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【气候变化:世界风能和光能发展的里程碑与中国的矛盾(BBC)】
随着市场需求巨增,世界能源结构中风能和光能出现里程碑式的进展。但不利于遏制气候变化和环境的煤电也在增长。中国2021年显示出这种矛盾式的发展。
中国在风和太阳能等清洁能源领域处于世界领先地位,但煤炭能源仍占相当巨大比例。
2022年3月公布的一项新的分析显示,2021年全球平均高达10%的电力由风能和太阳能产生。
根据气候和能源智库Ember的研究,已有50个国家的十分之一以上的电力来自风能和太阳能。
随着世界经济在2021年从Covid-19疫情低迷后反弹增长,对能源的需求飙升。
电力需求以创纪录的速度增长。这段时间也见证了世界多地煤电的激增,以1985年以来最快的速度增长。
研究表明,2021年电力需求的增长相当于在世界电网中增加了一个新的相当于印度规模的体量需求。
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遏制气候变化里程碑
自2015年巴黎气候协议签署以来,全球各国鼓励使用清洁能源,减少石化能源以保护自然环境。因此,来自风能和太阳能的发电份额翻了一番。
2021年,太阳能、风能和其他清洁能源总发电量占全球电力的38%。风力涡轮机和太阳能电池板的发电量首次占总量的10%。
在过去两年中,能源结构转向风能和太阳能电力最快的是荷兰,澳大利亚和越南。这三国能源公司都已将十分之一的电力需求从化石燃料转移到绿色能源。
荷兰虽然是一个比较北纬的国家,但政府政策和社会各界大力推动绿色能源增长,并且出台对石化能源消费的限制措施,太阳能和风能能源增长迅速。
Ember全球项目负责人戴夫·琼斯说,就越南而言,也是因为政府政策促使太阳能发电量大幅上升,清洁能源电价对家庭和公用事业公司使用大量太阳能非常有吸引力。
他说:“这使得太阳能发电的巨大进步,这不仅满足了越南不断增加的电力需求,而且还导致该国煤炭和天然气发电量的下降。”
煤电的显著增长
2021年电力需求增长的绝大部分是由化石燃料满足的,燃煤发电量增长了9%,这是自1985年以来的最快增速。
煤炭使用量的增长大部分来自亚洲国家,包括中国和印度。但煤炭的增长与天然气使用量不匹配,天然气使用量仅增长了1%,这表明天然气价格上涨使煤炭成为更可行的电力来源。
戴夫·琼斯指出,2021年出现了非常超高的天然气价格,煤炭变得比天然气便宜很多。
他说,整个欧洲和亚洲大部分地区2022年3月份的天然气价格比2021年同期贵了10倍,而煤炭价格是2021年同期的3倍。
他称天然气和煤炭的价格上涨也是电力系统需要更多清洁电力的原因,因为经济已经发生了根本性的变化。

俄乌战争影响
这种转变是由对本世纪内将世界气温上升保持在1.5摄氏度以下的担忧所驱动的。
为此,科学家表示,到2030年,风能和太阳能需要以每年20%左右的速度增长。
上述报告分析的作者认为,现在看来这个目标非常有可能达到。
乌克兰战争也有可能推动各国力争减少对俄罗斯进口石油和天然气的电力来源依赖。
报告作者认为,风能和太阳能时代已经到来,它们为世界面临的多重危机提供了解决方案,无论是气候危机,还是对化石燃料的依赖,这都可能是一个真正的转折点。
中国的困境和矛盾
中国为了保证不断增长的经济和民众生活需求,2021年在能源发展上出现了前所未有的矛盾困境。
一方面,相比西方国家,中国是光伏产业的后来者,但中国用十几年的时间“弯道超车”,成为世界太阳能发电的领军者。中国官方媒体报道称,中国拥有全球最大光伏发电全产业链集群、最大应用市场、最大投资国、最多发明和应用专利和最大产品出口国等“一系列桂冠”。
在风电方面,到2022年,中国风电装机在全球也已连续十年排名第一,成为全球最大的风电装备制造业基地。
根据中国国家能源局的规划,2021年,中国风电、光伏发电发电量占全社会用电量的比重达到11%左右,之后逐年提高。据中国国家统计局数字,2021年风电和光伏发电总量也以达全社会用电量的约11.8%。
中国政府规划称将确保2025年非化石能源消费占一次能源消费的比重达到20%左右。
此外,中国政府还承诺不再投资新建海外火电发电项目。
但在另一方面,作为全球火力发电最大国家,虽然2021年是中国宣布碳中和目标后的第一年,但因为制造业和经济继续增长,民众生活电力需求继续大增,加之国际能源价格上升,中国国内电力短缺一度严重,政府放开了此前对煤炭开采和火力发电的很多限制,煤炭消费量大幅回升,几乎接近2013年的峰值。
据中国国家统计局数据,2021年煤炭发电量占总发电量的68%。并且中国仍在继续大规模投资煤电。中国国内的煤电项目占全球所有在建煤电厂的一半以上。
分析指出,这将使中国达成2060年碳中和目标的未来压力非常巨大。
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【新型储能,大型“充电宝”怎么建?】用电低谷时,利用电能将空气压缩到盐穴中;用电高峰时,再释放空气,推动空气透平发电。在江苏金坛盐穴压缩空气储能项目,地下千米的盐穴化身大型“充电宝”,一个储能周期可存储电量30万度,相当于6万居民一天的用电量。

这种压缩空气储能是新型储能“家族”中的一员。日前,国家发展改革委、国家能源局印发的《“十四五”新型储能发展实施方案》(以下简称《实施方案》)提出,到2025年,新型储能由商业化初期步入规模化发展阶段,具备大规模商业化应用条件。

新型储能究竟是什么?“十四五”时期要如何发展?记者进行了采访。

既能平滑不稳定的风电光伏,也能配合常规火电等参与电力系统调峰调频

通常来说,新型储能是指除抽水蓄能以外的新型储能技术,包括新型锂离子电池、液流电池、飞轮、压缩空气、氢(氨)储能、热(冷)储能等。

为什么要高质量、规模化发展新型储能?这是当前新能源开发规模快速增加、负荷峰谷差持续拉大背景下,提升电力系统调节能力、保障电力系统安全运行的必然需求。

要知道,风电、光伏都是“看天吃饭”,其发电具有波动性、间歇性,“极热无风”“极寒无光”。随着未来大规模、高比例应用,再加上煤电面临转型、新增装机规模趋缓,如果遇到无风无光、阴冷冰冻的极端天气,风电光伏发电出力大减,电力供应由谁来保障?

储能的作用可以通俗理解为“充电宝”, 风电、光伏大发时或者用电低谷时充电,风光出力小或者用电高峰时放电。既能平滑不稳定的光伏发电和风电,提高可再生能源占比,也能配合常规火电、核电等电源,为电力系统运行提供调峰调频等辅助服务,提高电力系统的灵活性。

3月20日,位于浙江绍兴的35千伏红星变电站内,最后4台集装箱式电池组被吊装至预定位置。至此,浙江首个35千伏电网侧直挂式储能电站进入并网投运倒计时。“储能电站的最大功率为6兆瓦,可支持约3000台家用2匹空调同时工作2小时。”国网绍兴市上虞区供电公司副总工程师陈岳峰介绍,根据测算,储能电站建成后,上虞220千伏道墟变电站的峰谷差率将从现在的43.5%降至35.4%,有助于削峰填谷、平滑负荷曲线。

建设周期短,选址简单灵活,调节能力强

“新型储能建设周期短、选址简单灵活、调节能力强,与新能源开发消纳的匹配性较好,优势逐渐凸显,加快推进先进储能技术规模化应用势在必行。”国家能源局有关负责人介绍。

看建设周期,抽水蓄能电站建设周期通常为6至8年,新型储能中的电化学储能项目建设周期为3至6个月,新型压缩空气储能项目建设周期一般为1.5至2年。

看选址和应用场景,“抽水蓄能电站选址往往需要找地势落差较大的地方,但容量效益强、单站规模大,适宜电网侧大规模、系统级应用;新型储能单站体量可大可小,环境适应性强,能够灵活部署于电源、电网和用户侧等各类应用场景,可以作为抽水蓄能的增量补充。”国网能源研究院新能源与统计研究所副所长黄碧斌介绍。

再看调节能力,新型电化学储能的反应速度快,可以做到毫秒至秒级的响应。

国家能源局有关负责人介绍,“十三五”以来,我国新型储能实现由研发示范向商业化初期过渡,实现了实质性进步。锂离子电池、压缩空气储能等技术已达到世界领先水平,2021年底新型储能累计装机超过400万千瓦。

以电化学储能技术为例,近年来,电池安全性、循环寿命和能量密度等关键技术指标得到大幅提升,应用成本快速下降。“近5年,锂电池能量密度提高了1倍以上、循环寿命提高了2至3倍、应用成本下降超过60%。”黄碧斌举例。

未来,新型储能的发展空间广阔。中科院电工研究所储能技术研究组组长陈永翀说,尽管我国的储能装机规模世界第一,但储能与风电光伏新能源装机规模的比例(简称“储新比”)不到7%;相对而言,其他国家和地区的平均储新比已达15.8%。随着新能源发电规模的快速增加,我国储新比还有很大的增长空间。

鼓励不同技术路线,“高安全、低成本、可持续”是共同目标

《实施方案》提出“市场主导、有序发展”的基本原则,明确新型储能独立市场地位,并提出充分发挥市场在资源配置中的决定性作用。“过去,新型储能更多是作为火电厂的辅助参与调频,明确独立市场地位后,未来结合电价政策的出台,新型储能可以独立参与并网调度、交易结算等,有利于加快新型储能的市场化步伐。”陈永翀说。

新型储能优势颇多、迎来发展机遇,但在业内看来,未来规模化、产业化、市场化发展,至少有安全和成本“两道坎”要跨过。

安全是新型储能发展的底线。“目前锂电储能系统还没有达到本质安全的目标,管控不当的话有燃烧爆炸风险。”陈永翀认为,未来需要发展本质安全技术,即在电池热失控之前就要做到内部安全可控,不能依赖热失控后的外部消防措施。黄碧斌认为,新型储能模块、电池柜等方面的安全标准、安全风险评估流程尚需完善和规范。

对此,《实施方案》提出,加强新型储能安全风险防范,明确新型储能产业链各环节安全责任主体,建立健全新型储能技术标准、管理、监测、评估体系,保障新型储能项目建设运行的全过程安全。

成本方面,以目前占据主流的电化学储能为例,黄碧斌介绍,按照现在普遍的成本计算,即使日均两充两放,全寿命周期单次充放度电成本超过0.5元/千瓦时。不仅如此,加大安全投入也会增加储能项目成本。他建议,面向电力系统应用场景需求,加快推动长寿命、低成本、高安全、高效率的先进电化学储能材料,以及大容量、长时间的新型储能技术研发。

同时,还要加快建立新型储能价格等成本疏导机制。“当前有关部门已出台加快推动新型储能发展的指导意见、‘十四五’实施方案等,鼓励储能项目通过电力市场疏导成本、获取收益。但目前参与市场的准入条件、交易机制等细则尚未明确,各侧储能缺乏成熟的商业模式,企业安装储能的积极性并不高。”黄碧斌建议,进一步细化电网侧独立储能参与市场机制,完善电网侧替代性储能价格疏导机制,完善峰谷电价、尖峰电价政策,优化峰谷电价价差,为用户侧储能发展创造空间。

  除了安全和成本问题,陈永翀认为,当前新型储能发展还面临一些问题,例如一些地方要求新能源强制配套储能,但新能源配储比例不科学;新型储能调用少、利用率低,需要进一步明确新型储能系统的并网接入和调度标准等。

新型储能的技术路线呈现多元化,国家能源局有关负责人介绍,《实施方案》对新型储能技术创新加强战略性布局和系统性谋划,提出研发储备技术方向,鼓励不同技术路线“百花齐放”,同时兼顾创新资源的优化配置,“此外,还要坚持示范先行的原则,积极开展技术创新、健全市场体系和政策机制方面的试点示范,通过示范应用带动技术进步和产业升级。”

“目前建设的新型储能项目80%以上都是锂离子电池,占比最高;其他类型,例如液流电池、铅酸电池、储热蓄冷等占比较小。锂电储能综合性能较好,但仍需进一步解决安全问题和资源回收问题;液流电池安全,也方便回收再生,但系统成本较高。”陈永翀认为,储能应用场景很丰富,每种场景的性能要求各不相同,有的对功率要求高、有的对容量需求大,储能技术各有特点,未来多种储能路线将并行发展。

“尽管如此,‘高安全、低成本、可持续’是所有储能技术发展的共同目标。要加快建立以企业为主体、市场为导向、产学研用相结合的绿色储能技术创新体系。”陈永翀说。

(来源:人民日报 丁怡婷 制图:汪哲平)

#情感# 干净又很唯美的文案:♥
1.星光不问赶路人,时光不负有心人。

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