“可再生能源+儲(chǔ)能+電動(dòng)汽車”在小城鎮(zhèn)應(yīng)用分析

2017-12-06 19:51:19 來源:中國(guó)物理學(xué)會(huì) 作者:何祚庥　點(diǎn)擊量：評(píng)論 (0)

1 廣大農(nóng)村將迅速出現(xiàn)猛烈的用能需求隨著中國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)相繼走上工業(yè)化、城市化、現(xiàn)代化,一個(gè)必然要出現(xiàn)的需求是,中國(guó)必須加速發(fā)展農(nóng)業(yè),加速建設(shè)農(nóng)村,加速改善農(nóng)民生活,而"三農(nóng)(農(nóng)民、農(nóng)村、農(nóng)業(yè)) 是"工業(yè)化、城

1 廣大農(nóng)村將迅速出現(xiàn)猛烈的用能需求

隨著中國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)相繼走上工業(yè)化、城市化、現(xiàn)代化,一個(gè)必然要出現(xiàn)的需求是,中國(guó)必須加速發(fā)展農(nóng)業(yè),加速建設(shè)農(nóng)村,加速改善農(nóng)民生活,而"三農(nóng)”(農(nóng)民、農(nóng)村、農(nóng)業(yè)) 是"工業(yè)化、城市化、現(xiàn)代化"的基礎(chǔ).

一個(gè)顯然的事實(shí)是:中國(guó)現(xiàn)有2億農(nóng)民進(jìn)城"打工",未來10年,還可能新增3億人涌入城市. 中國(guó)的農(nóng)業(yè)必須在有大量?jī)?yōu)秀勞動(dòng)力持續(xù)向城市轉(zhuǎn)移的條件下,又能高效持續(xù)地增加向城市提供糧食和原材料的供應(yīng);中國(guó)的農(nóng)村必須成為農(nóng)產(chǎn)品初級(jí)加工和某些適合在農(nóng)村深加工的生產(chǎn)基地;中國(guó)農(nóng)民也必將相繼走向富裕,成為居民消費(fèi)的主體.

所有這些"新"出現(xiàn)的"三農(nóng)"問題的解決,必定轉(zhuǎn)化為"市場(chǎng)前景大、資源消耗低、就業(yè)機(jī)會(huì)多、綜合效益好"的"戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)",關(guān)鍵是如何"認(rèn)真把握好科技超前部署的規(guī)律".

在諸多有待"超前"部署的科技項(xiàng)目之中,最為重要的是必須解決廣大農(nóng)村、邊遠(yuǎn)地區(qū)和中、小城鎮(zhèn)即將涌現(xiàn)出來的迅速而猛烈的能源的需求(例如,不能設(shè)想,在南方氣候十分炎熱的地區(qū),現(xiàn)代"空調(diào)"技術(shù)只應(yīng)用于城市,不普及到農(nóng)村!)

徹底解決這一需求的唯一途徑是大力發(fā)展分布式供能系統(tǒng),包括供電和供熱,有望將所需能源的利用率提高到60%—80%. 但如果這一次能源來自煤炭、石油、天然氣,那就不僅和"到2020年,單位 GDP釋放的 CO2 減排40%—45%"的約束性指標(biāo)背道而馳,而且運(yùn)費(fèi)將占供能成本的大部分! 所以,在發(fā)展分布式供能的問題上,必須"因地制宜"、"就地取材".也就是本文作者這里建議的:"一個(gè)在廣大農(nóng)村、小城鎮(zhèn)亟待開拓的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)———建立以‘太陽能+風(fēng)能+小水電+生物質(zhì)能+小型抽水儲(chǔ)能電站+中小型儲(chǔ)能兼中小型電動(dòng)車的動(dòng)力電池'相組合的‘小型智能電網(wǎng)'為‘中心'的供電、供熱的新能源體系".

2 為什么這里強(qiáng)調(diào)建設(shè)以"小型智能電網(wǎng)"為"中心"的"供電、供熱"的體系?

電能較易傳輸,熱能往往有較大傳輸損失. 解決農(nóng)村、小城鎮(zhèn)用電,最好組成大小等級(jí)不同的"智能型"電網(wǎng). 由微電網(wǎng)、小電網(wǎng)、中電網(wǎng),進(jìn)而發(fā)展為大型、超大型的智能型電網(wǎng). 供熱就需要盡量縮短管道供熱距離.

解決生活用電的最佳方案是"屋頂光伏發(fā)電+鋰離子儲(chǔ)能電池"組成的"微電網(wǎng)". 我國(guó)約有100億平方米的屋頂, 廣大農(nóng)村約有全部屋頂面積的70%—80%. 正在發(fā)展中的第三代光伏發(fā)電技術(shù)已做到每平方米能發(fā)出50W 的電力,其等價(jià)于不跟蹤太陽的平板電池的"等效"峰值功率的組件售價(jià),已下降到15—16元/W.80億平方米的屋頂面積,可安裝約4億千瓦的電力. 以年平均發(fā)電1500小時(shí)計(jì),4億千瓦將發(fā)出6000 億度電能. 以10 億農(nóng)村人口計(jì),可實(shí)現(xiàn)人均供應(yīng)600度電. 這將完全滿足農(nóng)村各住戶照明、電器、空調(diào)……用電,節(jié)余的電可輸往"小電網(wǎng)". 圖 1 為安置在屋頂?shù)囊粋€(gè)可"供熱 + 供電"轉(zhuǎn)盤示意圖.

圖1 安置在屋頂?shù)囊粋€(gè)可"供熱+供電"轉(zhuǎn)盤示意圖

解決農(nóng)村生產(chǎn)用電的最佳方案,是因地制宜地建設(shè)能連續(xù)供電8—10小時(shí)的、功率為 500—2000kW 的"太陽能光伏電站+風(fēng)能+鋰離子儲(chǔ)能電池"構(gòu)成的"小型"智能電網(wǎng). 我國(guó)現(xiàn)有 18.26 億畝(1.2174億公頃)的耕地,但我國(guó)還有面積約4億畝宜能荒地(指可開墾種植能源作物的荒地). 其中有2億畝是質(zhì)量較差、需大力改造后才可種植能源作物、不十分"宜能"的荒地,但卻十分適合用作太陽能發(fā)電用地. 如以每平方米發(fā)電50W 計(jì),1畝荒地可裝機(jī)33.3千瓦,1億畝荒地可裝機(jī)33億千瓦!! 這些荒地的太陽能資源雖然比沙漠地區(qū)稍差,但均離廣大農(nóng)村較近,離用電地區(qū)較近,而且大多是連片千畝以上干旱的土地,非常適合在農(nóng)村臨近建設(shè)由大、中、小型的"光伏電站+儲(chǔ)能電池"所構(gòu)成的"中、小型"智能電網(wǎng). 由于這些地區(qū)大多臨近發(fā)達(dá)地區(qū),其開發(fā)成本、輸電成本均較低. 以年發(fā)電1500小時(shí)計(jì),1億畝荒地上的 33.3 億千瓦的裝機(jī),將等價(jià)于能發(fā)電6000小時(shí),裝機(jī)8億千瓦的火力發(fā)電的全年發(fā)電量, 所提供的電能還是高峰用電時(shí)間所需要的峰電. 在發(fā)達(dá)地區(qū),"峰谷比"之間的電價(jià)差距將越來越大,所以,這一"光伏電站+儲(chǔ)能電池"所組成的"小型"智能電網(wǎng),將有廣闊的發(fā)展前景!

用在中、小型智能電網(wǎng)中的儲(chǔ)能電池還可兼作包括拖拉機(jī)在內(nèi)的農(nóng)用客運(yùn)、貨運(yùn)電動(dòng)車輛的動(dòng)力電池.

據(jù)說,正在研發(fā)中的"以錳酸鋰為正極、鈦酸鋰為負(fù)極"的新型儲(chǔ)能電池,能充放電 20000—30000次,因而其儲(chǔ)能成本將下降到0.1元/度次! 我們迫切希望近期就有這類新技術(shù)的出現(xiàn).

3 更有發(fā)展前景的產(chǎn)業(yè)———由可再生能源組成的分布式的、供電供熱的聯(lián)合電站

如果廣大農(nóng)村出現(xiàn)較大量的生產(chǎn)性供熱的需要,其最佳方案將是建設(shè)熱電兩用的中、小型熱電站,也就是能大幅度地提高一次能源利用率的、分布式的"太陽能發(fā)電+秸稈或沼氣發(fā)電"聯(lián)合供電供熱電站.

近年來,在太陽能熱發(fā)電技術(shù)上,新出現(xiàn)的理念是:用一種新型的"陳式定日鏡 + 小塔支撐的集熱面",來克服已走向產(chǎn)業(yè)化的"槽式"電站具有的嚴(yán)重?zé)崃繐p失的重大缺點(diǎn). 圖2是槽式電站的示意圖.

圖2 槽式電站示意圖

陳式定日鏡的特點(diǎn)是:不論太陽自晨至晚,從冬到夏,這一定日鏡能自動(dòng)地在時(shí)間、空間分布上較均勻地將太陽光反射到某一由"小塔"所支撐的某一"集熱面"上. 圖3是陳式定日鏡和小塔支撐的集熱面的照片.

圖3 陳式定日鏡和小塔支撐的集熱面照片

這種新型的陳式定日鏡技術(shù)繼承和吸收了"塔式"、"碟式"熱發(fā)電技術(shù)中的"點(diǎn)聚焦"集熱技術(shù),同"槽式"熱發(fā)電的"柱聚焦"技術(shù)相比,有更高的集熱量和集熱溫度,有更高的熱電轉(zhuǎn)化效率;但同時(shí)又保留了"槽式"熱發(fā)電技術(shù)具有的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化等優(yōu)點(diǎn). 因?yàn)橹灰獙⒁蛔?quot;小塔"重復(fù)連接成十幾公里的 "多塔", 就能構(gòu)建功率達(dá)1MW、10MW,甚而100MW 的太陽能熱電站. 而新型定日鏡,由于它的結(jié)構(gòu)單一,可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化. 所以,它的單位功率造價(jià)將可比現(xiàn)在德國(guó)使用的槽式電站發(fā)電成本至少下降30%—40%,可將現(xiàn)有在國(guó)外發(fā)展的槽式發(fā)電成本,從2.0元/kW˙h下降到0.8—1.0元/kW˙h. 圖4是一組"定日鏡+集熱面+小塔"聯(lián)合集熱的照片.

圖4 一組"定日鏡+集熱面+小塔"聯(lián)合集熱照片

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