新能源利用與儲能方式討論

馬媛 劉長渤 馮煒煒

摘 要：新能源發展迅速，多產業并駕齊驅，綠色能源成為未來引領。儲能技術的平衡作用有效的調節新能源的不足，大大提高新能源的并網消納水平。未來，多種能源替代傳統能源成為一種趨勢。

關鍵詞：新能源；儲能技術；消納水平

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.16.062

1 新能源概述

所謂的新能源，就是區別于傳統能源的、非大眾化的能源利用方式，之所以非大眾化的就是說明這些能源的使用會有很多局限性，往往是兩個方面，首先就是有能源來源、其次利用實效與轉化。我們所知道的傳統能源是石油、天然氣、煤，水，這些的共同特點是來源方便，便于儲存，使用轉化方便，成本低廉（安全、周期、性價比）。

那么我們所謂的新能源，其實就是我們最近一直在提倡的光伏、風能、潮汐能、核能、地熱能等這些能源，這些能源有共同的特點就是都受到使用條件的限制，不能夠進行大面積推廣，例如風能要在風口，核能要有水源進行散熱，光伏需要有充足的光照時間，潮汐需要有海洋，地熱需要有地熱資源的等多方面限制。其次，這些能源中有很多能源的轉換效率以及單位面積產能率較低也是這些資源受到限制的原因；然后就是這些能源的波動性較大，發電規律與能源使用規律不重合，造成發電與用電不同步，需要進行儲能或者大網調度。

2 新能源與儲能方式的分類

新能源其實從能量原理來分可以分為以下幾種：

（1）動能：利用風能風機發電、利用水流發電、利用月亮潮汐能。

（2）熱能：地熱巖漿溫泉發電。

（3）光能：光伏發電。

（4）原子能：核電站發電。

（5）生物質能：廢物利用也是新能源，利用生物質為載體的能量。

儲能原理也可以按照能量原理分類：

（1）動能：利用陀螺飛輪進行儲能。

（2）勢能：利用勢能儲能（揚升水、其他重物）。

（3）化學能：鋰電池、鐵電池、鎳氫電池、磷酸鐵鋰、全釩液流、石墨烯電池。

（4）生物能：種樹也是能源儲能的一種方式。

（5）熱能：地源熱泵、空氣能（空氣源）。

3 新能源與儲能現狀

3.1 新能源現狀

風電：風電是利用最多的新型清潔能源，屬于可再生能源，由于風無處不在，建設方便，可再生、無污染、能量大、前景廣闊，2015年，中國風電已超過了核電成為第三大主力電源。金風、華銳等風電裝備制造企業已經具備國際水平，2010年我國的風電裝機容量躍居世界第一。隨著裝機容量穩步增長，以及海上風電的建設，我國風電的大型機組不斷出現，成本不斷降低，將成為新能源的主力軍。但是由于風電屬于企業獨自行為，沒有做好規劃和前期管理以及評估，造成電網建設與風場建設的不匹配和配套，造成棄風現象嚴重，無論是低速風場（6-8米/秒）還是豐富地區的風電項目都需要與國家電網公司建設進行匹配，避免電網輸配、損耗、消納等問題造成棄風。

潮汐能：潮汐能是從海水面晝夜間的漲落中獲得能量，與天體之間的引力有關，月亮太陽與地球之間的引力以及熱量形成了地球的潮汐能的產生，利用水流的來去帶動水輪發電機進行發電。潮汐能發電利用河口與海灣等有利的地理位置，以便于存儲水，進行發電，由于潮汐能并非長效發電，一天之中只有兩次漲落，只有在漲落時才能發電，只有進行庫存存水可以進行適當的調節，進行連續發電，但是建設越多，越影響周邊海洋生物的生存。

核電：核電站是作為一種利用院子核裂變反應進行發電的裝置，利用質能方程原理，利用原子核吸收一個種子分裂為兩個質量較小的原子核，同時放出2-3個種子，然后就形成了裂變鏈式反應。利用循環水把產生的熱量帶走變成蒸汽進行發電。但是由于核能有很大的安全隱患，所以核能電站的建設要有良好的設計與施工，隨著技術的創新，對于核廢料的低值排放，ADS變廢料處理零輻射 核反應堆0功率裝置，減少輻射范圍，利用新技術達到“近零排放”。

生物質能：其實就是太陽能通過植物或者微生物通過光合作用而形成的各種有機體，存儲在生物體內，然后通過直接或者間接的轉為固態、液態、氣態燃料，是一種真正的綠色能源。可以處理廢棄物、污染、糞便、郵寄廢棄物等。現在應用有很多的垃圾處理進行沼氣利用、乙醇開發等方面。

光伏發電：光伏發電是今年來國家推廣的清潔能源一種，利用居民屋頂、荒山荒地將太陽能直接轉化為電能，利用半導體材料的光伏效應，但是轉化為直流電，如果并網和使用一般都需要通過變頻器進行轉換成交流電，光伏發電成本的降低，以及國家補貼政策的推廣，光伏成為產業在中國大面積推廣，但是隨著大批量光伏的接入電網，電網的接納能力有限，棄光現象逐漸顯現，不能夠完成光伏能源的有效并網。由于限制條件較少，將來光伏將成為新清潔能源的引領者。

3.2 儲能現狀

陀螺飛輪儲能：其實就是利用電動機帶動飛輪高速旋轉，在需要的時候再將飛輪的動能轉化為電能。在利用復合材料以及超導磁懸浮等技術降低系統的體積，能夠減少損失，現在還處于開發階段，很適合與電網并網使用。

勢能儲能：在用電低谷期，利用水泵將水提升至高水位，形成勢能儲備，當用電高峰期時，進行發電，減少系統容量，達到能量的存儲，很適合并網使用。但是需要相應的水站建設，隨著火電為主的電網建設，供電企業的調峰矛盾日益突出，峰谷容量調節能力較差，而抽水電站蓄能將成為電網運行的一種解決方案，我國的抽水電站建設起步較晚，但是由于后發效應，起點較高，近年所建設的水蓄能電站技術已經達到國際先進水平，同時配合風電使用，使得發電的連續穩定性得到很大提高，可以很好的環節風電給電力系統帶來的不利影響。是未來大型儲能的發展趨勢。

電池儲能：鋰電池、鐵電池、鎳氫電池、磷酸鐵鋰、全釩液流、石墨烯電池等儲能方式更加適合小型場所，能夠及時的將零散的電能存儲在電池中，電動汽車、電瓶車等小型設備可以利用電池進行儲能，由于電池設計統一標準電壓，通用性較強，對環境要求不大是未來發展的方向。

熱能儲能：地源熱泵及空氣源儲能，利用其它介質材料將熱能進行存儲，在需熱時進行換熱，不需要時將熱能進行存儲。地源熱泵是利用陸地的千層能源進行能源存儲，主要用于冬季，可以利用地下水進行冷熱互換，但是由于外部的水不是封閉的，能量損失很多，但是由于設備較少維護費用也較低，機械運動部件較少，可以減少40%以上的電能損耗，比鍋爐效率提高50%，不但可以取暖也可以取冷。維修較少壽命較長，節約空間。空氣能原理和地源熱泵原理一樣，通過人工的儲能設備將熱、冷存儲在設備中，利用空調機進行能量交換并利用泵進行循環。

4 新能源與儲能的趨勢

隨著新能源的大量推廣，以及儲能技術的完善，通過“大網調度，小網微控”的進一步加深，新能源的比例將大大提高，風能、核能、光伏能源通過大電網進行調度、調節，克服電網損失的高壓技術成熟，國際電網聯絡，國電外送也成為一種可能，就近消納能力得以提高，并網容量進一步加強，清潔替代成為一種趨勢，原始的石油、煤炭、燃氣能源將逐漸減少，成為一種戰略儲備，在小電網中通過電池組、飛輪儲能裝置等小型裝置的接入，使得小網的控制更加的復雜，節能、調節能量的方式使得能源利用率大大提高，電池、電容等儲能方式推廣，大大減少能源的浪費，污染逐步減少，生物質能發電也是解決能源與發展，能源與環境的一個重要突破點，電能的利用更加多維化，不但可以電解海水，形成氧氣制備和氫氣制備形成淡水資源也能與潮汐能發電共同利用達到多系統共同運行，提高設備以及能源利用率，風電與蓄能相結合解決脫網與并網問題，分布式與機械儲能、電池儲能結合完成峰谷（日與夜）的平衡。

在細微控制方面不斷的研究，提高能源利用率，減少能源損失也是我們發展的方向，從粗放式的使用方式到精細集約化的管理與控制，達到能源最大化利用，推進節能減排，減少環境污染，從宏觀上來說，我們也沒有必要進行精細的計算，只需要從宏觀上推廣使用清潔能源，綠色能源等新能源，使得我國的清潔能源占比提高，也能夠快速的提高能源利用，減少浪費。在儲能里面我提到的種樹，其實也是能源儲備的一種方式，也可以歸類為生物質能，大量的種植樹木，不但解決水土流失、空氣污染、溫室效應、能源不足等多種問題，也能夠為我國儲備大量的資源，形成一種可循環的發展。

“開源還需要節流”，雖然我們在多方面的多渠道的開發使用新能源，但是實際我們的能源浪費率較高，經濟發展在前期是需要能源去推動發展，但是能源有耗盡的時候，那么我們的GDP增長只有在節約中提高，從新能源利用中提高，節約使用也很重要。所以，無論是新能源還是儲能的利用都是開源，那么節約使用習慣、節能環保材料及技術應用也是我們發展的新方向。

作者簡介：馬媛（1989-），女，山東莒縣人，工學學士，助理工程師，主要從事項目可研與接入設計和項目評審工作。