清洁能源开发利用方式与储能技术展望

1清洁能源开发利用现状

我国地大物博,清洁能源种类丰富,但是由于各种因素的限制,导致清洁能源的开发受到制约,清洁能源的产业化程度不高。例如,我国水资源占世界水资源总量的1/7,但开发利用率仅为15%:风能没有得到完全开发,未能完全形成风力并网发电,资源开发空间较大:太阳能资源的开发未形成规模,处于探索阶段:地热能和潮汐能受到技术、地理环境等方面的制约,开发利用率较低:氢能发展速度较快,但仍未形成产业化规模。

2清洁能源开发利用方式

2.1水能发电

水能发电是水资源应用的重要类型之一。我国在水能发电探索过程中,逐渐形成了完善的技术应用体系。例如,建立水电站,按照能源利用方式的不同,将水能通过水电站转化成电能。按照水电站水流落差的不同,将其分为河床式、引水式、坝后式等水电站。(1）在河床式电站中,主要将电厂房设立在河床中,由坝体及厂房共同挡水,承受水压,这种水能利用方式适用于流量大及水头低的电站中,电站处于河流中游以下。葛洲坝、富春江等都是典型的河床式电站。(2）引水式电站主要是通过引水通道将水头集中,虽然集中程度高,但是水流量较小,这种电站主要适用于坡陡、河道弯曲的河段。这种类型的水电站主要将引水管向水电站中引流,将电站设立在坡度高或河床水流落差较大的位置,实现对水资源的高效利用。(3）坝后式电站和河床式电站类似,与其不同的是厂房自身不用作拦水结构,因此没有承压作用,这种电站自身坝体高度较高,拦截水头高,水电站可通过对水库中流量的调节维持发电顺利。此外,此类电站由于水头较高,因此建设造价较高,可能对生态环境产生严重影响,出现大面积淹没问题。当前我国三门峡、乌江渡等都是典型的坝后式水电站。

此外,还可利用水轮机将水能转化成机械能。在水轮机带动下,发电机可将机械能转化成电能,常见的水轮机有混流式和贯流式两种。其中混流式也称辐向轴式,此类型水轮机组成结构包括叶片、泄水结构、下环和上冠等,通常有10～22个叶片,水经过转轮向四周径流,最终沿轴向流出。这种水轮机在我国三峡和小浪底水电站中被广泛应用。贯流式水轮机主要是水轮机主轴水平、倾斜等位置和其他水轮机结构不同。此类型水轮机形状和筒状类似,叶片有固定式、转动式两种结构,适用于流量大及水头低等类型的电站中。

2.2风能利用

风能主要应用于发电、助航、提水、致热等领域。在风力发电方面,主要有独立运行、联合发电、风力并网3种类型。独立运行主要是使用小型风力发电机实现对单独用户或者几个用户提供电能,其常见方式是使用蓄电池对风能进行储存,保证在无风状态下也可实现稳定用电。联合发电主要是使用风能、柴油机等共同发电,实现对单位、海岛、村庄等持续供电。风力并网主要是使用风能为电网提供电力,具体应用过程为在风场安装上百台发电机收集风能。使用风能发电的优势是电厂建设费用低于水利、火力、核能等发电厂,同时发电过程不产生煤、油燃料消耗,属于清洁能源,不会产生环境污染问题。

当前大部分船舶为机动型,为提高航行速度,节约燃料,可在货轮上使用计算机控制风帆完成助行,将燃油利用率提高15%。

风力提水主要使用小流量、高扬程类型提水机,配合活塞泵完成地下水源的提取。这种能源利用方式主要应用在牧区和草原,可为人和牲畜等提供用水资源:还可使用流量大、扬程低的提水机,配合螺旋泵完成对海、湖、河水的提取,利用提取的水资源完成海水养殖以及农业灌溉等生产活动。

风力致热主要应用于家庭热能的获取方面。在高纬度地区,人们对生活取暖及生活热水的需求量较大,为缓解热能压力,常将风能通过风力机进行压缩和转化形成热能,使用风力机进行发电,在电阻丝中通过电能实现向热能的转化。但是这种方法电能利用效率较低,因此未能取得推广应用。利用风力机将空气压缩,形成热能,带动搅拌器将液体加热,液体通过阻尼孔以较高的速度喷射出来,实现风能的高效利用。

2.3太阳能转化

太阳能资源开发技术多样,主要有以下几种类型:(1）使用太阳能建立电站,主要的应用原理为将太阳光线汇集在锅炉式容器中,对其中的水、油等进行直接加热,使水、油产生蒸汽、能量,带动涡轮机进行发电。同时还可使用太阳能直接对硝酸盐溶液进行加热,使其产生蒸汽带动涡轮发电。(2）使用太阳能开发电池储能。当前已经成功应用并生产的太阳能电池为单晶硅、多晶硅、非晶硅等类型电池,而集光、带硅等类型电池正处于研发过程中,人们致力于聚光性热联装置的开发。(3）使用显热、相变、化学反应实现天阳能的存储。其中显热储存为通过材料热容量,在升高、降低等过程中实现能量的存储。相变储存是让材料处于热作用条件下,产生相变实现太阳能存储,这种方式具有密度大、放热波动小等优势。化学反应主要借助反应产生的热量完成太阳能存储,这种能量存储形式可实现长期、高密度储存。(4）太阳能资源在农业方面有广泛应用。例如:使用塑料大棚、覆盖地膜等方式,将太阳能集中,促使大棚、地膜内部温度升高,利于农作物生长:使用太阳能热水器为人们生活提供热水。在科技逐渐发展的过程中,对太阳能的开发与利用也逐渐向低成本、高效率方向转化。

3储能技术的未来展望

储能技术分为物理、化学两种。当前国家电网主要利用物理储能技术中的抽水储能,实现储能规模超出百兆瓦,同时储能时间可持续多天,可对电力系统在发生紧急事故时以及削峰填谷等方面提供能量支持。同时还可借助海上风电和储能技术相融合,平抑电力波动,不断提高电能质量,应用此类型储能技术可及时消纳海上风电,当海上风场发电时,实现为储能系统进行充电,将线路余量运送出去,通过储能系统实现放电。例如:鲁能海西州建立的示范工程,利用化学储能技术,使用容量为50Mw/1hhMwh磷酸铁锂电池打造示范基地,为电源侧化学集中储能电站,此项目中储能技术的应用可实现多能互补以及联合运行,缓解电网在调峰时刻的压力,将电网的限额和青海电力负荷曲线完美匹配,保障限电比例较大幅度的降低。在我国储能产业逐渐发展过程中,技术的应用降低了储能成本。未来清洁能源会逐渐向智慧能源方向发展,形成集能源清洁、能源储存、智能化管理于一体的技术趋势。

4结语

总而言之,对清洁能源的开发,有利于我国实现可持续发展。结合我国清洁能源应用现状,提高对水能、风能、太阳能等能源的利用,维持生态平衡,优化产业结构,实现绿色发展目标。此外,还应加大对能量储存技术领域的研究力度,明确未来技术发展方向,促使我国在清洁能源开发、利用、存储等领域不断发展。