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全球能源版图悄然生变

时间: 2018-01-24 阅读:76 录入:zhaobo2017
2016年,全球终端能源消费可折算为112.81万亿度电,而南极洲除外的全球陆上太阳能资源按500小时计算,年度总发电量逾3195万亿度,为总消费量的28.3倍。
   
2016年,全球太阳能光伏产能增长50%,规模超过74吉瓦(发电机组额定有效功率总和GW,为10的9次方进制),其中约1/2增量来自中国。国际能源署可再生能源部高级专家Heymi Bahar称,2017年至2022年,太阳能光伏将成为可再生电力产能增长的主力,大幅领先于风电和水电,从区域看,中国是无可争议的领跑者,美国增量位居第二,印度增速将超越欧盟。
   
市场化是可再生能源扩展的主因。国际能源署与中国水电水利规划设计总院共同发布的《2017全球可再生能源发展报告》预计,2017年至2022年,全球可再生电力产能扩张约50%来自竞价购电协议,而2016年这一比例略高于20%。与此同时,全球平均发电成本进一步下降,其中公用事业级太阳能光伏电力下降幅度达25%。
   
美国领军太阳能产业快速发展。近年来,美国太阳能产业快速发展,民众对太阳能的认可度不断提高。2014年起全美太阳能新增电力装机容量增速已连年超过风能和煤电。而快速增长的主要动力就是普通家庭踊跃安装太阳能装置,达到437兆瓦,同比增长76%。2017上半年,全美可再生能源发电领域中,屋顶光伏占光伏总装机的40%。
   
社区太阳能集中供电模式崭露头角。太阳能产业的传统模式是在住宅或商业建筑楼顶安装光伏板自供电供暖,而创新的社区太阳能集中供电模式设备安装成本更低、能源利用效率更高。
   
美国最大社区太阳能开发商清洁能源公司总裁保罗·斯宾塞称,将5000块太阳能板集中统一安装,然后向1000个客户供电,肯定比在每个屋顶上单独安装光伏板更加经济和节能,电网公司维护工作也更加容易。
   
2015年1月,美国能源部宣布拨付逾1400万美元用于支持15个社区太阳能发电项目建设。美国国家可再生能源实验室预计,如果社区太阳能发电模式进展顺利,到2020年将带来新增投资80亿美元,届时社区太阳能将占全美光伏太阳能发电市场的半壁江山。风能是人类最早利用的自然能源之一。2000多年前,中国、巴比伦、波斯等文明古国就利用船帆改制成风车,用于提水灌溉、碾磨等。12世纪,风车在欧洲迅速发展,带动风力发动机广泛用于提水、供暖、制冷、航运直至发电等。
   
18世纪初,一场暴风横扫英法,摧毁了400余座风力磨坊、800余栋房屋、100余幢教堂、400余艘帆船,25万株大树被连根拔起,死伤数千人。仅就拔树计算,暴风几秒钟产生的功率达750万千瓦。
   
有专家估算全球可用于发电的风力资源约100亿千瓦,超过每年燃煤总量的3倍,约为全球水力发电量的10倍。
   
2016年,按1000利用小时计算,全球风能资源年发电总量为1640万亿度,超过2016年全球终端能源消费可折算总量112.81万亿度电的14.5倍。
   
荷兰火车全部用风电驱动。坐落在地球盛行西风带的荷兰史称“风车之国”,1229年,荷兰发明了世界上第一座风车,而今风车已成为荷兰的象征。作为大西洋沿岸典型海洋性气候国家,荷兰四季盛吹西风。16世纪至17世纪,荷兰第一大港鹿特丹和首都阿姆斯特丹近郊大批风车林立于磨坊、锯木厂、烟厂、榨油厂、造纸厂、毛呢毛毡厂中,为北欧和波罗的海沿岸各国的木材、德国的大麻籽和亚麻籽、印度和东南亚的肉桂胡椒等提供加工服务,还在围海造陆工程中发挥了巨大作用。荷兰人把风车顶篷改装在可四面迎风的滚轮上,最大的好几层楼高,风翼长达20米。18世纪末,荷兰全国约有12000座风车,每台6000匹马力,这些风车不停抽排水,保障了全国2/3的土地免受海水浸灌。
   
2017年元旦起,荷兰每天运行的5500列火车(载客量约60万人次)100%全部采用风电驱动。数据显示,一座风力发电厂运行1小时能让火车行驶200公里。
   
欧美广泛开发风电应用技术。1891年,丹麦建成全球第一座风力发电站。20世纪30年代,西班牙、英国、德国、瑞典和美国基于航空工业的旋翼技术成功研制出小型风力发电装置,广泛应用于多风的海岛和偏僻的乡村,成本显著低于小型内燃机;80年代起,全球风力发电量以每年30%的速度递增。法国在诺曼底、布列塔尼和罗亚等地建成共计300万千瓦的海上风力发电站,计划2020年规模扩大到2500万千瓦,与水力发电并驾齐驱。
   
通常三级风就具备利用价值。从经济合理的角度看,风速大于每秒4米才适于发电。当风速为每秒9.5米时,55千瓦的发电机组输出功率55千瓦;每秒5米时仅9.5千瓦。风力越大能效越高。当今全球最大的10个风电站中美国独占8个,仅得克萨斯州就有5个。名列榜首的加利福尼亚州Alta风能中心装机容量达1550兆瓦。而位于泰晤士河口、产能630兆瓦、名列世界第六的英国London Array Offshore作为海上风力发电站全球之最,由丹麦、德国和阿布扎比共同开发并拥有。全球水电资源极为可观,目前的理论蕴藏量约为4万至5万太瓦时/年(1太瓦=10的12次方瓦=1万亿瓦),其中约1.3万至1.4万太瓦时/年具技术开发可行性,依靠现行技术开发的水电资源可轻松满足全球用电需求。人均技术可开发水能资源46189千瓦时/年的挪威是世界之最,其水电资源拥有量高达全球人均2400千瓦时/年的19倍。
   
地球表面陆地与海洋面积之比是29∶71,水力资源无穷无尽、无污染、无需开采运输,但江河筑坝的水力发电站因枯水期停机,而海洋能源包括受太阳、月球等天体引力及地球自转等产生的潮汐能(潮流能及潮差能)、波浪能、海流能、海水温差能及海水盐差能等可利用率更高。建设潮汐电站无需移民,无土地损失,还可结合潮汐发电派生围垦、水产养殖和海洋化工等综合利用项目,现潮汐发电已进入成熟阶段。
   
潮汐发电主要分布于欧洲各国海岸线。类似普通水力发电原理,潮汐发电在涨潮时将海水收入水库,落潮时放出,利用高低潮位间落差推动水轮机带动发电机。日本最早利用人造卫星提供潮流信息开发潮汐能,英国波浪能及潮汐能开发最为发达。波浪能资源主要在苏格兰、英格兰及威尔士;潮流能分布较为平均,潮差能集中在英格兰与威尔士。
   
1913年,德国在北海海岸建立了世界第一座潮汐发电站。1967年,法国圣马洛湾郎斯河口的郎斯电站成为第一座具有商业实用价值,同时也是当今世界最大的潮汐电站。郎斯河口平均潮差8.2米,长750米大坝横跨两岸,坝上公路桥通行车辆,坝下设置船闸、泄水闸和发电机房,总装机容量24万千瓦的24台双向涡轮发电机涨潮落潮均可发电,年发电量5亿多度输入国家电网。
   
1958年,中国广东鸡州建成首个潮汐电站,装机40千瓦。1980年,加拿大在芬地湾兴建2万干瓦的中间试验潮汐电站,为兴建更大的实用电站做准备。1985年投产的中国浙江江厦潮汐电站总装机容量3200千瓦,居当时世界第三位。2009年,爱尔兰斯特兰福特湾潮汐电站是全球十大可再生能源工程之一,也是当时最大的潮汐发电站。2015年,韩国投资8.2亿美元、装机容量300兆瓦的Wando Hoenggan Waterways后来居上,其18米高的涡轮发电机靠自身重力固定于海底。
   
海洋能源开发方兴未艾,世界上适于建设潮汐电站的二十几处都在研发投建。包括美国阿拉斯加州库克湾、加拿大芬地湾、英国塞文河口、阿根廷圣约瑟湾、澳大利亚达尔文范迪门湾、印度坎贝河口、俄罗斯远东鄂霍茨克海品仁湾、韩国仁川湾等。由于潮汐能蕴藏量巨大,随着成本不断降低,21世纪将不断建成投产大型现代潮汐电站。
   
在洋流发电领域,流速达每秒1米以上便具备开采价值。中国台湾历时7年建成全球首座深海洋流能测试系统,挂载低转速洋流能涡轮机,于每秒0.45米流速下成功启动发电机连续运转60小时,在每秒1.27米流速下平均发电功率为26.31千瓦,成为全球首例成功撷取黑潮洋流能量的发电工程。
由地球熔岩和放射性物质衰变产生的地热能绝大部分来自温度高达7000℃的地球深处,到离地面80至100公里处降至650℃—1200℃。地热依附熔岩浸涌至离地面1公里至5公里的地壳,加热周边地下水。地热能主要集中于构造板块边缘一带的火山和地震多发区。低成本利用地热能最简单的方法就是采集热源并抽取其能量,但开发和使用地热也会产生温室气体。地热储量远大于人类所利用的总能量,据国际地热协会分析,地热发电成本仅为风电的1/2。相对于太阳能和风能的不稳定性,地热则是更可靠、安全的可再生能源——只要热量提取速度不超过自然回补速度。岩浆/火山的地热活动典型寿命从最低5000年到100万年以上,地热库天然回补率从几兆瓦到1000兆瓦以上。距地表2000米内储藏的地热能相当于2500亿吨标准煤,仅中国地热可开采量就达68亿立方米/年,所含热量为973万亿千焦耳。
   
人类很早就开发地热能用于温泉沐浴、医疗保健、取暖、建造温室、养殖水产、烘培等。1904年意大利的皮也罗·康蒂王子首次将地热蒸气用于发电。1958年新西兰的北岛开始地热发电规模化,至2013年达212兆瓦;1960年美国加州喷泉热田发电机输出功率达1300兆瓦,该热田的热含量至少相当于280亿桶石油燃烧的能量。
   
2010年,世界地热大会统计共有78个国家正在开发利用地热技术,其中27个国家利用地热发电,平均利用系数72%。1960年,美国启动了世界最大的盖瑟尔斯地热电站,2010年,地热发电总装机达3.15吉瓦,使美国成为世界最大地热发电生产国。地热能在全美可再生能源中排名第三,科学开发各州地热资源可满足全美能源需求总量的1/4。人类社会垃圾排放量加速增长,倒逼垃圾处理能力不断提高。
   
垃圾焚烧技术起源于19世纪末。1885年美国纽约建成首座垃圾焚烧厂,之后垃圾焚烧厂在各地逐渐增多。丹麦1903年投产的弗莱德里克堡垃圾焚烧厂,利用垃圾焚烧产生的热能给市政机构供热供电,至今还在首都哥本哈根市中心运营。该国共有34个垃圾焚烧厂,通过先进的热电联产网络输电供热,既环保又经济。英国2005年建成的谢菲尔德垃圾焚烧厂除并网输电外,还常年为140多个休闲中心、剧院、大学、住宅等供热。罕布什尔郡的马奇伍德垃圾焚烧厂年处理垃圾16.5万吨,发电量满足1.4万个家庭。
   
截至2010年,全球已有35个中等以上发达国家建成2000多座生活垃圾焚烧发电厂,地少人多的北欧诸国排名前列。日本200多座焚烧厂总发电能力近1000兆瓦,可为500万户家庭提供照明用电。新加坡4座焚烧厂产生的无异味灰渣全部运到本岛以南8公里的风景旅游区实马高岛填埋。美国目前人均垃圾产生量每天约1.95公斤,垃圾发电能力最高达100兆瓦,2012年焚烧处理垃圾3021万吨,回收金属73万吨,还另卖蒸汽赚钱。荷兰首都阿姆斯特丹实现了垃圾全量焚烧,德国还花费1000亿美元从国外进口垃圾用于发电。中国如能对垃圾有效分类并充分用于发电,每年可节省煤炭5000万至6000万吨。
   
垃圾焚烧在新能源中唯一潜在有害气体排放风险。加拿大统计局称,2009年垃圾焚烧向大气排放了677吨颗粒状物质(PM)、350吨硫氧化物、1364吨氮氧化物、602吨挥发性有机化合物、1330吨一氧化碳和19吨氨,但越来越多的国家已能有效控制该风核能发电是利用核反应堆中核裂变所释放出的热能发电。1954年,苏联建成世界上第一座核电站,装机容量5000千瓦。1957年,美国建成功率9万千瓦的原型核电站。核能发电成本到1966年已低于火力发电。截至2016年元旦,全球在运核电反应堆共439座,总装机38.25万兆瓦;在建反应堆66座,装机容量7.03万兆瓦;拟建核电反应堆158座,装机容量17.92万兆瓦。拥有核电机组最多的国家依次为美国(104座)、法国(58座)、日本(55座)、俄罗斯(31座)。法国核电占比全国总电力近80%,为全球最高。
   
核电相比火力发电优势明显:一是无空气污染、无碳排放,无温室效应;二是铀燃料除发电外暂无其他用途;三是按功效计量铀燃料储藏量远超化石燃料,能长期满足核电生产;四是铀燃料体积小便于储运,1000万千瓦的核电厂全年仅需30吨铀燃料可一次航班搞定;五是不受季节和气候影响,燃料费用占比成本低,发电高效稳定。
   
2000年1月,美、英、日、法、韩、加、瑞士、南非、巴西、阿根延联合组成“第四代国际核能论坛”并于次年7月签约,合作研发第四代核能技术,但迄今尚未建成符合要求的第四代核电站。
   
中国是全球第8个能自行设计建造核电机组的国家,首座核电站1994年商业运行,功率300兆瓦。2018年1月中核集团与中国船舶工业集团、上海电气集团等5家国企共同设立海洋核动力发展有限公司,计划到2020年代在渤海和南海建造约20座海上核电站,用于开发大型海上油田和在远离大陆的岛屿基础设施建设。按照国家“十三五”规划,到2020年全国核电运行装机总量达5800万千瓦,在建装机达3000万千瓦以上。
   
新能源较之传统的化石能源,除综合开发成本、储量、运输、安全、环保等各方面优势外,最大亮点在于取之不尽用之不竭。随着新能源开发应用改变世界能源格局的进程,国际能源市场的长期价格走势只能是步步下行。

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