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關(guān)鍵詞:教學(xué)改革;新能源發(fā)電技術(shù);創(chuàng)新人才培養(yǎng)
作者簡(jiǎn)介:韓楊(1982-),男,四川成都人,電子科技大學(xué)機(jī)電學(xué)院電力電子系,講師。
基金項(xiàng)目:本文系電子科技大學(xué)中央高?;究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)資助(項(xiàng)目編號(hào):2672011ZYGX2011J093)的研究成果。
中圖分類號(hào):G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1007-0079(2013)14-0046-02
“新能源發(fā)電技術(shù)”是電子科技大學(xué)電氣工程及自動(dòng)化、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化、工業(yè)工程三個(gè)專業(yè)課程體系中的一門重要課程。該課程屬于高年級(jí)本科生的專業(yè)選修課,共32課時(shí)、內(nèi)容多、知識(shí)面廣、綜合性強(qiáng)。[1, 2]由于三個(gè)專業(yè)的學(xué)生知識(shí)體系存在一定差異,在教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等方面,需要做出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和創(chuàng)新。筆者在教學(xué)過程中,充分吸收國(guó)外高校模塊化教學(xué)模式、凝練教學(xué)內(nèi)容,充分利用交互式教學(xué)方法,采用課堂講授、提問與解答、課程項(xiàng)目、研究報(bào)告等手段,把互動(dòng)式教學(xué)方法成功應(yīng)用到教學(xué)實(shí)踐中。課程以電能變換與控制為主線,鼓勵(lì)不同專業(yè)背景的學(xué)生組成研究小組對(duì)課程項(xiàng)目進(jìn)行協(xié)作研究,提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)了學(xué)生的自主創(chuàng)新能力。[3, 4]
一、國(guó)外“新能源發(fā)電技術(shù)”教學(xué)內(nèi)容與模式回顧
1.麻省理工學(xué)院(MIT)的模塊化教學(xué)模式
課程簡(jiǎn)介:課程評(píng)估當(dāng)前和未來潛在的能源系統(tǒng),包括資源提取、轉(zhuǎn)換和最終使用技術(shù),重點(diǎn)區(qū)域和全球能源需求。研究各種可再生能源和傳統(tǒng)能源的生產(chǎn)技術(shù),能源最終用途和替代品,在不同國(guó)家的消費(fèi)習(xí)慣。
第一部分:能源的背景。欠發(fā)達(dá)國(guó)家日益增長(zhǎng)的能源需求、發(fā)達(dá)國(guó)家可持續(xù)的未來能源。能源概述、能源供給和需求的問題;能源轉(zhuǎn)換和經(jīng)濟(jì)性分析,氣候變化和應(yīng)對(duì)措施。模塊1:能量傳遞和轉(zhuǎn)換方法。模塊2:資源評(píng)估和消耗分析。模塊3:能量轉(zhuǎn)換、傳輸和存儲(chǔ)。模塊4:系統(tǒng)的分析方法。模塊5:能源供應(yīng),需求和存儲(chǔ)規(guī)劃。模塊6:電氣系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)。模塊7:熱力學(xué)與效率的計(jì)算。
第二部分:具體的能源技術(shù)。模塊1:核能的基礎(chǔ)和現(xiàn)狀;核廢料處理;擴(kuò)建民用核能和核擴(kuò)散。模塊2:化石能源的燃料轉(zhuǎn)換,電源循環(huán),聯(lián)合循環(huán)。模塊3:地?zé)崮茉吹念愋停患夹g(shù)、環(huán)境、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)問題。模塊4:生物質(zhì)能資源和用途,資源的類型和要求。
第三部分:能源最終用途,方案評(píng)估和權(quán)衡分析。模塊1:汽車技術(shù)和燃料經(jīng)濟(jì)政策。模塊2:生物質(zhì)轉(zhuǎn)化的生命周期分析;土地使用問題、凈能量平衡和能量整合。模塊3:電化學(xué)方法電能儲(chǔ)存、能量轉(zhuǎn)換,燃料電池。模塊4:可持續(xù)能源,非洲撒哈拉以南地區(qū)的電力系統(tǒng)的挑戰(zhàn)和選擇。
2.瑞典皇家理工學(xué)院(KTH)課程內(nèi)容與要求
課程內(nèi)容:替代能源和可再生能源的全方位的介紹和分析,包括整合這些解決方案以滿足能源服務(wù)的要求。包括現(xiàn)有和未來的替代能源,如水能、風(fēng)能、太陽能、光伏、光熱,燃料處理;可再生能源系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn);動(dòng)態(tài)整合各種可再生能源。在整個(gè)教學(xué)過程中,學(xué)生的讀、寫和研討主題是“先進(jìn)的可再生能源系統(tǒng)技術(shù)”,特別是通過項(xiàng)目工作和多個(gè)為期半天的研討會(huì)對(duì)相關(guān)專題進(jìn)行研討,每個(gè)人都參與演講和討論,并邀請(qǐng)有行業(yè)工程背景的專家和政策制定者來課堂參與探討,豐富課堂內(nèi)容、提升教學(xué)質(zhì)量。
課程要求:在課程結(jié)束時(shí),學(xué)生應(yīng)能夠分析和設(shè)計(jì)能源系統(tǒng),利用風(fēng)能、生物能源、太陽能產(chǎn)生電力或用于加熱與冷卻。完成課程后,學(xué)生能詳細(xì)說明風(fēng)能、生物能、太陽能基本原理和主要特點(diǎn),以及它們之間的區(qū)別。能掌握這3種可再生能源系統(tǒng)的主要組件,了解基于化石燃料的能源系統(tǒng)對(duì)環(huán)境和社會(huì)的影響。
3.威斯康星大學(xué)(UWM)課程內(nèi)容與要求
課程內(nèi)容:學(xué)習(xí)有關(guān)國(guó)家最先進(jìn)的可再生能源系統(tǒng),包括生物質(zhì)、電力和液體燃料,以及風(fēng)力、太陽能、水電。學(xué)生們將對(duì)可再生能源電力和能源供應(yīng)做工程計(jì)算,并要了解可再生能源的生產(chǎn)、分配和最終使用系統(tǒng)。能源存儲(chǔ)、可再生能源政策;經(jīng)濟(jì)分析,購(gòu)買和銷售能源;風(fēng)能理論與實(shí)踐;太陽能可用性,光熱和光伏發(fā)電系統(tǒng);水電;地?zé)?,潮汐能和波浪發(fā)電;生物能源、生物質(zhì)燃燒熱力和電力;生物質(zhì)氣化,生物油熱解;生物燃料的生命周期評(píng)估。
課程要求:掌握基本的可再生能源系統(tǒng)的工程計(jì)算,了解可再生資源評(píng)估和能源基礎(chǔ)設(shè)施一體化。確定可再生能源系統(tǒng)的環(huán)境影響。設(shè)計(jì)和評(píng)估可再生能源系統(tǒng)的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的可行性。了解能源在社會(huì)中的關(guān)鍵作用。了解可再生能源發(fā)展的公共政策、市場(chǎng)結(jié)構(gòu)。卓越學(xué)生的學(xué)習(xí)成果:能夠運(yùn)用數(shù)學(xué)、科學(xué)和工程原則進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),并能分析和解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。有能力設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)、部件或過程,以滿足預(yù)期要求,具備解決工程問題和有效溝通的能力。
二、創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式下“新能源發(fā)電技術(shù)”教學(xué)設(shè)計(jì)
通過對(duì)該課程的學(xué)習(xí),使學(xué)生了解中國(guó)的能源現(xiàn)狀,掌握電源變換與控制技術(shù)的基本原理,掌握光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電的基本原理及系統(tǒng)的構(gòu)成,加深對(duì)中國(guó)風(fēng)力資源和風(fēng)力發(fā)電基本原理的認(rèn)識(shí),理解生物質(zhì)資源的利用現(xiàn)狀、轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)的基本原理,了解天然氣、燃?xì)獍l(fā)電與控制技術(shù)的基本原理和應(yīng)用情況。吸收國(guó)外經(jīng)驗(yàn),設(shè)計(jì)教學(xué)模塊。
1.電源變換和控制技術(shù)
內(nèi)容要點(diǎn):電力電子器件的概念、特征和分類,不可控器件——電力二極管,半控型器件——晶閘管,電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管——電力MOSFET,絕緣柵雙極型晶體管——IGBT;AC—DC變換電路:二極管整流器——不控整流,晶閘管整流器——相控整流,PWM整流器——斬波整流;DC—DC變換電路:?jiǎn)喂懿桓綦x式DC—DC變換器,隔離式DC—DC變換器;DC—AC變換電路原理、分類、參數(shù)計(jì)算;AC—AC變換電路。
課堂提問:晶閘管的導(dǎo)通和關(guān)斷條件是什么?相控整流與PWM整流電路區(qū)別是什么?交流調(diào)壓電路的基本原理是什么?什么是逆變?如何防止逆變失?。?/p>
課程項(xiàng)目1:讓學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)50kW的相控整流和PWM整流電路,進(jìn)行MATLAB仿真分析,比較兩種整流電路的區(qū)別,要求分組討論、制作PPT演講,撰寫研究報(bào)告。
2.風(fēng)能、風(fēng)力發(fā)電與控制技術(shù)
內(nèi)容要點(diǎn):風(fēng)的產(chǎn)生、特性與應(yīng)用;風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)、分類與工作原理;風(fēng)力發(fā)電的特點(diǎn)、控制要求和功率調(diào)節(jié)控制;風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)運(yùn)行和功率補(bǔ)償:同步發(fā)電機(jī)組、異步發(fā)電機(jī)組和雙饋異步發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)運(yùn)行和功率補(bǔ)償。
課堂提問:簡(jiǎn)述風(fēng)能轉(zhuǎn)換的基本原理。風(fēng)力機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)參數(shù)有哪些?具體怎么求解?風(fēng)力機(jī)有哪幾種分類方法?
課程項(xiàng)目2:讓學(xué)生設(shè)計(jì)基于全功率變換器的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng),在課程項(xiàng)目1的PWM整流電路的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)整流和逆變電路及其控制算法,進(jìn)行MATLAB仿真,驗(yàn)證工作原理,要求分組討論、制作PPT演講、撰寫研究報(bào)告。
3.太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù)
內(nèi)容要點(diǎn):太陽能利用方式、分類及原理,中國(guó)光伏發(fā)電的歷史和研究現(xiàn)狀;太陽能電池的工作原理,太陽能電池材料的光學(xué)性質(zhì)、等效電路、輸出功率和填充因數(shù),太陽能電池的效率、影響效率的因素及提高的途徑;太陽能電池制造工藝,多、單晶硅制造技術(shù);太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成,正弦波PWM技術(shù),逆變器基本特性及評(píng)價(jià);獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理、系統(tǒng)構(gòu)成;并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類、特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)、供電形式和設(shè)備構(gòu)成。
課堂提問:多晶硅和單晶硅的制造工藝有什么不同?根據(jù)制作工藝的不同它們各有什么特點(diǎn)?什么是正弦波PWM逆變技術(shù)?并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)由哪幾部分構(gòu)成?
課程項(xiàng)目3:讓學(xué)生設(shè)計(jì)小功率并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng),在課程項(xiàng)目2逆變電路的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)單相及三相逆變電路及其控制算法,進(jìn)行MATLAB仿真,驗(yàn)證工作原理,要求分組討論、制作PPT演講、撰寫研究報(bào)告。
4.生物質(zhì)能的轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)
內(nèi)容要點(diǎn):生物質(zhì)能的定義、生物質(zhì)資源特點(diǎn)及類別;生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換和發(fā)電技術(shù)、生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換的能源模形式,城市垃圾、生物質(zhì)燃?xì)獍l(fā)電技術(shù);生物質(zhì)熱裂解發(fā)電技術(shù)的分類、生物質(zhì)熱裂解機(jī)理,生物質(zhì)熱裂解技術(shù)及裝置簡(jiǎn)介;我國(guó)生物質(zhì)能的利用現(xiàn)狀及開發(fā)生物質(zhì)能的必要性,生物質(zhì)能發(fā)電前景。
課堂提問:生物質(zhì)能的優(yōu)缺點(diǎn)是什么?根據(jù)其優(yōu)缺點(diǎn)如何揚(yáng)長(zhǎng)避短充分利用生物質(zhì)資源?生物質(zhì)熱裂解的機(jī)理是什么?請(qǐng)?jiān)敿?xì)分析說明。影響生物質(zhì)熱裂解的因素有哪些?具體是如何影響的?
5.天然氣、燃?xì)獍l(fā)電與控制技術(shù)
內(nèi)容要點(diǎn):天然氣水合物的概念,形成機(jī)理及化學(xué)性質(zhì);天然氣的綜合利用、環(huán)境價(jià)值與發(fā)展前景;小型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的原理及用途、主要形式及應(yīng)用前景;燃?xì)廨啓C(jī)組的電能變換與控制系統(tǒng)、電網(wǎng)供電及控制;燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)運(yùn)行與控制策略,DC-AC低頻并網(wǎng)逆變技術(shù),DC-AC/ AC-DC-AC三級(jí)變換高頻環(huán)節(jié)并網(wǎng)逆變技術(shù);燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組高頻并網(wǎng)逆變的控制策略。
課堂提問:小型燃?xì)廨啓C(jī)組并網(wǎng)發(fā)電的原理是什么?簡(jiǎn)述燃?xì)廨啓C(jī)組電能變換系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理。燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組高頻并網(wǎng)逆變是如何實(shí)現(xiàn)的?
三、結(jié)束語
在充分吸收國(guó)外高?!靶履茉窗l(fā)電技術(shù)”模塊化教學(xué)模式的基礎(chǔ)上,以人才培養(yǎng)為中心,凝練教學(xué)內(nèi)容、改革教學(xué)方法,提高了學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)興趣,課堂互動(dòng)得到明顯改善,不同專業(yè)背景的學(xué)生能夠?qū)φn程項(xiàng)目進(jìn)行協(xié)作研究,發(fā)揮各自的特長(zhǎng)收集和吸收國(guó)外前沿技術(shù),在PPT演講、研究報(bào)告撰寫方面鍛煉了學(xué)生的綜合能力,取得了良好的教學(xué)效果。
參考文獻(xiàn):
[1]何瑞文,謝云,陳璟華.電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)建設(shè)與實(shí)踐模式探討[J].中國(guó)電力教育,2012,(3):72-73.
[2]王三義.淺談新能源發(fā)電技術(shù)[J].中國(guó)電力教育,2011,(15):92-93.
發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)低碳資源和低碳產(chǎn)品給予適當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)補(bǔ)貼是減少碳排放的另一項(xiàng)重要的財(cái)稅措施,目的是為了增多所供給的消費(fèi)量。發(fā)達(dá)國(guó)家通過新能源、新材料和新技術(shù)對(duì)節(jié)能減排的推動(dòng)發(fā)展實(shí)施了一系列的補(bǔ)貼扶持政策。
(一)實(shí)施戰(zhàn)略
1.針對(duì)生產(chǎn)者采取的補(bǔ)貼政策。以德國(guó)和美國(guó)為例,在可再生能源發(fā)電領(lǐng)域中實(shí)施關(guān)于對(duì)生產(chǎn)者的補(bǔ)貼政策。德國(guó)政府為確??稍偕茉吹牡匚唬瑢?shí)施了《可再生能源法》,針對(duì)可再生能源生產(chǎn)成本高的問題通過可再生能源發(fā)電補(bǔ)貼的形式進(jìn)行制衡,以促進(jìn)可再生能源的快速發(fā)展。由于德國(guó)利用可再生能源發(fā)電(除水電外)起步較晚、還未形成規(guī)模且成本較高,電力傳輸網(wǎng)絡(luò)也沒有單獨(dú)的渠道,無法傳送給用戶。針對(duì)這一問題,德國(guó)《可再生能源發(fā)電并網(wǎng)法》的頒布實(shí)施,對(duì)可再生能源發(fā)電的入網(wǎng)措施和能夠?yàn)榘l(fā)電企業(yè)贏得收益的收購(gòu)價(jià)格進(jìn)行確定。同時(shí)以天然氣優(yōu)先為原則,獲得管道運(yùn)營(yíng)商優(yōu)先天然氣的輸送權(quán),而后根據(jù)天然氣的價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行市場(chǎng)定價(jià),以明確補(bǔ)貼的金額。美國(guó)于二十世紀(jì)八十年代對(duì)一些風(fēng)電項(xiàng)目也實(shí)施了投資補(bǔ)貼政策。但這一政策卻使投資者過于看重補(bǔ)貼的獲得和設(shè)備的安裝,而忽視了項(xiàng)目的性能。因此美國(guó)自1993年根據(jù)相關(guān)能源的政策法規(guī)將聯(lián)邦政府對(duì)風(fēng)電的投資扶持改為對(duì)風(fēng)電的生產(chǎn)過程進(jìn)行扶持。其補(bǔ)貼時(shí)間自項(xiàng)目投產(chǎn)起長(zhǎng)達(dá)十年,并隨著通貨膨脹率作及時(shí)調(diào)整。稅收優(yōu)惠政策是鼓勵(lì)發(fā)展可再生能源的一種策略,其對(duì)生產(chǎn)稅收優(yōu)惠的表現(xiàn)形式為價(jià)格補(bǔ)貼,主要還是意在對(duì)可再生能源進(jìn)行稅收返還。2.針對(duì)消費(fèi)者采取的補(bǔ)貼政策。在汽車、房地產(chǎn)和家電領(lǐng)域?qū)嵤╆P(guān)于對(duì)消費(fèi)者的低碳補(bǔ)貼政策。美國(guó)曾對(duì)使用柴油汽車和混合動(dòng)力汽車的消費(fèi)者在2007~2011年返還了最高達(dá)3500美元的稅收金額。同時(shí)在實(shí)施對(duì)新建節(jié)能建筑減稅政策的前提下,鼓勵(lì)消費(fèi)者使用節(jié)能設(shè)備和購(gòu)買節(jié)能建筑,并明確規(guī)定新建筑如能達(dá)到國(guó)際節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的46%以上,便可獲得3000美元以內(nèi)的單套房低稅獎(jiǎng)勵(lì)。同時(shí)減免使用住宅節(jié)能設(shè)備的居民稅收,甚至于居民在住宅中對(duì)室溫調(diào)控設(shè)備、節(jié)能窗、冷熱設(shè)施等進(jìn)行更換也能享受減免10%以內(nèi)的稅收優(yōu)惠。目前歐洲的許多國(guó)家已開始實(shí)施了對(duì)太陽能熱水器用戶提供的不低于30%的補(bǔ)貼政策。法國(guó)也自2006年起,可再生能源或熱泵能源設(shè)備的減免稅收提高了5個(gè)百分點(diǎn)。
(二)實(shí)施背景
低碳補(bǔ)貼作為財(cái)政支出的有效措施,不但可以促進(jìn)低碳產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,還可以通過擴(kuò)張的形式刺激低迷時(shí)期的經(jīng)濟(jì)。所以各國(guó)在遭遇經(jīng)濟(jì)危機(jī)時(shí),或傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展停滯不前影響其優(yōu)勢(shì)地位時(shí),通過低碳補(bǔ)貼的形式來推動(dòng)以新能源、新技術(shù)、新材料為主的低碳產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
(三)實(shí)際成果
低碳補(bǔ)貼的考察標(biāo)準(zhǔn)因生產(chǎn)者和消費(fèi)者的補(bǔ)貼對(duì)象不同而有所不同。在新能源的領(lǐng)域里主要針對(duì)生產(chǎn)者的低碳補(bǔ)貼,從各國(guó)新能源的發(fā)展?fàn)顩r即可說明一切。通過各國(guó)風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展情況進(jìn)行如下闡明:美國(guó)十年間的風(fēng)力發(fā)電量增加達(dá)33000MW,年復(fù)合率平均增長(zhǎng)了30%;德國(guó)十年間的風(fēng)力發(fā)電量也增加達(dá)17000MW,年復(fù)合率平均增長(zhǎng)了13%。在汽車、家電和房地產(chǎn)的節(jié)能建材領(lǐng)域里主要針對(duì)消費(fèi)者的低碳補(bǔ)貼。美國(guó)自2007開始鼓勵(lì)消費(fèi)者使用新能源汽車,由于扶持的力度較大,取得了明顯的效果。雖然輕型汽車的銷量在最近幾年呈下滑之勢(shì),但是新能源汽車的銷量在2009年之前卻呈逐年增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)??梢姡吞佳a(bǔ)貼的實(shí)施無論是對(duì)生產(chǎn)者還是消費(fèi)者,均取得了良好的效果。
(四)實(shí)踐總結(jié)
通過分析各國(guó)低碳補(bǔ)貼情況的實(shí)施,總結(jié)如下:1.低碳補(bǔ)貼以擴(kuò)張的形式,刺激低迷時(shí)期的經(jīng)濟(jì),尤其在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展停滯不前時(shí),政府通過低碳補(bǔ)貼的舉措,推動(dòng)了低碳產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,避免了經(jīng)濟(jì)衰退的發(fā)生,重新獲得了新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。同時(shí)由于此舉的擴(kuò)張性,在經(jīng)濟(jì)成熟時(shí)期卻不宜應(yīng)用。2.中下游產(chǎn)業(yè)是生產(chǎn)者和消費(fèi)者的補(bǔ)貼對(duì)象。發(fā)達(dá)國(guó)家實(shí)踐證明,其下游產(chǎn)業(yè)的興衰成敗由最終需求直接決定,所以一般采取補(bǔ)貼消費(fèi)者的方式;而中游產(chǎn)業(yè)因具有相同質(zhì)量的產(chǎn)品,進(jìn)行補(bǔ)貼的對(duì)象以生產(chǎn)者為主,以鼓勵(lì)對(duì)其新技術(shù)、新工藝,降低能耗的應(yīng)用。
二、發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)低碳技術(shù)創(chuàng)新的財(cái)政扶持
政府是否給予低碳技術(shù)的政策扶持決定了我國(guó)低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。低碳技術(shù)創(chuàng)新的效用如下:(1)有益發(fā)展能源使用高效,能源消費(fèi)低效。(2)有益于改善能源的消費(fèi)結(jié)構(gòu),增加低碳能源的消費(fèi)比例。二者都有效地抑制了碳的排放量。
(一)實(shí)施戰(zhàn)略
日本由于受特殊地理環(huán)境的限制,相較于其他發(fā)達(dá)國(guó)家,深受氣候變化的影響。一直以來,日本各屆政府始終致力于節(jié)能減排的宣傳推廣,呼吁低碳社會(huì)的創(chuàng)建。終于2007年6月,一部有關(guān)新能源的發(fā)展戰(zhàn)略基于法律的強(qiáng)硬手段,使節(jié)能減排的預(yù)期措施得以全面施行。此外,日本還成就于化學(xué)能源的減排技術(shù),如燃煤電廠煙氣脫硫的技術(shù)創(chuàng)新,成為國(guó)際環(huán)保的領(lǐng)先行業(yè)。同年9月,德國(guó)也實(shí)施了高新技術(shù)戰(zhàn)略,鼓勵(lì)技術(shù)創(chuàng)新的不斷發(fā)展,以期成為世界未來科技市場(chǎng)的領(lǐng)頭軍。次年,德國(guó)聯(lián)邦教研部又實(shí)施了基于高新技術(shù)戰(zhàn)略的氣候保護(hù)技術(shù)戰(zhàn)略。鑒于此,聯(lián)邦教研部?jī)A注大量資金進(jìn)行氣候保護(hù)技術(shù)的鉆研,同時(shí)工業(yè)界也對(duì)此作了大量的投入。2002年末,英國(guó)政府通過財(cái)政補(bǔ)貼對(duì)可再生能源的高新技術(shù)發(fā)展進(jìn)行了政策扶持,對(duì)于近海風(fēng)能、能源作物、光伏以及新一代新能源技術(shù)的全面研發(fā)起了積極的推動(dòng)作用。英國(guó)政府在規(guī)劃可再生能源的發(fā)展戰(zhàn)略時(shí)經(jīng)歷了新技術(shù)開發(fā)和商業(yè)化展示兩個(gè)不同的時(shí)期:(1)開發(fā)時(shí)期,研發(fā)新技術(shù)的初期都必須進(jìn)行大量的資金投入,風(fēng)險(xiǎn)性較高。(2)展示時(shí)期,大量資金的有效投入,可以加快工業(yè)活動(dòng)的發(fā)展,其公共資金的投入對(duì)于這兩個(gè)時(shí)期來說相當(dāng)重要。
(二)實(shí)施基礎(chǔ)
發(fā)達(dá)國(guó)家早就投入了大量的科研技術(shù)力量來支持低碳技術(shù)的研發(fā),但具體的實(shí)施基礎(chǔ)與碳稅和低碳補(bǔ)貼有所區(qū)別,并沒有緊密聯(lián)系外部的經(jīng)濟(jì)環(huán)境。由于低碳技術(shù)的研發(fā)、進(jìn)展是一項(xiàng)長(zhǎng)效工程,發(fā)達(dá)國(guó)家大都采取持續(xù)的大量投入來普遍實(shí)施。其實(shí)施的基礎(chǔ)主要表現(xiàn)在:(1)確保財(cái)政收入。一般只有發(fā)達(dá)國(guó)家實(shí)施低碳技術(shù)的補(bǔ)貼政策,因而對(duì)于低碳技術(shù)研發(fā)的支持,他們是具備充足的財(cái)政實(shí)力的。(2)靈活籌資舉措。低碳技術(shù)的研發(fā)可利用碳基金的形式進(jìn)行相應(yīng)的扶持。
(三)實(shí)際成果
發(fā)達(dá)國(guó)家的環(huán)保技術(shù)在能源、建筑、汽車等行業(yè)都取得了良好的效果,有效地減緩了二氧化碳的排放。這是低碳技術(shù)發(fā)展的直接結(jié)果。如英國(guó),突破了低碳技術(shù)瓶頸,實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)環(huán)保,隨著低碳技術(shù)的深入推廣,經(jīng)濟(jì)效益也收獲頗豐,又實(shí)現(xiàn)了環(huán)保經(jīng)濟(jì),最終使低碳科技發(fā)展達(dá)成“雙贏”。英國(guó)政府二百年以來最長(zhǎng)的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)期僅在過去十年間就得以實(shí)現(xiàn),低碳經(jīng)濟(jì)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)每年所實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)值達(dá)上千億英鎊,圓了上百萬人的就業(yè)夢(mèng),使經(jīng)濟(jì)得以快速增長(zhǎng),溫室氣體排放也降低了10個(gè)百分點(diǎn)。英國(guó)最終實(shí)現(xiàn)環(huán)保經(jīng)濟(jì)主要通過低碳技術(shù)出口,以這樣的低碳技術(shù)輸出模式來獲取更大的經(jīng)濟(jì)效益。
(四)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)
【關(guān)鍵詞】:能源互聯(lián)網(wǎng);技術(shù)形態(tài);關(guān)鍵技術(shù)
1、導(dǎo)言
隨著互聯(lián)網(wǎng)在全世界普及應(yīng)用,人類的生產(chǎn)生活在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)驅(qū)動(dòng)下不斷發(fā)生改變。同時(shí),互聯(lián)網(wǎng)正繼續(xù)向各行各業(yè)滲透?;ヂ?lián)網(wǎng)在實(shí)現(xiàn)開放對(duì)等原則的基礎(chǔ)上,能夠向整個(gè)系統(tǒng)提供全方位的信息支持,而能源互聯(lián)網(wǎng)是以可再生分布式能源和互聯(lián)網(wǎng)為核心而形成的新能源互聯(lián)網(wǎng),旨在實(shí)現(xiàn)能源的高效傳輸、利用,進(jìn)行更廣泛的分布式互聯(lián)系統(tǒng)優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)能源分布式的有效供應(yīng),形成堅(jiān)實(shí)的能源基礎(chǔ)架構(gòu)。
2、能源互聯(lián)網(wǎng)信息通信需求和特點(diǎn)
能源互聯(lián)網(wǎng)借鑒了信息互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)特征,但同時(shí)也有所區(qū)別,雙方在網(wǎng)絡(luò)功能、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、協(xié)議、服務(wù)、安全和服務(wù)對(duì)象等方面有所類似和不同。
借鑒信息互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì),能源互聯(lián)網(wǎng)將向著扁平化、分散式域控制,以及以能量為中心的網(wǎng)絡(luò)等方向發(fā)展。鑒于電力能源的清潔性、安全性和傳輸效率優(yōu)勢(shì),能源互聯(lián)網(wǎng)將主要通過電力互聯(lián)網(wǎng)的形態(tài)體現(xiàn)。
2.1能源互聯(lián)網(wǎng)信息通信技術(shù)需求
能源互聯(lián)網(wǎng)對(duì)信息通信能力的需求可總結(jié)為以下5個(gè)方面:
2.1.1多樣的信息采集能力和靈活的網(wǎng)絡(luò)接入能力。
2.1.2高速可靠的網(wǎng)絡(luò)傳輸能力和海量信息存儲(chǔ)能力。
2.1.3高效的數(shù)據(jù)處理能力和規(guī)范的業(yè)務(wù)處理能力。
2.1.4智能的數(shù)據(jù)分析和決策能力。
2.1.5強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)和信息安全保障能力。
2.2能源互聯(lián)網(wǎng)信息通信特點(diǎn)
信息通信技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)信息化、智能化發(fā)展的關(guān)鍵要素?;谀茉椿ヂ?lián)網(wǎng)對(duì)信息通信技術(shù)的上述需求,支撐能源互聯(lián)網(wǎng)信息通信技術(shù)需具備以下特點(diǎn)。
2.2.1開放互聯(lián)。
2.2.2對(duì)等分享。
2.2.3智能高效。
3、關(guān)鍵技術(shù)
3.1可再生能源發(fā)電技術(shù)
能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)電設(shè)備包括傳統(tǒng)能源發(fā)電和可再生能源發(fā)電,其中最主要的是可再生能源發(fā)電??稍偕茉窗l(fā)電主要包括水力發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電、潮汐發(fā)電等。風(fēng)電、太陽能發(fā)電、太陽能熱發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電和潮汐發(fā)電是新興的發(fā)電技術(shù),當(dāng)前主流的研究方向集中在風(fēng)電和光伏發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)在可再生能源領(lǐng)域中發(fā)展相對(duì)成熟,是發(fā)展新能源技術(shù)中具有最大商業(yè)化發(fā)展規(guī)模前景的。太陽能光伏發(fā)電有很多優(yōu)點(diǎn),如無噪聲、無污染、不受地域限制且分布廣泛、不消耗燃料、建設(shè)周期短、經(jīng)營(yíng)成本低、無長(zhǎng)距離傳輸、可現(xiàn)場(chǎng)使用、結(jié)合建筑物具有更好的便利性等。所以太陽能光伏發(fā)電是一種常規(guī)發(fā)電無法比擬的發(fā)電方式。在能源互聯(lián)網(wǎng)中,任何有風(fēng)能和太陽能的地方均可以作為一個(gè)小電站配合電網(wǎng)進(jìn)行供電。
3.2儲(chǔ)能技術(shù)
儲(chǔ)能裝置在能源互聯(lián)網(wǎng)中的許多領(lǐng)域都是一個(gè)非常重要的部分。在能源互聯(lián)網(wǎng)中儲(chǔ)能設(shè)備可以改善電能質(zhì)量,保持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定。儲(chǔ)能設(shè)備的應(yīng)用是一種能夠提高發(fā)電機(jī)的輸出電壓質(zhì)量和頻率質(zhì)量的有效方式,同時(shí)增加了分布式電源和電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。分布式電源和儲(chǔ)能設(shè)備的可靠結(jié)合是解決例如電壓跌落、階段時(shí)間停電等電網(wǎng)問題的有效解決方式;儲(chǔ)能設(shè)備還可以有效地提高動(dòng)態(tài)功率的質(zhì)量。另外,儲(chǔ)能設(shè)備在提高分布式電源的經(jīng)濟(jì)性方面起著不可忽視的作用。在電力市場(chǎng)中,分布式電源通常并網(wǎng)運(yùn)行,有足夠的存儲(chǔ)功率,可以將電出售給電力公司,來滿足電力調(diào)峰和緊急供電,以最大限度地提高經(jīng)濟(jì)效益。儲(chǔ)能裝置主要有化學(xué)儲(chǔ)能和物理儲(chǔ)能,如蓄電池、氫儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能、超級(jí)電容器、飛輪儲(chǔ)能、超導(dǎo)儲(chǔ)能等。
3.3遠(yuǎn)距離輸電技術(shù)
遠(yuǎn)距離輸電技術(shù)符合我國(guó)電力發(fā)展的當(dāng)前預(yù)期,也是國(guó)際能源革命的重要組成部分,所以著重發(fā)展該技術(shù)是很有必要的。自2011年起,我國(guó)東部沿海發(fā)達(dá)區(qū)域逐漸出現(xiàn)了電力短缺的狀況,例如浙江省,全省在2012年最大電力短缺額約近1000萬kW,電力的可靠性供應(yīng)難度逐漸增大,所以從其他地區(qū)到浙江進(jìn)行遠(yuǎn)距離大容量輸電是比較可靠、有效的方式。運(yùn)用遠(yuǎn)距離大容量輸電技術(shù)不僅能夠解決能源傳輸問題,而且能節(jié)省煤炭資源,因?yàn)檩旊姷慕?jīng)濟(jì)性優(yōu)于輸送煤炭且輸送效率基本相當(dāng)。該技術(shù)是高新技術(shù)的集成,在優(yōu)化其他產(chǎn)業(yè)的研發(fā)和加快其結(jié)構(gòu)調(diào)整等方面都能夠起到催化作用。
3.4電網(wǎng)負(fù)荷的相關(guān)技術(shù)
能源互聯(lián)網(wǎng)是可用于各種AC和DC負(fù)載的一種先進(jìn)的智能電網(wǎng)。最近幾年,隨著電池技術(shù)的不斷成熟和相應(yīng)成本的不斷下降,電動(dòng)車使用率正在迅速增長(zhǎng)??梢灶A(yù)見的是通過電動(dòng)車的聯(lián)系,電力系統(tǒng)和交通系統(tǒng)的耦合程度將在今后繼續(xù)加強(qiáng)。電氣化運(yùn)輸系統(tǒng),特別是電動(dòng)汽車,將成為能源互聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分。同時(shí),能源互聯(lián)網(wǎng)即插即用的功能需要能量管理系統(tǒng)來管理在不同負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)換器和通信。該系統(tǒng)可以基于本地信息進(jìn)行快速響應(yīng),而當(dāng)電壓下降時(shí),電網(wǎng)故障或者停電等事件發(fā)生后,系統(tǒng)可以從電網(wǎng)平滑切換,自動(dòng)實(shí)現(xiàn)孤島運(yùn)行。
3.5相關(guān)信息技術(shù)
目前,中國(guó)首個(gè)開放開源為主導(dǎo)的能源建設(shè)云平臺(tái)已經(jīng)由中國(guó)電力建設(shè)集團(tuán)有限公司建立。該公司以“互聯(lián)網(wǎng)+能源”為主導(dǎo),通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù),結(jié)合大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)及智能硬件技術(shù),成功開發(fā)了電建云平臺(tái)。能源互聯(lián)網(wǎng)的開發(fā)和發(fā)展能夠驅(qū)動(dòng)傳統(tǒng)能源建設(shè)行業(yè)在工程、流域、資源等方面進(jìn)行整合和產(chǎn)業(yè)升級(jí)。云計(jì)算可以根據(jù)即時(shí)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù),按需進(jìn)行信息提取和分析計(jì)算,具有方便快捷、可靠性高等特點(diǎn)。大數(shù)據(jù)領(lǐng)域中的關(guān)鍵技術(shù)有:海量信息的采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、信息數(shù)據(jù)的預(yù)處理及其分析應(yīng)用等。能源互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)量比傳統(tǒng)能源數(shù)據(jù)量要大,且種類繁多,其中包括能源傳送、用戶能源用量、電動(dòng)汽車的接入、電能計(jì)量及分布式電源、能源日常的運(yùn)行管理等數(shù)據(jù),所以大數(shù)據(jù)的發(fā)展和應(yīng)用起著至關(guān)重要的作用。
結(jié)論
綜上所述,隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融入,能源、交通、建筑等各大行業(yè)將會(huì)形成有效交互和融合。能源在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位,能源互聯(lián)網(wǎng)將會(huì)有更廣闊的未來。
【參考文獻(xiàn)】:
關(guān)鍵詞:風(fēng)電 發(fā)展瓶頸 對(duì)策
Research on the Bottlenecks in the development of wind power in China and Countermeasures
He Weijun Chai Xiaona
College of Economics and Management,Three Gorges University
Abstract:In China, wind power is as the representative of the clean energy, greatly improving our existing energy structures and providing a way to achieve the low carbon economy. But in recent years, China's wind power has encountered many bottlenecks for the rapid development, such as the rate of accessing to the grid is lower , adjusting the peak is more difficult and the wind resource assessment has bigger errors and so on. The paper aims to analyze these bottlenecks based on the status of the wind power industry, and give the appropriate countermeasures: strengthening the collaboration between the wind farm and the grid, and paying attention to the construction of peaking power. So as to provide a constructive reference for optimizing our wind power industry, and maintaining the sustainable development of socio-economic.
Key words:wind power;bottlenecks in the development;countermeasures
1、我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀
從上世紀(jì)80年代,風(fēng)電起步,發(fā)展至今已有30多年,風(fēng)電技術(shù)不斷取得突破,規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)日益明顯,在各類可再生能源中,風(fēng)電在目前的技術(shù)成熟度和經(jīng)濟(jì)可行性等方面最具競(jìng)爭(zhēng)力,是目前最具成本優(yōu)勢(shì)的可再生能源。在常規(guī)能源告急和全球生態(tài)環(huán)境惡化的雙重壓力下,風(fēng)電作為可再生能源中最有開發(fā)利用和商業(yè)化發(fā)展前景、最具規(guī)模開發(fā)條件和技術(shù)最成熟的發(fā)電方式之一,已成為全球能源工業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn),也成為全球投資者們廣為關(guān)注的行業(yè)之一。到2020 年,我國(guó)可再生能源將占總能源需求的15%,其中并網(wǎng)的風(fēng)能預(yù)期達(dá)到3%,即到2020年風(fēng)電裝機(jī)總?cè)萘繉⑦_(dá)到80GW[3]。以風(fēng)電為龍頭的清潔電源形式對(duì)于改善我國(guó)電源結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)能源開發(fā)對(duì)環(huán)境友好、可持續(xù)發(fā)展以及二氧化碳減排具有重要的戰(zhàn)略地位。在目前的形勢(shì)下,可以優(yōu)先發(fā)展風(fēng)電行業(yè),然后帶動(dòng)其他種類的新能源共同發(fā)展。這樣可以緩解目前多種新能源同步發(fā)展的造成的人力、資金的緊張局勢(shì)。但現(xiàn)階段,我國(guó)風(fēng)電快速發(fā)展的同時(shí)不可避免的遇到了一些發(fā)展瓶頸,亟待解決。
2、我國(guó)風(fēng)電發(fā)展的瓶頸
2.1 風(fēng)能資源評(píng)估誤差大
風(fēng)能資源評(píng)估和風(fēng)電場(chǎng)微觀選址技術(shù)還難以準(zhǔn)確地估算出風(fēng)電場(chǎng)在壽命期(比如20年)內(nèi)的上網(wǎng)電量,往往實(shí)際風(fēng)電項(xiàng)目銷售電量小于項(xiàng)目建設(shè)之前可行性研究測(cè)算的數(shù)值。由于現(xiàn)有的歐美商業(yè)軟件建模時(shí)考慮的地形與我國(guó)差別很大,造成風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能分析及微觀選址不準(zhǔn)。又由于全國(guó)風(fēng)資源調(diào)查不夠細(xì)致全面,風(fēng)資源測(cè)量分析方法不完善,這些因素都增加了風(fēng)電的成本,阻礙了發(fā)展規(guī)模和速度,因此迫切需要采取措施提高風(fēng)電的評(píng)估系統(tǒng)的技術(shù)水平。
2.2 風(fēng)電專業(yè)人才匱乏
風(fēng)電產(chǎn)業(yè)整體人才的短缺依然是我國(guó)風(fēng)電行業(yè)與發(fā)達(dá)國(guó)家存在巨大差距的根源所在。風(fēng)電企業(yè)的發(fā)展受專業(yè)技術(shù)人才缺少制約,特別是總體設(shè)計(jì)人才,高級(jí)技術(shù)工人以及風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行和維護(hù)人員等嚴(yán)重匱乏,這樣就使得人力資源成為行業(yè)發(fā)展的瓶頸。據(jù)有關(guān)企業(yè)初步統(tǒng)計(jì),國(guó)內(nèi)各類風(fēng)電人才的缺口將達(dá)10萬人以上。實(shí)現(xiàn)可再生能源發(fā)展規(guī)劃2020年目標(biāo),中國(guó)需要至少35萬風(fēng)電專業(yè)人才[4]。另外,我國(guó)目前開設(shè)風(fēng)電專業(yè)課程的高校為數(shù)也不多,僅僅有十幾所院校,這更加劇了企業(yè)試圖在高校招聘到“心滿意足”的風(fēng)電稀缺人才的尷尬。
2.3 風(fēng)電發(fā)展重速度輕質(zhì)量
2011年,我國(guó)風(fēng)電仍保持快速增長(zhǎng)勢(shì)頭。根據(jù)中國(guó)可再生能源學(xué)會(huì)風(fēng)能專業(yè)委員會(huì)最新統(tǒng)計(jì),2011年,我國(guó)(不包括臺(tái)灣地區(qū))新增安裝風(fēng)電機(jī)組11409臺(tái),裝機(jī)容量17630.9MW,累計(jì)安裝風(fēng)電機(jī)組45894臺(tái),裝機(jī)容量62364.2MW,年增39.4%,位居第一,這也是中國(guó)連續(xù)兩年風(fēng)機(jī)裝機(jī)量位居世界第一[5]。中國(guó)可再生能源學(xué)會(huì)風(fēng)能專業(yè)委員會(huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)還提到,2011年全國(guó)約有100億千瓦時(shí)風(fēng)電電量被限發(fā),創(chuàng)造歷史最高值。根據(jù)電監(jiān)會(huì)的統(tǒng)計(jì),2011年我國(guó)部分省市風(fēng)電棄風(fēng)達(dá)20%左右,“三北”(東北、華北和西北)一些風(fēng)資源豐富的地區(qū)或超過30%,直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)近百億元[6]。從風(fēng)機(jī)質(zhì)量上看,我國(guó)在風(fēng)機(jī)設(shè)備制造、安裝、維護(hù)、檢測(cè)等整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系中,大多數(shù)采用的是歐洲標(biāo)準(zhǔn),在面對(duì)我國(guó)特殊的風(fēng)電狀況時(shí)頻頻出現(xiàn)“水土不服”的問題。加上一些風(fēng)電企業(yè)片面追求低成本,導(dǎo)致風(fēng)電項(xiàng)目因風(fēng)機(jī)質(zhì)量不達(dá)標(biāo)造成事故屢屢出現(xiàn)。我國(guó)是目前世界上增長(zhǎng)速度最快的風(fēng)電市場(chǎng)。但風(fēng)電發(fā)展速度與質(zhì)量之間的矛盾日益凸顯,值得我們反思。
圖1 2001-2011中國(guó)歷年新增及累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量
2.4 調(diào)峰制約風(fēng)電發(fā)展
風(fēng)電的隨機(jī)性給電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來影響,同時(shí),還存在與其他電源的沖突。因?yàn)轱L(fēng)電的不穩(wěn)定性必然要求其他電源進(jìn)行調(diào)峰,但這必然會(huì)增加其他電源的額外成本。目前,電網(wǎng)嚴(yán)重缺少便于調(diào)峰的水電、抽水蓄能電站以及燃?xì)怆姀S。作為一種具有間歇性和隨機(jī)性的風(fēng)電,當(dāng)其作為一種電源接入到電力系統(tǒng)的時(shí)候,如果不做預(yù)測(cè)和調(diào)度管理,就需要在電力系統(tǒng)當(dāng)中留有與風(fēng)電容量相等的備用容量。這也就是要保證,當(dāng)無風(fēng)或者少風(fēng)的時(shí)候,電力系統(tǒng)中的其他電源能夠“頂”上來,保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行;當(dāng)有風(fēng)的時(shí)候,其他電源能夠“讓”下去,使風(fēng)電接入電網(wǎng)[7]隨著風(fēng)電在電源中比例的增加,電力系統(tǒng)的峰谷差會(huì)進(jìn)一步變大,這就需要進(jìn)行更大幅度的調(diào)峰,如果仍然采用電力系統(tǒng)留全部風(fēng)電容量備用的方式,電力系統(tǒng)將無法正常運(yùn)行。
2.5 風(fēng)電并網(wǎng)率低
風(fēng)電并網(wǎng)率低的原因主要由:①缺乏風(fēng)電消納方案,與風(fēng)電并網(wǎng)相關(guān)的發(fā)電項(xiàng)目輸送線路、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)電網(wǎng)建設(shè)相對(duì)滯后,繁瑣的并網(wǎng)工作以及并網(wǎng)后電網(wǎng)效益的不確定性也致使電網(wǎng)公司對(duì)于接納風(fēng)電投資的積極性低下;②過度集中的風(fēng)電分布使得電網(wǎng)難以消納[8];③我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展太快,行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)沒有及時(shí)跟上,風(fēng)機(jī)不具備低電壓穿越等技術(shù)能力,導(dǎo)致風(fēng)機(jī)不能正常并網(wǎng)發(fā)電[9]。如果僅僅將風(fēng)機(jī)與電網(wǎng)物理連接,這非常簡(jiǎn)單,但并不能解決問題。風(fēng)電并網(wǎng)歸根結(jié)底是要合理、有效地利用風(fēng)電,這就是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的系統(tǒng)問題。電網(wǎng)規(guī)劃滯后,許多風(fēng)電開發(fā)項(xiàng)目距離負(fù)荷區(qū)很遠(yuǎn),以致配套的大容量電網(wǎng)、輸電通道和基礎(chǔ)設(shè)施都跟不上風(fēng)電發(fā)展的速度。
2.6 風(fēng)電扶持政策不完善
我國(guó)現(xiàn)有風(fēng)電產(chǎn)業(yè)扶持政策體系還不是很完善。例如在風(fēng)電項(xiàng)目的招標(biāo)機(jī)制、清潔能源的稅收激勵(lì)機(jī)制、減少碳排放的補(bǔ)貼機(jī)制等尚存在不完善或不到位, 甚至缺失等問題[10]。產(chǎn)業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證等產(chǎn)業(yè)管理體系尚未完全建立, 存在著無序開發(fā)、不合理競(jìng)爭(zhēng)、管理不規(guī)范等混亂現(xiàn)象; 需要進(jìn)一步從政策及配套體系上予以規(guī)范和完善。
3、我國(guó)風(fēng)電突破發(fā)展瓶頸的對(duì)策
3.1建立反映中國(guó)特色的風(fēng)能評(píng)估體系
我國(guó)版圖內(nèi)地形復(fù)雜,氣候多樣,例如,三北地區(qū)的高風(fēng)沙現(xiàn)象;沿海地區(qū)的臺(tái)風(fēng)頻繁;風(fēng)場(chǎng)野外環(huán)境使風(fēng)機(jī)葉片經(jīng)常黏附沙塵,冰霜,昆蟲尸體及鹽粒等;我國(guó)復(fù)雜山區(qū)地形占總面積70%;低風(fēng)速地區(qū)約占全國(guó)陸地總面積的68%[11]。這些風(fēng)場(chǎng)特點(diǎn)與國(guó)外區(qū)別較大,這就要求進(jìn)行風(fēng)機(jī)葉片乃至整機(jī)設(shè)計(jì)時(shí),改變?cè)械膰?guó)外設(shè)計(jì)思路與標(biāo)準(zhǔn),開發(fā)適合于中國(guó)風(fēng)場(chǎng)氣候特點(diǎn)的機(jī)組設(shè)計(jì)新方法或新標(biāo)準(zhǔn),真正使我國(guó)的風(fēng)機(jī)發(fā)揮最大發(fā)電功效,同時(shí)有效降低成本。
從技術(shù)上講,風(fēng)能評(píng)估體系的提高將有助于捕獲更多的風(fēng)能。從經(jīng)濟(jì)上講,在保證高效利用風(fēng)能的前提下,也可避免由于選型不當(dāng)而導(dǎo)致造價(jià)上升。由此可見,開展反映我國(guó)地形特點(diǎn),特別是復(fù)雜山地地形特點(diǎn)的風(fēng)場(chǎng)模擬系統(tǒng),為將來打破國(guó)外壟斷,自主開發(fā)有中國(guó)風(fēng)場(chǎng)特色的風(fēng)資源評(píng)估技術(shù)是非常有意義的。
3.2 大力培養(yǎng)風(fēng)電運(yùn)維人才
在“十二五”期間國(guó)家將加大教育經(jīng)費(fèi)投入,對(duì)于“實(shí)現(xiàn)更高水平的普及教育、形成惠及全民的公平教育、提供更加豐富的優(yōu)質(zhì)教育”,將起到至關(guān)重要的作用。2012年實(shí)現(xiàn)4%是保障“十二五”期間教育經(jīng)費(fèi)投入的核心問題。在國(guó)家宏觀政策的大力支持下,各個(gè)學(xué)校應(yīng)把握機(jī)遇,加大對(duì)風(fēng)電人才的培養(yǎng)力度,盡快形成較強(qiáng)的研發(fā)能力。
風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的科學(xué)發(fā)展,必須緊緊圍繞科技創(chuàng)新這個(gè)龍頭,只有通過基礎(chǔ)研究與工程實(shí)際相結(jié)合,國(guó)外技術(shù)與中國(guó)實(shí)際相結(jié)合,努力實(shí)現(xiàn)產(chǎn)、學(xué)、研三者的成功對(duì)接,從而不斷提高我們的設(shè)計(jì)水平和研發(fā)實(shí)力,培養(yǎng)出自己的既掌握風(fēng)電理論又具有風(fēng)電工程設(shè)計(jì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的復(fù)合型人才,才能使我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)得到健康發(fā)展。同時(shí),加大對(duì)風(fēng)電企業(yè)在職人員的培訓(xùn),了解掌握國(guó)際風(fēng)電前沿知識(shí)和技術(shù),并從思想上做到與時(shí)俱進(jìn),從行動(dòng)上勇于開拓創(chuàng)新。加大人才培養(yǎng)投入有利于提高企業(yè)的技術(shù)水平和設(shè)備質(zhì)量,降低企業(yè)的成本和避免同質(zhì)化、低層次的競(jìng)爭(zhēng),有助于提升企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。
3.3 加強(qiáng)調(diào)峰電源建設(shè)
建設(shè)調(diào)峰電源對(duì)解決風(fēng)電發(fā)展的問題非常關(guān)鍵。在提高現(xiàn)階段機(jī)組調(diào)峰能力的基礎(chǔ)上,增加調(diào)峰電源的數(shù)量,比如多建設(shè)抽水蓄能、燃?xì)獍l(fā)電等調(diào)峰電源,并加快調(diào)節(jié)性能好的大型水電基地建設(shè),以滿足系統(tǒng)調(diào)峰需求,促進(jìn)風(fēng)電與調(diào)峰電源協(xié)調(diào)發(fā)展。
此外,抽水蓄能電站的選址和規(guī)模要考慮到各負(fù)荷區(qū)的電力供應(yīng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。應(yīng)大力開發(fā)站址條件好、單位投資成本相對(duì)較低的抽水蓄能電站。我國(guó)天然氣儲(chǔ)量不是很大,且很難用于建設(shè)大規(guī)模燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組,所以不可能大規(guī)模集中發(fā)電,但燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組啟動(dòng)快且運(yùn)行靈活,用來作為調(diào)峰電源,其力量也不可低估。水電的響應(yīng)快,這也是調(diào)峰電源不可缺少的。風(fēng)電與這三種調(diào)峰電源協(xié)調(diào)發(fā)展,對(duì)改善電源結(jié)構(gòu)有積極的影響。雖然這些技術(shù)手段不能從根本上解決風(fēng)電調(diào)峰問題,但在現(xiàn)階段可以有效緩解風(fēng)電對(duì)電力系統(tǒng)調(diào)峰的影響。
3.4 加強(qiáng)風(fēng)電場(chǎng)與電網(wǎng)建設(shè)發(fā)展
對(duì)于電網(wǎng)來說,只有電力是可控、能適應(yīng)系統(tǒng)擾動(dòng)且抗故障能力較強(qiáng),當(dāng)負(fù)荷需要的時(shí)候才有供應(yīng)保障,但目前風(fēng)電不能滿足這些要求。因此,風(fēng)電場(chǎng)與電網(wǎng)之間要加強(qiáng)協(xié)調(diào)。風(fēng)電場(chǎng)努力改善發(fā)電特性,增強(qiáng)風(fēng)電可控性、響應(yīng)能力、抗干擾能力。電網(wǎng)也要同步規(guī)劃風(fēng)電并網(wǎng)的相關(guān)事宜。雙方加強(qiáng)協(xié)調(diào),共同為我國(guó)的風(fēng)電發(fā)展出一份力。
風(fēng)電并網(wǎng)管理是我國(guó)“十二五”時(shí)期風(fēng)電發(fā)展的重點(diǎn),包括規(guī)劃風(fēng)電接入系統(tǒng)工程,完善風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),開展風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)認(rèn)證以及規(guī)范風(fēng)電并網(wǎng)調(diào)度協(xié)議等。另外,我國(guó)也可以借鑒國(guó)外風(fēng)電發(fā)展已經(jīng)很成熟的風(fēng)電并網(wǎng)規(guī)則,對(duì)大型風(fēng)電并網(wǎng)提出嚴(yán)格的要求,對(duì)并網(wǎng)機(jī)組的電能質(zhì)量提出較為規(guī)范的約束標(biāo)準(zhǔn)。因此,只有當(dāng)電網(wǎng)足夠堅(jiān)強(qiáng)、靈活時(shí),才能夠支撐風(fēng)電規(guī)模化、可持續(xù)發(fā)展。只有當(dāng)風(fēng)電并網(wǎng)進(jìn)行銷售且獲得良好的回報(bào)時(shí),才會(huì)進(jìn)一步提高企業(yè)對(duì)風(fēng)電開發(fā)的積極性,同時(shí)也有助于加快國(guó)家對(duì)其他新能源開發(fā)的腳步。
3.5 加強(qiáng)國(guó)家對(duì)風(fēng)電的調(diào)控力度
國(guó)家規(guī)定電力企業(yè)要全額收購(gòu)風(fēng)電的發(fā)電量,但實(shí)際情況并不盡如人意。所以目前更應(yīng)加大監(jiān)督執(zhí)行力度,不能制定出法律條文是一回事,而在監(jiān)督電力企業(yè)執(zhí)行力方面又是另一回事。否則“棄風(fēng)”、“窩風(fēng)”現(xiàn)象還會(huì)一直出現(xiàn)?!犊稍偕茉捶ā泛蛧?guó)家有關(guān)部門都明確規(guī)定,電網(wǎng)企業(yè)要確保按國(guó)家規(guī)劃建設(shè)的可再生能源發(fā)電上網(wǎng)和國(guó)家規(guī)定的價(jià)格收購(gòu)可再生能源發(fā)電。電網(wǎng)沒有動(dòng)力主動(dòng)去接納風(fēng)電,從這個(gè)角度講,電網(wǎng)是在明知故犯。電網(wǎng)不配合嚴(yán)重阻礙了風(fēng)電的發(fā)展。在這種情況下,國(guó)家需要給電網(wǎng)強(qiáng)制規(guī)定可再生能源發(fā)電配額。為了盡可能地增加電網(wǎng)接納風(fēng)電電力,國(guó)家還需出臺(tái)一些激勵(lì)措施,引導(dǎo)和鼓勵(lì)企業(yè)和電網(wǎng)互相開展風(fēng)電新技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用,形成一條心,這樣就可大大提高風(fēng)電的發(fā)展速度,同時(shí)也為其他新能源提供借鑒并帶動(dòng)其他新能源的快速發(fā)展。
4、結(jié)語
總體來說,風(fēng)電發(fā)展到一定階段不可避免地遇到了上述的發(fā)展瓶頸。那么,我們就應(yīng)該及時(shí)地采取對(duì)策來解決這些已經(jīng)存在的問題。加大對(duì)風(fēng)電科技的研發(fā)投入力度;積極培養(yǎng)風(fēng)電人才,攻克技術(shù)難題;加大風(fēng)電發(fā)電的可靠性以提高并網(wǎng)率;積極消納風(fēng)電,取得可觀的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)回報(bào);改善政策扶持等。同時(shí)在“十二五”期間, 我國(guó)還應(yīng)加大風(fēng)電發(fā)展,以更快速度朝更大規(guī)模、更加優(yōu)質(zhì)的方向發(fā)展。尤其是近幾年海上風(fēng)電的快速崛起,作為新的發(fā)展領(lǐng)域,應(yīng)抓住機(jī)遇,來更好的應(yīng)對(duì)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整,減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。在認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,跟蹤世界前沿,發(fā)揮風(fēng)電的優(yōu)勢(shì),促進(jìn)我國(guó)風(fēng)電資源的有序開發(fā)和產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展。
注釋:
[3]2011-2020年我國(guó)能源科學(xué)學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略報(bào)告(第四稿)[R].北京:能源科學(xué)學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略研究組,2010.
[4]內(nèi)蒙古引進(jìn)風(fēng)電人才需求[EB/OL]. ,2011-07-11/2012-05-01
[5]李春蓮.風(fēng)電場(chǎng)窩電嚴(yán)重[EB/OL]., 2009-08-05/2012-05-01.
[8]我國(guó)風(fēng)電發(fā)展主要問題分析[EB/OL]. ,2012-02-18/2012-05-01.
[9]新國(guó)標(biāo)將終結(jié)風(fēng)電發(fā)展“”[EB/OL].省略/Article/31501.html,2011-09-06 /2012-05-01.
生物質(zhì)能是一種以生物質(zhì)為載體的能量,這種能量直接或間接地通過綠色植物的光合作用,把太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能蘊(yùn)藏在生物質(zhì)內(nèi)部。生物質(zhì)包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物為食物的動(dòng)物及其生產(chǎn)的廢棄物。生物質(zhì)能資源通常指農(nóng)業(yè)廢棄物、林業(yè)廢棄物和畜禽糞便等現(xiàn)有的廢棄型資源,此外還包括專門種植的能源植物。二氧化碳(CO2)是導(dǎo)致溫室效應(yīng)的主要?dú)怏w,而生物質(zhì)燃燒所釋放出的二氧化碳(CO2)大體上相當(dāng)于其生長(zhǎng)時(shí)通過光合作用所吸收的二氧化碳(CO2),因此生物質(zhì)能利用的二氧化碳(CO2)排放可被認(rèn)為是零。
生物質(zhì)氣化顧名思義,是將固態(tài)的生物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)的生物燃?xì)饫茫@個(gè)過程是通過生物質(zhì)在高溫條件下與氧氣和/或水蒸氣反應(yīng),轉(zhuǎn)化為氫氣(H2)和一氧化碳(CO)等可燃?xì)怏w。生物質(zhì)氣化和我們比較熟悉的燃燒雖然都是在高溫條件下進(jìn)行,但還是有重要的區(qū)別。燃燒是在氧氣充足的條件下生物質(zhì)完全燃燒,其中蘊(yùn)藏的化學(xué)能全部轉(zhuǎn)化為熱能,反應(yīng)產(chǎn)物為二氧化碳(CO2)和水(H2O);而氣化則是在缺氧條件下生物質(zhì)不完全燃燒,盡可能地減少二氧化碳(CO2)和水(H2O)的生成,從而將生物質(zhì)的能量以化學(xué)能的形式保留在氫氣(H2)和一氧化碳(CO)等可燃?xì)庵小?/p>
生物質(zhì)氣化產(chǎn)生的可燃?xì)猓卜Q為生物質(zhì)氣化燃?xì)?,利用范圍非常廣泛,既可以用來集中供氣、替代化石燃料,還可以用來發(fā)電,甚至可以進(jìn)一步變身成為液體燃料。
將生物質(zhì)氣化燃?xì)馔ㄟ^集中供氣系統(tǒng),供給到居民家里,可以供居民進(jìn)行炊事和采暖。自1994年山東省桓臺(tái)縣東潘村建成中國(guó)第一個(gè)生物質(zhì)氣化集中供氣試點(diǎn)以來,山東、河北、遼寧、吉林、黑龍江、北京、天津等省市陸續(xù)推廣應(yīng)用,在2000年前后達(dá)到了一個(gè)高峰。相關(guān)規(guī)范和制度正逐步完善,生物質(zhì)氣化集中供氣應(yīng)用在中國(guó)農(nóng)村能源建設(shè)中穩(wěn)步推進(jìn)。
生物質(zhì)氣化燃?xì)膺€可以替代工業(yè)鍋爐/窯爐使用的化石燃料。工業(yè)鍋爐和工業(yè)窯爐是我國(guó)能源消耗和污染排放的大戶。而生物質(zhì)氣化產(chǎn)生的可燃?xì)怏w,可不經(jīng)凈化直接應(yīng)用于燃料品質(zhì)要求較低的工業(yè)窯爐,如鋼廠的軋鋼加熱爐,水泥廠的水泥回轉(zhuǎn)爐;經(jīng)過凈化后的燃?xì)饪蓱?yīng)用燃料品質(zhì)要求較高的工業(yè)窯爐,如發(fā)電廠、陶瓷廠的窯爐。廣州能源所及其合作公司已將生物質(zhì)氣化成功應(yīng)用于工業(yè)鍋爐、鋼材煅燒爐、熔鋁爐、熔銅爐、不銹鋼退火爐等,燃燒效率可達(dá)到99%以上,節(jié)能減排效益顯著。利用生物質(zhì)氣化燃?xì)獯婊剂希裙?jié)能又環(huán)保。