形成国家石油储备体系和应急机制还任重道远。
能源特别是煤炭安全生产形势较为严峻。近年,市场需求旺盛,拉动煤炭产量快速增加,但有近1/3的产量缺乏安全保障条件,煤矿瓦斯爆炸等重特大事故未能得到有效遏制。去年全国发生死亡30人以上特别重大事故11起,今年的煤炭安全形势也不容乐观。油气生产和管网仍存在潜在的事故风险。近年来,电力建设高速发展,在设备制造安装、工程建设等方面潜存诸多隐患,可能带来一些安全问题。美、加和莫斯科大停电事故,已经给我们敲响了电力建设和安全运行的警钟。
第六,能源体制改革尚未到位,法律法规有待完善。煤炭企业机制转换滞后,社会负担沉重,企业竞争力不强,企业跨区经营的体制环境没有完全形成,煤炭流通体制尚不完善,铁路运输体制改革、煤炭交易市场建设等配套改革滞后。建设适应WTO要求的原油、成品油和天然气市场体系,以及完善政府宏观调控与监管体系等方面还有大量需要解决的问题。电力体制改革方案中确定的各项改革措施也有待进一步落实。
同时,我国能源法律法规还不能适应能源发展与改革的需要,突出表现在:体现我国能源战略、维护能源安全、衔接能源政策的基本法律尚不完备;能源安全和石油储备等方面至今还缺乏相应的法律依据;《电力法》、《煤炭法》等一些法律法规及政策性文件已不适应发展需要,有待进一步协调、修改或废止。
总之,我们既要看到,我国能源资源尚有较大的潜力,随着科学技术不断进步,资源可利用程度加深,以及非常规能源的补充作用进一步增强,我们有能力、有办法解决经济社会发展中的能源支撑问题。但是,我们也应进一步增强忧患意识和危机感,要清醒地认识到,我国能源人均占有量比较低,保障程度不高;近期供求矛盾已经很大,未来资源瓶颈更为突出;千方百计缓解能源瓶颈约束,事关全局,刻不容缓。我们要从顺利实现全面建设小康社会宏伟目标,保障中华民族长远发展和子孙福祉的高度,充分认识做好能源工作的极端重要性,切实采取有效措施,积极化解我国能源发展中面临的突出矛盾和问题。
可再生能源是重要的能源资源,开发利用可再生能源具有以下重要意义:
1、开发利用可再生能源是落实科学发展观、建设资源节约型社 会、实现可持续发展的基本要求。充足、安全、清洁的能源供应是经 济发展和社会进步的基本保障。我国人口众多,人均能源消费水平低, 能源需求增长压力大,能源供应与经济发展的矛盾十分突出。从根本 上解决我国的能源问题,不断满足经济和社会发展的需要,保护环境, 实现可持续发展,除大力提高能源效率外,加快开发利用可再生能源 是重要的战略选择,也是落实科学发展观、建设资源节约型社会的基 本要求。
2、开发利用可再生能源是保护环境、应对气候变化的重要措施。 目前,我国环境污染问题突出,生态系统脆弱,大量开采和使用化石 能源对环境影响很大,特别是我国能源消费结构中煤炭比例偏高,二 氧化碳排放增长较快,对气候变化影响较大。可再生能源清洁环保, 开发利用过程不增加温室气体排放。开发利用可再生能源,对优化能源结构、保护环境、减排温室气体、应对气候变化具有十分重要的作用。
3、开发利用可再生能源是建设社会主义新农村的重要措施。农 村是目前我国经济和社会发展最薄弱的地区,能源基础设施落后,全 国还有约 1150 万人没有电力供应,许多农村生活能源仍主要依靠秸 秆、薪柴等生物质低效直接燃烧的传统利用方式提供。农村地区可再 生能源资源丰富,加快可再生能源开发利用,一方面可以利用当地资 源,因地制宜解决偏远地区电力供应和农村居民生活用能问题,另一 方面可以将农村地区的生物质资源转换为商品能源,使可再生能源成 为农村特色产业,有效延长农业产业链,提高农业效益,增加农民收 入,改善农村环境,促进农村地区经济和社会的可持续发展。
4、开发利用可再生能源是开拓新的经济增长领域、促进经济转 型、扩大就业的重要选择。可再生能源资源分布广泛,各地区都具有 一定的可再生能源开发利用条件。可再生能源的开发利用主要是利用 当地自然资源和人力资源,对促进地区经济发展具有重要意义。同时, 可再生能源也是高新技术和新兴产业,快速发展的可再生能源已成为 一个新的经济增长点,可以有效拉动装备制造等相关产业的发展,对 调整产业结构,促进经济增长方式转变,扩大就业,推进经济和社会 的可持续发展意义重大。
当前,国际石油价格一再飙升,能源消费大国苦不堪言,因此发展可再生能源成为许多国家关切的问题。
到如今为止,可再生能源在全世界的研究热潮方兴未艾,其原因之一,是能源危机日益临近,照2003年的煤炭开采速度,中国的煤炭还可以开采80多年,而中国,是世界上煤炭储藏量最多的国家。海湾地区的石油,在不足四十年之内,也将枯竭。我们设想,如果这一天到来,我们人类会怎么办呢?
所以,无论那个国家,都在瞄准这一方向努力,希望获得技术突破,从而在真正的危机来临之前,摆脱被动的局面。获得世界的主导权。这是一个国家的战略的问题。有一个西方的政治元老说的好,“二十一世纪的能源科技,将会极大的改变世界的政治格局和地缘政治。”
可再生能源的意义远不止此,它还将改变人们的观念。可再生能源是大自然赋予我们的慷慨的礼物,它能极大的摆脱资源的限制,从而减少资源争夺的争斗,给世界带来和平。天凤海雨,取之不尽,用之不竭。并且能从此摆脱人类发展工业带来的环境困扰。它的意义,无论怎样形容,都是毫不过分的。将会给人类带来不仅是生活方式并且还有观念上的新的革命。
再生能源目前取得突破性进展的是风力发电。我国起步较早,但现在落后了。可以看我的《我国风力发电落后的原因》。目前我国的风力发电机组单机容量不大,而国外正在开发的已经达到了7500千瓦,投入运行的德国的风力发电机组已经达到单机容量5000千瓦。落后了不只一代。这两年我国一窝蜂的上风力发电机组,其主机都是从国外进口的,目前发电的成本还高于火电,要靠国家的财政补贴才能度日,就算这样,完全收回成本,也需要十年时间。也就是说,十年之中,我们是给洋鬼子扛活。做洋奴。
除了风力发电,生物质能发电也方兴未艾,主要是直接燃烧生物质,例如秸秆发电,目前国电集团有很多小热电机组投产,效益不错。它的发电方式和常规火电差不多,使用的是链条炉。没有多少技术创新之处。另外的主要是沼气发电,利用细菌发酵产生沼气,燃烧后推动燃气轮机,发电效率较高。但是造价不菲,光一个发酵容器就需要很大的投资。并且发酵效率就不是那么高了,最好用半发酵的原料,比如用牛粪。国内有一些养殖场建有小型的发电厂,但是技术也主要是引进的,光菌种的使用专利,就是不小的费用。太能能发电,在我国近年也有较快的发展,单晶硅、多晶硅的发电效率有望在较短的时间内,把发电效率提高到百分之二十以上。但目前来说,尽管太阳能电池板价格下降比较快,它发电的成本竟然是火电的五倍多,投入商业运营还有漫长的路要走。
上面说的几种发电方式,其最大的缺点是在电力系统中无法做主力机组,不能满足电力的大量使用,并且稳定性差。比如风力发电,尽管我国的风力资源很丰富,但是由于风力发电的不稳定性,它的电量经过潮流计算,大约只能占到总发电量的百分之十,如果机组过多,就会影响整个电网的稳定运行,因为风力是不可控的。而另外形式的发电机组,发电量又比较小,难以满足需求。
另外,还有潮汐发电,世界上最大的潮汐电站装机容量达到了20多万千瓦,已经十分可观了。以中国的海岸条件来说,能量密度不大。潮头最高的是浙江、广东沿海。最高的地区潮头达到了8.5米左右。另外还有必须建拦海大坝,施工相当复杂、困难。坝体的维护、机器的防海水腐蚀都需要不菲的费用。费用不说,坝址的选择多有困难。目前我国的海洋局作了海水的能源考察报告,认为我国目前可以开发的潮汐电站大约有一千万千瓦。那么这么一点电量,是远远不能满足需求的。
我国的能源政策,以前写入教科书的是:“大力开发水电,适当发展核电,控制发展火电。”主要是关停小的火电机组。热电例外。我国的电网实际状况是:火电发电量占百分之八十,水电占百分之二十。其余是核电,还占不上个零头。别的发电方式基本可以忽略不计。最近的政策我尽管不了解,但是大力发展核电肯定是提上了日程。因为我国的小水电开发的还不错,能够被利用开发的水电资源也不会很多了。火电日益向大机组、大容量发展。目前已经投产运行的最大的火电机组是100万千瓦。
核电的问题大家尽管不太了解,我个人了解的也不是很深入,但是我想谁也不愿意生活在一个原子弹旁边。这是不得已而为之的一种举措。前苏联的切尔诺贝利电站的泄露事件依然让世人心有余悸。
既然那么多发电方式都有问题,难道能源问题就没有出路了吗?答案是否定的,车到山前必有路。能源的短缺其实是相对的。一方面是燃料价格的不断上扬,一方面随着科学的进步,可再生能源的价格在不停的下降。当二者持平的时候,投资必然向后者倾斜。一个新时代就到来了。但是完全满足电力的需要,除核电外,别的只能作为补充。而不能担任主力机组。这是我们面临的主要问题。也就是说,不发展核电,我们是不是另有出路,这是个问题。
目前显现曙光的是海水的波浪能发电和海流发电。这是比较好的发电方式。不仅国家的研究机构,民间的研究机构和个人也都在一直不停的探索。这种探索甚至可以追溯到三十年前,一位福建的农民用波浪发电船发出了7千瓦功率的电。它的大规模实验还是较近的事。英国投入了大量的资金搞这方面的研究,这个国家地域狭小,资源贫乏,但是四面环海,海洋能十分丰富。另外研究波浪能走在前面的是日本鬼子。
全世界波浪利用的机械设计数以千计,获得专利证书的也达数百件。波浪能利用被称为“发明家的乐园”。
最早的波浪能利用机械发明专利是1799年法国人吉拉德父子获得的。1854-1973年的119年间,英国登记了波浪能发明专利340项,美国为61项。在法国,则可查到有关波浪能利用技术的600种说明书。
60年代,日本研制成功用于航标灯浮体上的气动式波力发电装置。此种装置已经投入批量生产,产品额定功率从60瓦到500瓦不等。产品除日本自用外,还出口,成为仅有的少数商品化波能装备之一。
该产品发电的原理就像一个倒置的打气筒,靠波浪上下往复运动的力量吸、压空气,推动涡轮机发电。
日本“海明”波浪发电试验船取得年发电19万度的良好成绩,实现了海上浮体波浪电站向陆地小规模送电。日本已将“海明”波浪发电船列为“离岛电源”的首选方案,继续研究改进。
但是我国政府的重视程度明显是不够的,在三十年的时间里,投入的研究经费才一千万多,够几个干部买几辆轿车的钱。而英国在五年的时间里,就投入了数十亿英镑。
波浪能发电的好处显而易见,就是规律性强,能量周期性变化短,如果有大规模的蓄能装置,(比如水库)是可以大规模发电并且作为主力机组的。如果获得突破,取代火电的地位是完全有可能的。
如果要想使波浪能发电取代火电的话,蓄能环节必不可少,最便宜的蓄能方式就是水库,所以,我个人认为,岸上蓄水库加常规水轮发电机组的模式应该是研究方向。也就是说,利用海水的波浪能提水,送到岸边建立的蓄水库里。理由无他,主要是蓄水库蓄能最经济,并且不象常规拦河坝蓄水库一样需要建立很大的大坝。因为河水随着季节变化很大,有丰水期和枯水期。而大海水面几乎是不变化的。另外的理由是在岸上建立蓄水库施工极为方便,没有工程难度,并且维护费用比拦河坝节省多了。对海水腐蚀的影响也比较小。
利用率还很低主要的原因就是现在的技术问题:
风能,本身能量不大(分散),机械造价高
潮汐能,不是很清楚,好像要沿海岸造大坝,造价高,难维护,破坏洋流,危害海洋生物...
太阳能,主要是利用率的问题,现在实验室的利用率也就16%,在生活中就10%上下;吸收板造价很高,大概产1W电的板要10块人民币。
个人认为,未来太阳能和核能会成主力,但太阳能技术问题要很长时间解决,期间生物柴油会有较大发展。
还有一种能源就是海浪能,跟潮汐能差不多。靠靠海浪的进退带动机械产生电。我认为这种能源有很大发展潜力。
清洁能源概念:
传统意义上,清洁能源指的是对环境友好的能源,意思为环保,排放少,污染程度小。但是这个概念不够准确,容易让人们误以为是对能源的分类,认为能源有清洁与不清洁之分,从而误解清洁能源的本意。
清洁能源的准确定义应是:对能源清洁、高效、系统化应用的技术体系。含义有三点:第一清洁能源不是对能源的简单分类,而是指能源利用的技术体系;第二清洁能源不但强调清洁性同时也强调 经济性;第三清洁能源的清洁性指的是符合一定的排放标准。
可再生能源,是指原材料可以再生的能源,如水力发电、风力发电、太阳能、生物能(沼气)、地热能(包括地源和水源)海潮能这些能源。可再生能源不存在能源耗竭的可能,因此,可再生能源的开发利用,日益受到许多国家的重视,尤其是能源短缺的国家。
可再生能源的介绍
可再生能源指的是在自然界可以循环再生,取之不尽,用之不竭的能源,并且不需要人力参与便会自动再生。可再生能源有很多,比较常见的有太阳能、水能、风能、生物质能、波浪能、潮汐能、海洋温差能、地热能等。这些能源主要是通过植物的光合作用吸收太阳能或太阳光加热地球上的空气和水而形成的。
虽然可再生能源具有可持续性和减少污染等优点,但是目前依然存在一定的问题,比如利用效率低、技术水平低、成本高、补贴资金缺口扩大等等。