能源轉(zhuǎn)型要有打硬仗的準(zhǔn)備

　　能源系統(tǒng)需要協(xié)同發(fā)展

　　就眼下中國(guó)的能源格局而言，太陽(yáng)能、風(fēng)電、生物質(zhì)能等綠色低碳能源可以持續(xù)利用，而且資源量巨大。內(nèi)蒙古西部地區(qū)的戈壁灘面積約25萬(wàn)平方公里，若利用其中20%的面積便可以安裝37億千瓦容量的太陽(yáng)能光伏發(fā)電，以等效發(fā)電煤耗計(jì)算，年發(fā)電量相當(dāng)于15億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。風(fēng)力發(fā)電取陸地離地面50米高以上，海上以近海水深5～25米的潛在開發(fā)量計(jì)算，風(fēng)電總裝機(jī)容量可達(dá)27.5億千瓦，以等效發(fā)電煤耗計(jì)算，每年可提供相當(dāng)于16億噸標(biāo)煤。

　　因此，可再生能源無(wú)疑是綠色低碳能源發(fā)展的戰(zhàn)略方向，但是可再生能源的發(fā)展仍面臨巨大的瓶頸：一是太陽(yáng)能、風(fēng)能具有隨機(jī)性、間斷性、分散性的特點(diǎn)，可調(diào)度性差；二是年利用時(shí)間短，太陽(yáng)能以峰值功率計(jì)算的等效年利用時(shí)間不足1500小時(shí)，等效年利用率不足17%，風(fēng)電的等效年利用時(shí)間為2000多小時(shí)，等效年利用率約為23%，而全世界核電平均等效年利用率可達(dá)82%，即同樣1千瓦的裝機(jī)容量，核電的發(fā)電量大約是風(fēng)電的3.6倍，是光伏發(fā)電的4.8倍；三是風(fēng)電、太陽(yáng)能的發(fā)電成本較高。

　　實(shí)現(xiàn)向綠色低碳的轉(zhuǎn)型將經(jīng)歷技術(shù)的研發(fā)和成熟，市場(chǎng)的開拓和發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和完善的過程，可能需要經(jīng)歷幾十年的跨度。特別是我國(guó)能源消費(fèi)量巨大，以煤炭為主的能源格局在短時(shí)期內(nèi)還難以改變，煤炭清潔高效的利用將在向綠色低碳的轉(zhuǎn)型過程中發(fā)揮重要作用。與此同時(shí)，積極穩(wěn)步地推進(jìn)水電、核能、天然氣等多元化清潔低碳能源的發(fā)展，以成為向可再生能源過渡中的重要橋梁。

　　能源供應(yīng)方式變革系重中之重

　　我國(guó)《能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃》提出把推動(dòng)能源供應(yīng)方式變革作為重點(diǎn)任務(wù)之一。

　　這些年我國(guó)風(fēng)力發(fā)電主要采取集中的方式，在西北、華北、東北等資源豐富地區(qū)建設(shè)了七個(gè)大型風(fēng)電場(chǎng)，每個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的裝機(jī)容量達(dá)到千萬(wàn)千瓦量級(jí)，發(fā)出的電在當(dāng)?shù)叵{不了，需通過長(zhǎng)距離輸電輸送到華北、華南、華東等地消費(fèi)。

　　從可再生能源本身的特點(diǎn)來(lái)看，適于采用分布式發(fā)展的方式。特別是以城市、工業(yè)園區(qū)等能源消費(fèi)中心為重點(diǎn)，利用城市、工業(yè)園區(qū)建筑的屋頂以及周邊的荒蕪地帶，大力推進(jìn)光伏、風(fēng)電等可再生能源的利用，輔以儲(chǔ)能技術(shù)，基本實(shí)現(xiàn)分布式區(qū)域內(nèi)電力自供自用，并通過與地區(qū)電網(wǎng)的聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)分布式區(qū)域內(nèi)電力系統(tǒng)供需平衡的調(diào)度調(diào)節(jié)。這樣既可以減少電力長(zhǎng)距離輸送的壓力，而且可以充分借助于地區(qū)電網(wǎng)的調(diào)節(jié)能力來(lái)克服可再生能源隨機(jī)性、間斷性、可調(diào)度性差的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)可再生能源的合理利用。

　　儲(chǔ)能是可再生能源大規(guī)模發(fā)展主要技術(shù)瓶頸。目前抽水蓄能是最成熟的儲(chǔ)能技術(shù)，能應(yīng)用于大規(guī)模電網(wǎng)級(jí)的儲(chǔ)能，已完全實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)行，但是受上、下水庫(kù)選址、地形、地質(zhì)條件以及水源條件制約。壓縮空氣儲(chǔ)能也已擁有商業(yè)運(yùn)行項(xiàng)目，能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模電網(wǎng)級(jí)的應(yīng)用，但仍對(duì)化石燃料有依賴。其他一些化學(xué)蓄能技術(shù)，目前受經(jīng)濟(jì)性的制約，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模電網(wǎng)級(jí)的應(yīng)用。

　　氫能與可再生能源需組合發(fā)展

　　可再生能源制氫可成為大規(guī)模儲(chǔ)能的重要途徑，氫能與可再生能源組合發(fā)展是實(shí)現(xiàn)未來(lái)能源向綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要方向。

　　氫是理想的二次清潔能源，燃燒沒有CO2、SO2和NOx的排放；原料來(lái)源于豐富的水；可儲(chǔ)存，可運(yùn)輸。

　　全球每年氫的消費(fèi)量約6500萬(wàn)噸，主要來(lái)自天然氣制氫。我國(guó)每年氫的消費(fèi)約1600萬(wàn)噸，主要來(lái)自煤氣化制氫和煉鐵高爐煤氣，電解制氫僅約占5%。目前我國(guó)氫主要用于生產(chǎn)化工產(chǎn)品，合成氨、甲醇、烯烴等，再有用于原油加工，加氫裂化生產(chǎn)輕質(zhì)成品油，加氫精制脫硫等雜質(zhì)，目前每年消耗400萬(wàn)噸氫，預(yù)計(jì)今后將會(huì)快速增長(zhǎng)。

　　目前國(guó)際上氫的利用技術(shù)正在快速發(fā)展， 氫能與可再生能源組合發(fā)展需要解決好大規(guī)模電解制氫的儲(chǔ)存、輸送、分配和終端利用等技術(shù)問題。

　　國(guó)際上電解水制氫主要有三種技術(shù)：堿性水電解、質(zhì)子膜電解、固體氧化膜電解。堿性水電解是成熟工業(yè)技術(shù)，制氫規(guī)模達(dá)到兆瓦級(jí)，其優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備壽命長(zhǎng)，可得到高純產(chǎn)品并可加壓運(yùn)行。目前工業(yè)電解效率接近70%，先進(jìn)堿性電解技術(shù)可達(dá)75%～85%。質(zhì)子膜電解在20世紀(jì)70年代由美國(guó)GE公司開發(fā)，與堿性水電解相比，其功率密度和效率更高可高于90%，設(shè)備更緊湊，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，適合高壓操作，但膜的價(jià)格昂貴，需要使用鉑Pt和釕Ru作為催化劑。固體氧化膜電解是正在研發(fā)的先進(jìn)技術(shù)，在高溫下電解水蒸汽制氫，可以大大降低電解池極化損失和歐姆電阻，加快電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，減少電能消耗，1000℃下電解，電解效率接近94%。

　　氫可以采用高壓氫氣儲(chǔ)罐儲(chǔ)運(yùn)，儲(chǔ)罐采用鋁合金做內(nèi)膽，碳纖維纏繞制作，可承壓70兆帕。其安全性經(jīng)日本汽車研究所驗(yàn)證，用槍擊、火燒、沖壓、大泄露的手段可以導(dǎo)致氫著火，但不會(huì)發(fā)生爆炸，原因是氫在大氣中擴(kuò)散遠(yuǎn)快于汽油、天然氣。此外，氫還可采用高壓管道輸送和液氫儲(chǔ)運(yùn)。

　　氫燃料電池汽車是未來(lái)汽車的發(fā)展方向。氫燃料電池小轎車100公里消耗1千克的氫，用可再生能源電解制氫，能耗僅相當(dāng)于4.8升汽油。目前燃料電池汽車的價(jià)格較貴，還難以大規(guī)模推廣，戴姆勒等三個(gè)汽車制造商預(yù)計(jì)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)、發(fā)揮規(guī)模經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢(shì)，能夠大幅降低成本，再加上氫氣站將在未來(lái)幾年在德國(guó)建造，2017年開始推出似乎更為現(xiàn)實(shí)可行。
在此過渡期內(nèi)，可以采用天然氣中摻入氫氣代替汽油在內(nèi)燃機(jī)使用，試驗(yàn)證明如摻入20%體積的氫氣，內(nèi)燃機(jī)效率不變，而排放尾氣更為清潔，可以為改善城市環(huán)境做出有益的貢獻(xiàn)。

來(lái)源：能源評(píng)論 　 作者： 吳宗鑫

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