清潔能源開發(fā)利用方式與儲(chǔ)能技術(shù)展望

邢利鈞

摘? 要：現(xiàn)階段，隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，對環(huán)境質(zhì)量也越來越重視。因此，人們對于清潔能源的開發(fā)和利用也在不斷深入，以期清潔能源的開發(fā)和利用能夠有效地改變目前的生態(tài)環(huán)境問題。所以，在環(huán)保政策的引領(lǐng)下，清潔能源的開發(fā)利用已成為熱點(diǎn)項(xiàng)目。該文首先分析了我國清潔能源的發(fā)展現(xiàn)狀，其次對清潔能源開發(fā)利用方式進(jìn)行了介紹，最后提出了儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：清潔能源? 開發(fā)利用? 儲(chǔ)能技術(shù)? 發(fā)展趨勢

中圖分類號(hào)：X38????????????????????????????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A??????????????????? 文章編號(hào)：1672-3791（2021）01（a）-0056-03

Development and Utilization of Clean Energy and Energy Storage Technology

XING Lijun

（Beijing Institute of Urban Planning and Design， Beijing， 100045 China）

Abstract： At present， with the enhancement of people's awareness of environmental protection， people pay more and more attention to environmental quality. Therefore， people's development and utilization of clean energy are constantly deepening in order to effectively change the current ecological environment problems. Therefore， under the guidance of environmental protection policy，the development and utilization of clean energy has become a hot project. This paper first analyzes the development status of clean energy in China， then introduces the development and utilization of clean energy and finally puts forward the development trend of energy storage technology.

Key Words： Clean energy; Development and utilization; Energy storage technology; Development trend

隨著生態(tài)環(huán)境狀況惡化趨勢日益明顯，大力開展清潔能源的開發(fā)與利用已成為一項(xiàng)緊迫工作。但由于我國在利用清潔能源方面存在著一定的短板，需要前期投入巨大的精力與資金進(jìn)行基礎(chǔ)工程建設(shè)。由于人們普遍對清潔能源還未建立起清晰的認(rèn)識(shí)，使得清潔能源在開發(fā)與推廣過程中均出現(xiàn)了一定的問題。清潔能源開發(fā)利用已成為時(shí)代趨勢，應(yīng)不斷加大技術(shù)研發(fā)力度，使清潔能源開發(fā)與利用得到快速發(fā)展。我國的清潔能源開發(fā)利用方式主要有如下幾種：水能發(fā)電、風(fēng)能利用、太陽能轉(zhuǎn)化，通過應(yīng)用這些技術(shù)，使清潔能源得到了合理利用。

1? 我國清潔能源的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 清潔能源開發(fā)難度大

我國的清潔能源總儲(chǔ)量巨大，但受制于多重因素的影響，在開發(fā)清潔能源的過程中產(chǎn)生了諸多問題，這主要表現(xiàn)在以下方面：首先，我國的地形地貌較為復(fù)雜，使得儲(chǔ)藏在不宜開發(fā)區(qū)域內(nèi)的清潔能源利用率較低。如西南部的高山中儲(chǔ)存著大量的水能資源、西北部的風(fēng)能資源極為豐富，但由于當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境極為惡劣，致使基礎(chǔ)工程建設(shè)進(jìn)展緩慢[1]。其次，清潔能源的總體勘察能力還存在不足之處，開發(fā)成本居高不下，并不能體現(xiàn)出清潔能源的價(jià)格優(yōu)勢，各企業(yè)缺乏開發(fā)清潔能源的動(dòng)力。

1.2 清潔能源產(chǎn)業(yè)化存在困難

為使清潔能源發(fā)揮出最佳的使用效率，應(yīng)打造一條成熟的清潔能源產(chǎn)業(yè)鏈，使人們認(rèn)識(shí)到清潔能源的優(yōu)勢所在，逐步轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的能源利用模式。但由于我國的清潔能源利用時(shí)間還較短，致使自身經(jīng)驗(yàn)較為缺乏，亟需在短期內(nèi)扭轉(zhuǎn)不利局面。我國在清潔能源產(chǎn)業(yè)化方面存在如下困難：（1）水能。我國擁有眾多的河流、湖泊，具備開發(fā)利用價(jià)值的水資源能夠占據(jù)全球總量的1/7，但由于開發(fā)不力，致使寶貴的水資源不能發(fā)揮出應(yīng)有的作用，浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重。（2）風(fēng)能。隨著我國對清潔能源開發(fā)的逐步重視，現(xiàn)已在風(fēng)能資源豐富的區(qū)域興建了眾多風(fēng)力發(fā)電設(shè)施，僅2020年1～9月份，風(fēng)力發(fā)電量累計(jì)已達(dá)2971.9億kWh。雖然風(fēng)力發(fā)電總量在持續(xù)攀升，但由于風(fēng)能資源還遠(yuǎn)未形成完善的產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)，風(fēng)能資源還具有極強(qiáng)的挖掘潛力，需要不斷加大風(fēng)能資源的利用效率[2]。（3）潮汐能、地?zé)崮?。受到地理因素影響，我國的潮汐能及地?zé)崮芾寐蕵O低。除地理因素外，技術(shù)落后也是產(chǎn)生此狀況的重要原因。（4）核能、氫能。核能及氫能具有極大的開發(fā)潛力，雖然我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展較為快速，但目前還未形成具備一定規(guī)模的配套產(chǎn)業(yè)。

2? 清潔能源開發(fā)利用方式

2.1 水能發(fā)電

我國的水能發(fā)電起步相對較早，現(xiàn)已形成了較為成熟的技術(shù)應(yīng)用體系，通過修筑多座大中型水電站，將水能轉(zhuǎn)化成為電能。當(dāng)前的水電站依據(jù)水流落差的關(guān)系，可分為河床式水電站、引水式水電站、壩后式水電站。（1）河床式水電站。河床式水電站將電廠房修建在河床上，利用大壩主體結(jié)構(gòu)與廠房將水流擋住。此種方式較為適合應(yīng)用于水流速度較快的水電站，還應(yīng)確保水電站位于河流中游及以下區(qū)域。（2）引水式水電站。引水式水電站利用了多條引水通道將水集中在某一區(qū)域，如在具有較多彎曲河道、坡面較陡的區(qū)域。首先將水源引向處于較高坡度的水電站，利用水流落差位置關(guān)系，發(fā)揮出水能發(fā)電的優(yōu)勢。（3）壩后式水電站。壩后式水電站較為類似于河床式水電站，但此類水電站的廠房不具備擋水的能力，通常修建有較高的壩體。由于壩體較高，使得此類工程的造價(jià)極為高昂，還易引發(fā)多種生態(tài)環(huán)境問題。

2.2 風(fēng)能利用

風(fēng)能是一種無污染且較為豐富的清潔能源，現(xiàn)已應(yīng)用在多個(gè)領(lǐng)域之中。風(fēng)力發(fā)電是風(fēng)能的主要應(yīng)用形式，包括了以下3種類型：獨(dú)立運(yùn)行、聯(lián)合發(fā)電、風(fēng)力并網(wǎng)。其中，獨(dú)立運(yùn)行模式采用的是小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，所供電對象僅為單一用戶或少數(shù)用戶，將風(fēng)能儲(chǔ)存在蓄電池中，即可實(shí)現(xiàn)全天候穩(wěn)定供電，無需擔(dān)心風(fēng)力過小的問題。聯(lián)合發(fā)電則運(yùn)用了風(fēng)能及動(dòng)力機(jī)械的雙重方式進(jìn)行發(fā)電。風(fēng)力并網(wǎng)是將風(fēng)力發(fā)電并入國家電網(wǎng)體系中，通過在風(fēng)能資源豐富的地區(qū)安裝風(fēng)力發(fā)電機(jī)，將獲取到的風(fēng)能轉(zhuǎn)化成電能。采取此種方式能夠有效節(jié)約電廠建設(shè)成本，并且生產(chǎn)全過程無需使用煤炭及油類等原料，屬于典型的清潔能源[3]。

風(fēng)力提水是風(fēng)能利用的另一種形式，在農(nóng)牧區(qū)及草原上，由于人畜用水量較大，加之自身距離水源較遠(yuǎn)，因此提取地下水就成為了一種最為便捷的取水方式。日常主要使用小型提水機(jī)即可滿足基本生活需要，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)灌溉等目標(biāo)，還可以使用提水機(jī)及螺旋泵加大水資源的提取總量。

利用風(fēng)能獲取熱量也是風(fēng)能利用的主要途徑，可應(yīng)用在家庭取暖方面。在高緯度地區(qū)，由于天氣狀況復(fù)雜，為應(yīng)對嚴(yán)寒天氣，人們需采集更多地?zé)崮芤怨┤粘Ｉ钍褂?。可利用風(fēng)力機(jī)將風(fēng)能進(jìn)行壓縮、轉(zhuǎn)化進(jìn)行發(fā)電，再將電源接入到電阻絲中，從而獲得一定的熱能。但此種方法不能最大限度地應(yīng)用電力資源，極易產(chǎn)生浪費(fèi)現(xiàn)象，故不具備廣泛推廣的基礎(chǔ)。還可以將空氣進(jìn)行壓縮獲取熱能，再將熱能傳遞到液體中，使液體快速通過阻尼孔噴射出，使得風(fēng)能利用效率得到提升。

2.3 太陽能轉(zhuǎn)化

使用太陽能作為清潔能源具有良好的群眾基礎(chǔ)，具有操作簡便、價(jià)格低廉的優(yōu)勢，至今仍然是清潔能源利用的重要方式。利用太陽能轉(zhuǎn)化的方式主要有如下類型：（1）太陽能發(fā)電。可將太陽光匯聚到較大的容器中，使容器內(nèi)的水分、油、硝酸鹽等物質(zhì)產(chǎn)生一定數(shù)量的蒸汽，推動(dòng)渦輪機(jī)產(chǎn)生電能[4]。（2）太陽能轉(zhuǎn)化為可儲(chǔ)存電能?？梢酝ㄟ^光線集中等方式收集太陽能資源，將其制造成單晶硅、多晶硅、非晶硅等電池。（3）太陽能存儲(chǔ)?？赏ㄟ^顯熱、相變、化學(xué)反應(yīng)等方法，實(shí)現(xiàn)太陽能資源的合理存儲(chǔ)。顯熱存儲(chǔ)能夠借助材料在溫度變化時(shí)進(jìn)行熱量儲(chǔ)存。相變存儲(chǔ)則是發(fā)揮出材料的熱作用條件，通過相變過程進(jìn)行太陽能存儲(chǔ)，此種方式具有放熱穩(wěn)定的特點(diǎn)。化學(xué)反應(yīng)法是指通過化學(xué)反應(yīng)過程中產(chǎn)生的熱量，使太陽能得到合理儲(chǔ)存，此方法能夠?qū)崿F(xiàn)較長時(shí)間的能量儲(chǔ)存，儲(chǔ)存過程中熱損失極少。（4）太陽能在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生活方面的應(yīng)用。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，利用覆蓋大棚的方式可以集中利用太陽能，使大棚覆蓋下的植物獲得足夠的溫度及光照。另外，還可以使用太陽能熱水器將水加熱到一定程度，為人們的生活提供便利。

3? 儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展趨勢

隨著全球能源問題及環(huán)境保護(hù)問題日益突出，人們應(yīng)積極開發(fā)清潔能源，逐步擺脫對化石能源的依賴。為保障清潔能源開發(fā)效果，應(yīng)在生產(chǎn)生活的諸多場景下，大力推廣“去煤化”策略，將煤炭消耗降至最低限度。但由于風(fēng)力發(fā)電及太陽能發(fā)電仍存在諸多技術(shù)短板，加之極易受到天氣因素影響，無法實(shí)現(xiàn)真正的調(diào)節(jié)控制。據(jù)此，可在電力供應(yīng)的全過程中廣泛應(yīng)用儲(chǔ)能技術(shù)，使電網(wǎng)實(shí)時(shí)處于安全穩(wěn)定的運(yùn)行環(huán)境中。

3.1 大規(guī)模新型儲(chǔ)能技術(shù)

由于電力系統(tǒng)對儲(chǔ)能技術(shù)的要求較高，需使用兆瓦級(jí)儲(chǔ)能規(guī)模的儲(chǔ)能設(shè)施，如壓縮空氣儲(chǔ)能、抽水蓄能等。隨著相關(guān)技術(shù)的成熟，現(xiàn)已開始全面推廣新型儲(chǔ)能技術(shù)，經(jīng)過一段時(shí)間的觀察可見，此技術(shù)取得了較為滿意的效果[5]。大規(guī)模新型儲(chǔ)能技術(shù)主要有以下3種形式：（1）大容量電池成組技術(shù)。為應(yīng)對電池儲(chǔ)能不足的問題，應(yīng)盡量選用大容量單體電池，優(yōu)化電池連接線路，制定出電池成組標(biāo)準(zhǔn)。（2）儲(chǔ)能系統(tǒng)用變流技術(shù)?？蓮?qiáng)化電池性能，通過優(yōu)化控制功能，并聯(lián)多臺(tái)變流器，利用集成化等技術(shù)提高操作效率。（3）儲(chǔ)能系統(tǒng)規(guī)模化集成技術(shù)。通過使用此項(xiàng)技術(shù)，可提升系統(tǒng)響應(yīng)速度，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化。

3.2 靈活儲(chǔ)能技術(shù)

為加大清潔能源的利用效率，我國大力發(fā)展了可再生資源、分布式發(fā)電等，引導(dǎo)清潔能源發(fā)電入網(wǎng)。未來可實(shí)現(xiàn)家庭光伏電池儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車等相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)發(fā)展。隨著清潔能源開發(fā)與使用技術(shù)不斷成熟，需轉(zhuǎn)變能源供應(yīng)方式，建立起以清潔能源為主的能源利用方式。在能源使用方面，要突出清潔與便捷的特點(diǎn)，積極發(fā)展電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)，向用電區(qū)域輸電，使局部區(qū)域內(nèi)的電網(wǎng)達(dá)到相對平衡狀態(tài)。另外，也可以加快新能源進(jìn)入到能源系統(tǒng)的速度，實(shí)現(xiàn)新舊動(dòng)能的無縫轉(zhuǎn)換。還應(yīng)將電動(dòng)汽車儲(chǔ)能電池并入到能源網(wǎng)絡(luò)中，通過協(xié)調(diào)充電時(shí)間，提升充電站利用效率，合理調(diào)整錯(cuò)峰充電時(shí)間[6]。

3.3 堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)技術(shù)

在建設(shè)儲(chǔ)能配套設(shè)施時(shí)，應(yīng)同時(shí)開展電網(wǎng)建設(shè)工作。在我國的清潔能源供應(yīng)與需求中，風(fēng)能、太陽能資源豐富的區(qū)域往往電網(wǎng)建設(shè)較為薄弱，由于缺少完善的儲(chǔ)能設(shè)施，使得自身不具有較強(qiáng)的容納能力，在此狀況下，大量的清潔能源無法利用，產(chǎn)生了嚴(yán)重的能源浪費(fèi)。對此，要依據(jù)區(qū)域內(nèi)的能源資源分布情況，在實(shí)施基礎(chǔ)電網(wǎng)配套工程的前提下，適時(shí)提出了堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的全新理念[7]。堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)主要由特高壓電網(wǎng)組成，輔以分支電網(wǎng)進(jìn)行協(xié)調(diào)，能夠滿足不同特點(diǎn)、不同應(yīng)用場景下的用電需求，具有較強(qiáng)的智能化特征。此技術(shù)可應(yīng)用于將來的全球能源一體化發(fā)展，必將有著廣泛且重要的應(yīng)用渠道。

4? 結(jié)語

在傳統(tǒng)能源應(yīng)用弊端愈發(fā)明顯的狀況下，應(yīng)及時(shí)轉(zhuǎn)變能源利用觀念，大力挖掘清潔能源，落實(shí)可持續(xù)發(fā)展理念，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益的共同發(fā)展。針對我國當(dāng)前應(yīng)用清潔能源的狀況，可重點(diǎn)開發(fā)水能、風(fēng)能、太陽能，進(jìn)一步探索行業(yè)發(fā)展規(guī)律，合理配置產(chǎn)業(yè)資源。另外，在積極開展清潔能源開發(fā)的同時(shí)，還要加強(qiáng)儲(chǔ)能技術(shù)的研究工作，樹立起正確的產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，為今后的儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)步奠定下良好基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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