清潔能源開發(fā)利用方式與儲能技術(shù)展望

1清潔能源開發(fā)利用現(xiàn)狀

我國地大物博,清潔能源種類豐富,但是由于各種因素的限制,導致清潔能源的開發(fā)受到制約,清潔能源的產(chǎn)業(yè)化程度不高。例如,我國水資源占世界水資源總量的1/7,但開發(fā)利用率僅為15%:風能沒有得到完全開發(fā),未能完全形成風力并網(wǎng)發(fā)電,資源開發(fā)空間較大:太陽能資源的開發(fā)未形成規(guī)模,處于探索階段:地熱能和潮汐能受到技術(shù)、地理環(huán)境等方面的制約,開發(fā)利用率較低:氫能發(fā)展速度較快,但仍未形成產(chǎn)業(yè)化規(guī)模。

2清潔能源開發(fā)利用方式

2.1水能發(fā)電

水能發(fā)電是水資源應用的重要類型之一。我國在水能發(fā)電探索過程中,逐漸形成了完善的技術(shù)應用體系。例如,建立水電站,按照能源利用方式的不同,將水能通過水電站轉(zhuǎn)化成電能。按照水電站水流落差的不同,將其分為河床式、引水式、壩后式等水電站。(1）在河床式電站中,主要將電廠房設(shè)立在河床中,由壩體及廠房共同擋水,承受水壓,這種水能利用方式適用于流量大及水頭低的電站中,電站處于河流中游以下。葛洲壩、富春江等都是典型的河床式電站。(2）引水式電站主要是通過引水通道將水頭集中,雖然集中程度高,但是水流量較小,這種電站主要適用于坡陡、河道彎曲的河段。這種類型的水電站主要將引水管向水電站中引流,將電站設(shè)立在坡度高或河床水流落差較大的位置,實現(xiàn)對水資源的高效利用。(3）壩后式電站和河床式電站類似,與其不同的是廠房自身不用作攔水結(jié)構(gòu),因此沒有承壓作用,這種電站自身壩體高度較高,攔截水頭高,水電站可通過對水庫中流量的調(diào)節(jié)維持發(fā)電順利。此外,此類電站由于水頭較高,因此建設(shè)造價較高,可能對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生嚴重影響,出現(xiàn)大面積淹沒問題。當前我國三門峽、烏江渡等都是典型的壩后式水電站。

此外,還可利用水輪機將水能轉(zhuǎn)化成機械能。在水輪機帶動下,發(fā)電機可將機械能轉(zhuǎn)化成電能,常見的水輪機有混流式和貫流式兩種。其中混流式也稱輻向軸式,此類型水輪機組成結(jié)構(gòu)包括葉片、泄水結(jié)構(gòu)、下環(huán)和上冠等,通常有10～22個葉片,水經(jīng)過轉(zhuǎn)輪向四周徑流,最終沿軸向流出。這種水輪機在我國三峽和小浪底水電站中被廣泛應用。貫流式水輪機主要是水輪機主軸水平、傾斜等位置和其他水輪機結(jié)構(gòu)不同。此類型水輪機形狀和筒狀類似,葉片有固定式、轉(zhuǎn)動式兩種結(jié)構(gòu),適用于流量大及水頭低等類型的電站中。

2.2風能利用

風能主要應用于發(fā)電、助航、提水、致熱等領(lǐng)域。在風力發(fā)電方面,主要有獨立運行、聯(lián)合發(fā)電、風力并網(wǎng)3種類型。獨立運行主要是使用小型風力發(fā)電機實現(xiàn)對單獨用戶或者幾個用戶提供電能,其常見方式是使用蓄電池對風能進行儲存,保證在無風狀態(tài)下也可實現(xiàn)穩(wěn)定用電。聯(lián)合發(fā)電主要是使用風能、柴油機等共同發(fā)電,實現(xiàn)對單位、海島、村莊等持續(xù)供電。風力并網(wǎng)主要是使用風能為電網(wǎng)提供電力,具體應用過程為在風場安裝上百臺發(fā)電機收集風能。使用風能發(fā)電的優(yōu)勢是電廠建設(shè)費用低于水利、火力、核能等發(fā)電廠,同時發(fā)電過程不產(chǎn)生煤、油燃料消耗,屬于清潔能源,不會產(chǎn)生環(huán)境污染問題。

當前大部分船舶為機動型,為提高航行速度,節(jié)約燃料,可在貨輪上使用計算機控制風帆完成助行,將燃油利用率提高15%。

風力提水主要使用小流量、高揚程類型提水機,配合活塞泵完成地下水源的提取。這種能源利用方式主要應用在牧區(qū)和草原,可為人和牲畜等提供用水資源:還可使用流量大、揚程低的提水機,配合螺旋泵完成對海、湖、河水的提取,利用提取的水資源完成海水養(yǎng)殖以及農(nóng)業(yè)灌溉等生產(chǎn)活動。

風力致熱主要應用于家庭熱能的獲取方面。在高緯度地區(qū),人們對生活取暖及生活熱水的需求量較大,為緩解熱能壓力,常將風能通過風力機進行壓縮和轉(zhuǎn)化形成熱能,使用風力機進行發(fā)電,在電阻絲中通過電能實現(xiàn)向熱能的轉(zhuǎn)化。但是這種方法電能利用效率較低,因此未能取得推廣應用。利用風力機將空氣壓縮,形成熱能,帶動攪拌器將液體加熱,液體通過阻尼孔以較高的速度噴射出來,實現(xiàn)風能的高效利用。

2.3太陽能轉(zhuǎn)化

太陽能資源開發(fā)技術(shù)多樣,主要有以下幾種類型:(1）使用太陽能建立電站,主要的應用原理為將太陽光線匯集在鍋爐式容器中,對其中的水、油等進行直接加熱,使水、油產(chǎn)生蒸汽、能量,帶動渦輪機進行發(fā)電。同時還可使用太陽能直接對硝酸鹽溶液進行加熱,使其產(chǎn)生蒸汽帶動渦輪發(fā)電。(2）使用太陽能開發(fā)電池儲能。當前已經(jīng)成功應用并生產(chǎn)的太陽能電池為單晶硅、多晶硅、非晶硅等類型電池,而集光、帶硅等類型電池正處于研發(fā)過程中,人們致力于聚光性熱聯(lián)裝置的開發(fā)。(3）使用顯熱、相變、化學反應實現(xiàn)天陽能的存儲。其中顯熱儲存為通過材料熱容量,在升高、降低等過程中實現(xiàn)能量的存儲。相變儲存是讓材料處于熱作用條件下,產(chǎn)生相變實現(xiàn)太陽能存儲,這種方式具有密度大、放熱波動小等優(yōu)勢。化學反應主要借助反應產(chǎn)生的熱量完成太陽能存儲,這種能量存儲形式可實現(xiàn)長期、高密度儲存。(4）太陽能資源在農(nóng)業(yè)方面有廣泛應用。例如:使用塑料大棚、覆蓋地膜等方式,將太陽能集中,促使大棚、地膜內(nèi)部溫度升高,利于農(nóng)作物生長:使用太陽能熱水器為人們生活提供熱水。在科技逐漸發(fā)展的過程中,對太陽能的開發(fā)與利用也逐漸向低成本、高效率方向轉(zhuǎn)化。

3儲能技術(shù)的未來展望

儲能技術(shù)分為物理、化學兩種。當前國家電網(wǎng)主要利用物理儲能技術(shù)中的抽水儲能,實現(xiàn)儲能規(guī)模超出百兆瓦,同時儲能時間可持續(xù)多天,可對電力系統(tǒng)在發(fā)生緊急事故時以及削峰填谷等方面提供能量支持。同時還可借助海上風電和儲能技術(shù)相融合,平抑電力波動,不斷提高電能質(zhì)量,應用此類型儲能技術(shù)可及時消納海上風電,當海上風場發(fā)電時,實現(xiàn)為儲能系統(tǒng)進行充電,將線路余量運送出去,通過儲能系統(tǒng)實現(xiàn)放電。例如:魯能海西州建立的示范工程,利用化學儲能技術(shù),使用容量為50Mw/1hhMwh磷酸鐵鋰電池打造示范基地,為電源側(cè)化學集中儲能電站,此項目中儲能技術(shù)的應用可實現(xiàn)多能互補以及聯(lián)合運行,緩解電網(wǎng)在調(diào)峰時刻的壓力,將電網(wǎng)的限額和青海電力負荷曲線完美匹配,保障限電比例較大幅度的降低。在我國儲能產(chǎn)業(yè)逐漸發(fā)展過程中,技術(shù)的應用降低了儲能成本。未來清潔能源會逐漸向智慧能源方向發(fā)展,形成集能源清潔、能源儲存、智能化管理于一體的技術(shù)趨勢。

4結(jié)語

總而言之,對清潔能源的開發(fā),有利于我國實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。結(jié)合我國清潔能源應用現(xiàn)狀,提高對水能、風能、太陽能等能源的利用,維持生態(tài)平衡,優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),實現(xiàn)綠色發(fā)展目標。此外,還應加大對能量儲存技術(shù)領(lǐng)域的研究力度,明確未來技術(shù)發(fā)展方向,促使我國在清潔能源開發(fā)、利用、存儲等領(lǐng)域不斷發(fā)展。