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全球新能源开发面临的机遇和挑战(2)

发布时间:2018-10-09 02:49内容来源:新电力网 点击:

  将传统的自然能源转化为电力,是第二次工业革命的标志性成果。煤炭、石油以及天然气等传统能源,由于其资源的有限性,都只能是人类文明进程和能源开发史中的“过客”,只有便于转化和传输的电能,才能成为人类生活不可或缺的“伴侣”。

  发电侧与用电侧不匹配引发弃风、弃光、弃水现象。电力难以储存,发电侧与用电侧必须相匹配,而新能源的发电侧受到资源不可控和天气、昼夜、季节、丰枯水、天体运行等自然条件的影响,经常出现波动性、间歇性、随机性和弱可控性,电能质量也会派生频率、电压等一系列问题。这时候,发电量过剩,就会受制于“储存”和“传输”等瓶颈,导致新能源从规模化生产供给到高效率应用消化之间不协调不匹配,进而引发电量大于电力系统最大传输电量和负荷消纳电量的弃风、弃光、弃水现象。

  近年来,中国新能源发展步伐加快,水电装机持续增加,风电、太阳能光伏新增装机量双列全球第一。2018年,中国占全球风电总装机容量的31%,体量相当于美国的两倍。至2018年年底,中国水电、风电、光伏发电总装机分别为3亿千瓦、9581万千瓦、2428万千瓦,可再生能源发电装机占全部电力装机的1/3,较2010年同期增长67%。不过,在此过程中,新能源发电中的弃风、弃光、弃水问题同样引人注目。

  2018年,中国弃风电量达497亿千瓦时,超过三峡全年发电量的1/2,全国平均弃风率为17%,甘肃、新疆、吉林等地更是达43%、38%和30%。水电大省四川,2018年的调峰弃水电量为142亿千瓦时,相当于全省全年8000多万人口生活用电量的40%,同比增长四成,创5年来的新高。

  从深层次看,“三弃”现象透视出:其一,现行电力发展、调度和运行模式很大程度上延续了传统方式,不适应新能源开发的需要,无法保障新能源发电优先上网;其二,电源电网统筹协调不足,水电、风电、光伏开发投产主要集中在西部低负荷地区,电力输送通道建设进度、输送容量等技术能力都难以满足新能源输电需求;其三,传统的电力供需市场化程度低,电力体制改革未完成,大量自备电厂不承担电力调峰责任,辅助服务机制不健全。电网企业既拥有独家买卖电的特权,又能通过下属电力调度机构直接组织协调电力系统运行,拥有电网所有权和经营、输电权,其垄断性不利于市场主体自由公平交易。

  储能技术成为下一轮能源革命的突破口。2018年美国能源部的《正在发生革命》提出,燃料电池、电网端储能电池、能源管理系统正在成为革命性改变的新兴技术。IEA的《世界能源投资报告》显示,自2010年以来,电网侧电池储能投资增长10倍,是电网投资增长最快的领域,也是匹配可再生能源发电快速增长的刚需投资。该报告还认为,2018年,储能投资总量为100亿美元,不算太多,但过去几年一直保持着10%的年增长率,是全球能源投资增长最快的领域。从10亿美元到100亿美元和从100亿美元到1000亿美元,相同的都是10倍的增长,但100亿美元和1000亿美元规模效应的影响则完全不同。人类社会发展正在进入比工业文明更先进的“储电文明”时代。

  D 新能源开发中安全问题不容忽视

  太阳能受制于昼夜、阴雨、光照条件,风电受制于季节性风力风向问题,水电受制于枯水丰水期和天体运动引发的潮汐现象,核能发电的产量最稳定、投入产出比最大。当前,核能发电量已占比全球发电总量的16%。不过,其潜在的辐射泄漏也成为新能源开发中最大的风险。上世纪50年代至今,核能60多年发展史上出现了较为严重的三次事故。

  美国三哩岛核事故。1979年3月28日凌晨4时,美国宾夕法尼亚州首府哈里斯堡东南的三哩岛核电厂因人为操作失误和机械故障引发核反应堆堆芯熔化事件。虽未造成人员死亡和大规模放射性泄漏,周边约14.4万人撤离后不到1个月几乎全部返回原住地,但作为史上第一次核事故被各国媒体报道,加深了民众对核能的恐慌,也触发了西方反核的潮流,使反核成为环保人士的工作目标之一。

  苏联切尔诺贝利核事故。1986年4月26日凌晨,距乌克兰首都基辅130公里的切尔诺贝利核电站4号机组在一次安全试验中,为达到试验计划的功率,超出运行规程限制,将保证反应堆安全的控制棒提出,为避免反应堆自动停堆还切除了部分保护系统。之后,因堆芯功率暴涨,温度急剧上升,控制棒管道变形无法插回控制棒。至此,反应堆失控,堆内蒸汽压力瞬间提升,全过程仅8分钟就导致蒸汽爆炸,所有放射性物质全部释放,引发30多处大火,烈火中5%—30%的放射性物质随风扩散到欧洲大部分地区,其辐射当量超过广岛原子弹400倍,直接受辐射尘污染面积达20万平方公里。现场200多人因遭受高剂量辐射送往医院急救,其中134人患急性放射性综合征,28人死亡。曾参加一线抢险的60万军民中,事故发生4年后5000多人去世,20年后6万人去世,另有16.5万人不同程度致残。1986—2000年,约35万的乌克兰、俄罗斯、白俄罗斯等地居民被迫迁离家园。

  日本福岛核事故。2011年3月11日14时,日本东北部太平洋(601099,股吧)海域发生9级地震,距离东京270公里的福岛核电站自动开启紧急停堆系统。约30分钟,反应堆自动停堆。成功经受9级地震的冲击后,水泵持续提供冷却水来冷却堆芯余热,以确保安全。然而,1小时后,地震震毁输电塔,导致核电站失去外部电源,用于冷却堆芯余热的水泵停机,应急柴油机启动供电使水泵能续供冷却水。50分钟后,再遭海啸袭击,高15米的海啸将两台应急柴油机淹没,场内紧急备用电池(UPS)可供8小时电力,其间,抢险人员始终找不到另外的紧急电源。及至UPS电源耗尽,堆内水烧成蒸气,熔化燃料棒,放射性物质释放,最终演变为氢气爆炸炸毁反应堆厂房,放射性物质外泄。福岛核电站承受了有史以来最严峻的自然灾害挑战,约1.7万人遭受不同程度的累积辐射剂量,20—30公里内逾15万居民撤离家园。福岛核电站的做法一定程度上证明了核电站防护能力已经提升。

  核武库随时潜在毁灭性威胁。由于核能威力巨大,被广泛应用于各类武器装备,如作为航母、潜艇的动力系统和导弹、炸弹的弹头部位。美、俄两国现有核武器可毁灭全人类上千次,核毁灭的威胁随时游荡在陆地、海洋和天空。2007年9月,一架B-52战略轰炸机在美国上空飞行3个多小时,机上挂载6枚要运往路易斯安那州销毁的核弹,每枚导弹重1.68吨,相当于长崎原子弹的10倍威力。法律严禁下,6枚核弹头居然轻松获批上天,与此相关的两名高官被撤职查办。

  在海上,目前,拥有或能生产航母的国家包括五个常任理事国和西班牙、意大利、日本,核潜艇只有美、俄、法、英、中、印6国能够建造。美、俄(苏)、英、法均发生过核潜艇反应堆系统事故。

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