雙碳背景下新能源技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及展望

安徽華電蕪湖發(fā)電有限公司 苑景豐

我國(guó)消耗的能源比重最高的是石油、煤炭等能源，這些能源是不可再生且在使用的過(guò)程中會(huì)造成嚴(yán)重污染。在20世紀(jì)中期，在石油危機(jī)的作用下，人類(lèi)社會(huì)深刻認(rèn)識(shí)到自然能源并非是取之不盡的，若盲目開(kāi)采則會(huì)給子孫后代帶來(lái)巨大的危害。隨著化石能源的使用，環(huán)境污染、尤其是大氣污染等問(wèn)題越發(fā)嚴(yán)重，所以重視新能源技術(shù)的開(kāi)發(fā)和利用就成為了重點(diǎn)。我國(guó)具有極強(qiáng)的前瞻思維，在很早之前便已經(jīng)開(kāi)展了新能源相關(guān)技術(shù)的研究，并取得了較為喜人的成果。

1 新能源發(fā)電技術(shù)

我國(guó)國(guó)土面積遼闊且各類(lèi)清潔能源非常豐富，同時(shí)為了更快、更好的發(fā)展新能源技術(shù)，我國(guó)開(kāi)展了風(fēng)能、核能、水能、地?zé)崮艿榷喾矫娴奶剿鳌?/p>

1.1 太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)

太陽(yáng)能發(fā)展技術(shù)是我國(guó)最早研究的新能源技術(shù)之一，不僅可以用于冬季取暖等方面，還可以用于發(fā)電等方面。太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)的原理是在光照充足的地區(qū)建立太陽(yáng)能電池板，每日將收集到的大量的太陽(yáng)能存儲(chǔ)起來(lái)后，通過(guò)發(fā)電技術(shù)將電能輸送到千家萬(wàn)戶。同時(shí)，部分地區(qū)政府為了減少能源消耗，修建了太陽(yáng)能路燈等公共基礎(chǔ)設(shè)施等，這種方法不僅有效利用了充足的太陽(yáng)能，還減少石化能源的消耗，緩解了環(huán)境污染問(wèn)題，為促進(jìn)雙碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供了巨大的支持。

雖然太陽(yáng)能技術(shù)的發(fā)展前景較好，但有部分技術(shù)難題需要克服。如，太陽(yáng)能并非穩(wěn)定供應(yīng)的，而是受自然環(huán)境和日照時(shí)長(zhǎng)等因素影響，若日照不足時(shí)易導(dǎo)致發(fā)電量減少，從而引起地區(qū)用電緊張等問(wèn)題，所以需要在開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能的同時(shí)，將傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)并入到發(fā)電環(huán)境中。另外，通過(guò)將光伏發(fā)電與水力發(fā)電結(jié)合到一起、熔鹽熱能與光伏發(fā)電結(jié)合到一起等方式，也可以有效避免太陽(yáng)能發(fā)電的弊端。

1.2 城市生活垃圾制氫

城市的發(fā)展和經(jīng)營(yíng)必然會(huì)制造大量的垃圾，特別是發(fā)達(dá)城市以及工業(yè)城市垃圾產(chǎn)量更是巨大。多數(shù)城市處理垃圾的方式為掩埋或集中焚燒等。前者需建立垃圾處理地點(diǎn)，后者需在保證垃圾焚燒處理到位的同時(shí)降低垃圾堆環(huán)境的污染。垃圾焚燒的過(guò)程必然會(huì)產(chǎn)生的大量的煙霧，這些煙霧往往含有劇毒和刺激性氣味，燃燒的產(chǎn)物還會(huì)造成揚(yáng)塵污染。所以垃圾焚燒不僅會(huì)給周邊居民的生活環(huán)境帶來(lái)危害，還會(huì)引發(fā)環(huán)境危機(jī)，所以如何處理城市生活垃圾就成為了研究的重點(diǎn)。

熱解氣化技術(shù)可用于垃圾、尤其是生活垃圾的處理，采用該技術(shù)可有效避免垃圾焚燒給社會(huì)帶來(lái)的危害，因?yàn)槠渥罱K產(chǎn)物為一氧化碳和氫氣，兩者均可二次利用。處理后的產(chǎn)物通過(guò)用PSA或膜分離后作燃料或化工原料使用，實(shí)現(xiàn)生活垃圾處理的無(wú)害化和資源化處理，這為碳中和和碳達(dá)峰目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供了巨大的支持。

1.3 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)

我國(guó)擁有豐富的風(fēng)力資源并建立了大量的陸地和海上風(fēng)電站，在我國(guó)相關(guān)專(zhuān)家學(xué)者和從業(yè)人員的努力下，風(fēng)電技術(shù)已取得較大突破。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是一種在風(fēng)力資源較為豐富的區(qū)域布置風(fēng)電轉(zhuǎn)化設(shè)備，使風(fēng)能有效轉(zhuǎn)化為電能的一種綠色化能源轉(zhuǎn)換技術(shù)。我國(guó)風(fēng)電站多建立在人口稀少且風(fēng)能豐富的荒地或海上地區(qū)。但風(fēng)能的利用和太陽(yáng)能一般也存在著不穩(wěn)定的問(wèn)題，因?yàn)轱L(fēng)力大小依然受當(dāng)?shù)丨h(huán)境和天氣等因素的影響，若風(fēng)力等級(jí)變化較大等情況則可能引起風(fēng)電設(shè)備不穩(wěn)定，從而增加設(shè)備故障的頻率，最終導(dǎo)致發(fā)電量持續(xù)下降等。

現(xiàn)階段為切實(shí)解決上述問(wèn)題，當(dāng)前部分地區(qū)在布置風(fēng)電設(shè)備時(shí)，會(huì)通過(guò)將風(fēng)電設(shè)備與光伏發(fā)電設(shè)備布置在一起，其原理為：當(dāng)風(fēng)能資源豐富的同時(shí)會(huì)持續(xù)不斷地發(fā)電，當(dāng)風(fēng)力降低時(shí)光能依然發(fā)揮作用并將已經(jīng)存儲(chǔ)好的電能傳輸給用戶，避免電網(wǎng)功率下降等，這為實(shí)現(xiàn)電能的穩(wěn)定供應(yīng)提供了有利的先決條件。

1.4 水力發(fā)電技術(shù)

水力發(fā)電是我國(guó)傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)之一，建立水電站不僅可以緩解能源緊張的問(wèn)題，還可以減少洪澇災(zāi)害發(fā)生?，F(xiàn)今水力發(fā)電技術(shù)已經(jīng)擴(kuò)大到潮汐能等方面。另外，水力發(fā)電技術(shù)具有以下優(yōu)勢(shì)：第一，水電工程不僅可以滿足發(fā)電需求，還較為穩(wěn)定，水能轉(zhuǎn)化效率較為優(yōu)越；第二，一般在修建水電站的同時(shí)往往會(huì)修建大壩，大壩工程不僅可以減少洪澇災(zāi)害，還為農(nóng)田灌溉等工程提供一定的支持。但是需要注意，水力發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用需要保證當(dāng)?shù)氐牡乩憝h(huán)境滿足需求。

1.5 地?zé)岚l(fā)電技術(shù)

隨著清潔能源的開(kāi)發(fā)地?zé)崮茏呷氪蟊娨曇?，地?zé)崮軄?lái)源于地殼層的巖漿等天然熱能，在開(kāi)發(fā)地?zé)崮艿耐瑫r(shí)滿足人類(lèi)的供暖需求。北方城市多建立了地?zé)嵯到y(tǒng)用于冬季供暖，這種方式不僅減少了電能的使用，還減少了燃煤等化石能源的使用，從而為綠色經(jīng)濟(jì)的實(shí)現(xiàn)提供了寶貴的幫助。但是地?zé)崮艿睦猛芾靡话?，受到地質(zhì)環(huán)境等方面的限制。

2 新能源技術(shù)應(yīng)用盤(pán)點(diǎn)

2.1 家庭智能電網(wǎng)

家庭智能電網(wǎng)管理系統(tǒng)是由美國(guó)加州大學(xué)設(shè)計(jì)發(fā)明的一種“家庭能源管理系統(tǒng)”，經(jīng)估算智能管理系統(tǒng)每年能夠產(chǎn)生約兆瓦級(jí)別的電能裕量，是傳統(tǒng)家庭使用量的一半，水資源的消耗也僅是傳統(tǒng)家庭的三分之一。其特色是在于安裝了10千瓦時(shí)的鋰電池用于能源儲(chǔ)存，晚上用電高峰使用鋰電池中的儲(chǔ)存能源，白天則使用太陽(yáng)能板吸收能量發(fā)電。智能管理系統(tǒng)可以根據(jù)用電的需求進(jìn)行電量的調(diào)節(jié)，當(dāng)家庭中智能電網(wǎng)的能源充裕時(shí)，可以向供電網(wǎng)反向輸出電力，節(jié)約能源的整體消耗。

2.2 鋁空氣電池技術(shù)

鋁空氣電池技術(shù)是一個(gè)新型的電池技術(shù)，能夠?yàn)殡妱?dòng)汽車(chē)提供19小時(shí)的供電時(shí)間，能夠?qū)崿F(xiàn)1800公里的續(xù)航里程，期間無(wú)需停車(chē)充電。相比目前較為先進(jìn)比亞迪刀片電池、特斯拉三元鋰電池提升不少的性能。鋁空氣電池由一大塊鋁制成的厚面板，從空氣中吸收的氧氣和水參與了鋁空氣電池的化學(xué)作用，氧原子吸附在鋁合金表面，將單質(zhì)鋁氧化成氧化鋁，氧化反應(yīng)釋放熱量，轉(zhuǎn)化成能源，為汽車(chē)提供了持續(xù)的動(dòng)力。單質(zhì)鋁的氧化在空氣中時(shí)時(shí)刻刻發(fā)生的，沒(méi)有限制條件，產(chǎn)生的氧化鋁包裹了鋁單質(zhì)的表面阻止了深層次的鋁單質(zhì)繼續(xù)被氧化的可能，因此，新型的鋁空氣技術(shù)新增了電解質(zhì)將表面的氧化層溶解，讓鋁的氧化反應(yīng)持續(xù)的發(fā)生。

2.3 氫燃料電池汽車(chē)

使用氫燃料電池的電動(dòng)汽車(chē)的能夠?qū)崿F(xiàn)500公里的續(xù)航里程，并且加注燃料方面三分鐘內(nèi)完成加料，與加油汽車(chē)大致相當(dāng)。原理是將液態(tài)氫裝入容器中與空氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成水，這一過(guò)程會(huì)產(chǎn)生電能，電能輸送至發(fā)動(dòng)機(jī)，汽車(chē)獲得電能前進(jìn)。相對(duì)于鉛酸電池、鋰電池，氫燃料電池唯一的產(chǎn)物是水，不會(huì)造成污染，氫燃料的來(lái)源由新能源（風(fēng)能、太陽(yáng)能）發(fā)電生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了能源行業(yè)到運(yùn)輸行業(yè)的零污染。

2.4 晶科Eagle+組件

晶科能源在2016年5月21日在上海某展會(huì)上推出“Eagle+”的太陽(yáng)能新型組件，具有極高的能源利用率。新型太陽(yáng)能組件“Eagle+”是晶科能認(rèn)證的“Eagle”組件的升級(jí)版本，其中運(yùn)行60片多晶硅晶片產(chǎn)生的電能可達(dá)275瓦，遠(yuǎn)高于市場(chǎng)同類(lèi)量化產(chǎn)品的發(fā)電功率。晶科能源“Eagle+”系列組件，采用創(chuàng)新的電池片制造技術(shù)與組件封裝工藝，在環(huán)境溫度85℃、環(huán)境相對(duì)濕度85%的條件下，PIDFree性能是國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)標(biāo)準(zhǔn)的10倍?！癊agle+”系列組件的全新技術(shù)參數(shù)和全新材料能夠在長(zhǎng)周期使用后不會(huì)發(fā)生形變或者斷裂的現(xiàn)象，十分可靠。

2.5 冷熱電三聯(lián)供

冷熱電三聯(lián)供CCHP是以天然氣為主要燃料帶動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)、微燃機(jī)或內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)等燃?xì)獍l(fā)電設(shè)備運(yùn)行，產(chǎn)生的電力供應(yīng)用戶的電力需求，系統(tǒng)發(fā)電后排出的余熱通過(guò)余熱回收利用設(shè)備向用戶供熱、供冷。作為傳統(tǒng)熱電聯(lián)產(chǎn)CHP的擴(kuò)展，冷熱電三聯(lián)供CCHP不僅可以滿足發(fā)電需求，同時(shí)釋放的熱量將成為副產(chǎn)品被回收利用，作為空間加熱、水加熱以及空間冷卻的熱源。該技術(shù)常應(yīng)用于建筑物的空調(diào)設(shè)備，而吸收式制冷機(jī)產(chǎn)生的電能與廢熱之比可通過(guò)變化來(lái)滿足特定的要求。

與獨(dú)立的供熱與電力系統(tǒng)相比，冷熱電三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)不僅提高了能源效率、節(jié)約了能源，也降低了燃料和能源成本，因而更具有經(jīng)濟(jì)效益。而CCHP與例如沼氣等可再生能源的結(jié)合也進(jìn)一步促進(jìn)了能源轉(zhuǎn)型，同時(shí)通過(guò)二氧化碳減排為日益嚴(yán)重的溫室效應(yīng)做出貢獻(xiàn)，潛力不容忽視。

熱電聯(lián)產(chǎn)以天然氣為主要燃料，驅(qū)動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)、內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)或微型燃?xì)廨啓C(jī)等燃?xì)獍l(fā)電設(shè)備運(yùn)行，產(chǎn)生的電能提供生產(chǎn)所需。發(fā)生燃?xì)鈾C(jī)組發(fā)電后排出的高溫高壓余熱燃?xì)馔ㄟ^(guò)余熱回收裝置，再次提高能源的利用率，為用戶提供冷、熱等能源。作為傳統(tǒng)能源熱電聯(lián)產(chǎn)模式的延伸，熱電聯(lián)產(chǎn)CCHP不僅可滿足電網(wǎng)電量的需求，而且釋放的熱量余熱還會(huì)進(jìn)一步利用作為發(fā)電副產(chǎn)品回收，作為空間環(huán)境大氣加熱、水體加熱和空間環(huán)境大氣冷卻的熱源。

熱電聯(lián)產(chǎn)CCHP常用于建筑群體大型空調(diào)設(shè)備中，通過(guò)改變吸收式制冷機(jī)產(chǎn)生的電、熱來(lái)滿足特定的要求。與獨(dú)立的供熱系統(tǒng)相比不僅提高能力利用效率、節(jié)約了能源消耗量，而且降低能源使用成本，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益。沼氣等可再生能源與熱電聯(lián)產(chǎn)結(jié)合也推動(dòng)了能源轉(zhuǎn)型的進(jìn)一步升級(jí)。同時(shí)，通過(guò)減少二氧化碳排放改善了日益嚴(yán)重的溫室效應(yīng)，其潛力不容忽視。

3 “雙碳”政策目標(biāo)形勢(shì)下新能源技術(shù)發(fā)展

3.1 從國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展角度看待新能源

制定長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃。新的能源發(fā)展形勢(shì)下，為保證國(guó)家能源安全，必須實(shí)現(xiàn)能源生產(chǎn)的獨(dú)立性，為實(shí)現(xiàn)我國(guó)能源發(fā)展的可持續(xù)性及長(zhǎng)遠(yuǎn)性，保證國(guó)家“碳達(dá)峰+碳中和”戰(zhàn)略目標(biāo)順利實(shí)現(xiàn)，新能源行業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈參與者必著眼于長(zhǎng)遠(yuǎn)的戰(zhàn)略目標(biāo)，并制定發(fā)展規(guī)劃。針對(duì)能源行業(yè)無(wú)須競(jìng)爭(zhēng)，加大了能源的消耗，應(yīng)統(tǒng)一合理規(guī)劃，在有序競(jìng)爭(zhēng)、合理競(jìng)爭(zhēng)的前提下進(jìn)一步壯大能源產(chǎn)業(yè)的國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力；強(qiáng)化新能源規(guī)劃的引導(dǎo)作用。以新能源發(fā)電為例，國(guó)家能源局與地方政府應(yīng)合理規(guī)劃新能源裝機(jī)容量的增長(zhǎng)規(guī)模，防止新能源發(fā)電企業(yè)野蠻、無(wú)序發(fā)展，有計(jì)劃的調(diào)整風(fēng)、水、光、火等發(fā)電企業(yè)存量比例，確保電網(wǎng)能夠穩(wěn)定消納新能源電力項(xiàng)目增幅，對(duì)新能源企業(yè)的技術(shù)資質(zhì)嚴(yán)格把關(guān)，從而更好地推動(dòng)行業(yè)穩(wěn)定有序發(fā)展。

3.2 持續(xù)提升新能源產(chǎn)業(yè)研發(fā)、創(chuàng)新能力

持續(xù)提升研發(fā)、創(chuàng)新能力，切實(shí)保證新能源行業(yè)發(fā)展目標(biāo)與社會(huì)發(fā)展的需求相適應(yīng)，改革、創(chuàng)新、優(yōu)化、升級(jí)其產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。以新能源汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)為例，目前我國(guó)新能源車(chē)輛已突破1000萬(wàn)輛，相關(guān)企業(yè)共計(jì)約46萬(wàn)家，2020年前三個(gè)季度新能源汽車(chē)相關(guān)企業(yè)注冊(cè)數(shù)量已突破5.3萬(wàn)家，上漲47%。新能源汽車(chē)企業(yè)專(zhuān)利數(shù)量也正迅猛增長(zhǎng)，北京車(chē)和家信息技術(shù)有限公司實(shí)用新型專(zhuān)利已突破380余件，其次為上海蔚來(lái)汽車(chē)、浙江領(lǐng)跑汽車(chē)。新能源汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展正處于行業(yè)暴發(fā)期間，正確引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展方向，是新能源行業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要研究課題。

科學(xué)整合各類(lèi)可利用資源，提升行業(yè)基礎(chǔ)研究水平和前沿技術(shù)的研發(fā)、產(chǎn)業(yè)應(yīng)用升級(jí)，實(shí)現(xiàn)水電技術(shù)、風(fēng)能技術(shù)、核能技術(shù)、太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)以及各類(lèi)節(jié)能減排技術(shù)和可再生能源技術(shù)的綜合發(fā)展，保證各類(lèi)新能源資源的可循環(huán)利用。

4 結(jié)語(yǔ)

在我國(guó)促進(jìn)新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的同時(shí)，我國(guó)逐步實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代能源體系的重構(gòu)。新能源技術(shù)為緩解世界能源危機(jī)以及環(huán)境危機(jī)等提供了巨大的支持。面對(duì)全球越來(lái)越嚴(yán)格的碳減排和環(huán)保要求，光伏風(fēng)力發(fā)電、城市生活垃圾制氫技術(shù)等，這些新能源技術(shù)的綜合效益必然會(huì)被國(guó)家和企業(yè)深入挖掘，從而為碳中和和碳達(dá)峰目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)發(fā)揮應(yīng)有的作用。