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全球能源版圖悄然生變

時間: 2018-01-24 閱讀:191 錄入:zhaobo2017 作者:
2016年,全球終端能源消費可折算為112.81萬億度電,而南極洲除外的全球陸上太陽能資源按500小時計算,年度總發電量逾3195萬億度,為總消費量的28.3倍。
   
2016年,全球太陽能光伏產能增長50%,規模超過74吉瓦(發電機組額定有效功率總和GW,為10的9次方進制),其中約1/2增量來自中國。國際能源署可再生能源部高級專家Heymi Bahar稱,2017年至2022年,太陽能光伏將成為可再生電力產能增長的主力,大幅領先于風電和水電,從區域看,中國是無可爭議的領跑者,美國增量位居第二,印度增速將超越歐盟。
   
市場化是可再生能源擴展的主因。國際能源署與中國水電水利規劃設計總院共同發布的《2017全球可再生能源發展報告》預計,2017年至2022年,全球可再生電力產能擴張約50%來自競價購電協議,而2016年這一比例略高于20%。與此同時,全球平均發電成本進一步下降,其中公用事業級太陽能光伏電力下降幅度達25%。
   
美國領軍太陽能產業快速發展。近年來,美國太陽能產業快速發展,民眾對太陽能的認可度不斷提高。2014年起全美太陽能新增電力裝機容量增速已連年超過風能和煤電。而快速增長的主要動力就是普通家庭踴躍安裝太陽能裝置,達到437兆瓦,同比增長76%。2017上半年,全美可再生能源發電領域中,屋頂光伏占光伏總裝機的40%。
   
社區太陽能集中供電模式嶄露頭角。太陽能產業的傳統模式是在住宅或商業建筑樓頂安裝光伏板自供電供暖,而創新的社區太陽能集中供電模式設備安裝成本更低、能源利用效率更高。
   
美國最大社區太陽能開發商清潔能源公司總裁保羅·斯賓塞稱,將5000塊太陽能板集中統一安裝,然后向1000個客戶供電,肯定比在每個屋頂上單獨安裝光伏板更加經濟和節能,電網公司維護工作也更加容易。
   
2015年1月,美國能源部宣布撥付逾1400萬美元用于支持15個社區太陽能發電項目建設。美國國家可再生能源實驗室預計,如果社區太陽能發電模式進展順利,到2020年將帶來新增投資80億美元,屆時社區太陽能將占全美光伏太陽能發電市場的半壁江山。風能是人類最早利用的自然能源之一。2000多年前,中國、巴比倫、波斯等文明古國就利用船帆改制成風車,用于提水灌溉、碾磨等。12世紀,風車在歐洲迅速發展,帶動風力發動機廣泛用于提水、供暖、制冷、航運直至發電等。
   
18世紀初,一場暴風橫掃英法,摧毀了400余座風力磨坊、800余棟房屋、100余幢教堂、400余艘帆船,25萬株大樹被連根拔起,死傷數千人。僅就拔樹計算,暴風幾秒鐘產生的功率達750萬千瓦。
   
有專家估算全球可用于發電的風力資源約100億千瓦,超過每年燃煤總量的3倍,約為全球水力發電量的10倍。
   
2016年,按1000利用小時計算,全球風能資源年發電總量為1640萬億度,超過2016年全球終端能源消費可折算總量112.81萬億度電的14.5倍。
   
荷蘭火車全部用風電驅動。坐落在地球盛行西風帶的荷蘭史稱“風車之國”,1229年,荷蘭發明了世界上第一座風車,而今風車已成為荷蘭的象征。作為大西洋沿岸典型海洋性氣候國家,荷蘭四季盛吹西風。16世紀至17世紀,荷蘭第一大港鹿特丹和首都阿姆斯特丹近郊大批風車林立于磨坊、鋸木廠、煙廠、榨油廠、造紙廠、毛呢毛氈廠中,為北歐和波羅的海沿岸各國的木材、德國的大麻籽和亞麻籽、印度和東南亞的肉桂胡椒等提供加工服務,還在圍海造陸工程中發揮了巨大作用。荷蘭人把風車頂篷改裝在可四面迎風的滾輪上,最大的好幾層樓高,風翼長達20米。18世紀末,荷蘭全國約有12000座風車,每臺6000匹馬力,這些風車不停抽排水,保障了全國2/3的土地免受海水浸灌。
   
2017年元旦起,荷蘭每天運行的5500列火車(載客量約60萬人次)100%全部采用風電驅動。數據顯示,一座風力發電廠運行1小時能讓火車行駛200公里。
   
歐美廣泛開發風電應用技術。1891年,丹麥建成全球第一座風力發電站。20世紀30年代,西班牙、英國、德國、瑞典和美國基于航空工業的旋翼技術成功研制出小型風力發電裝置,廣泛應用于多風的海島和偏僻的鄉村,成本顯著低于小型內燃機;80年代起,全球風力發電量以每年30%的速度遞增。法國在諾曼底、布列塔尼和羅亞等地建成共計300萬千瓦的海上風力發電站,計劃2020年規模擴大到2500萬千瓦,與水力發電并駕齊驅。
   
通常三級風就具備利用價值。從經濟合理的角度看,風速大于每秒4米才適于發電。當風速為每秒9.5米時,55千瓦的發電機組輸出功率55千瓦;每秒5米時僅9.5千瓦。風力越大能效越高。當今全球最大的10個風電站中美國獨占8個,僅得克薩斯州就有5個。名列榜首的加利福尼亞州Alta風能中心裝機容量達1550兆瓦。而位于泰晤士河口、產能630兆瓦、名列世界第六的英國London Array Offshore作為海上風力發電站全球之最,由丹麥、德國和阿布扎比共同開發并擁有。全球水電資源極為可觀,目前的理論蘊藏量約為4萬至5萬太瓦時/年(1太瓦=10的12次方瓦=1萬億瓦),其中約1.3萬至1.4萬太瓦時/年具技術開發可行性,依靠現行技術開發的水電資源可輕松滿足全球用電需求。人均技術可開發水能資源46189千瓦時/年的挪威是世界之最,其水電資源擁有量高達全球人均2400千瓦時/年的19倍。
   
地球表面陸地與海洋面積之比是29∶71,水力資源無窮無盡、無污染、無需開采運輸,但江河筑壩的水力發電站因枯水期停機,而海洋能源包括受太陽、月球等天體引力及地球自轉等產生的潮汐能(潮流能及潮差能)、波浪能、海流能、海水溫差能及海水鹽差能等可利用率更高。建設潮汐電站無需移民,無土地損失,還可結合潮汐發電派生圍墾、水產養殖和海洋化工等綜合利用項目,現潮汐發電已進入成熟階段。
   
潮汐發電主要分布于歐洲各國海岸線。類似普通水力發電原理,潮汐發電在漲潮時將海水收入水庫,落潮時放出,利用高低潮位間落差推動水輪機帶動發電機。日本最早利用人造衛星提供潮流信息開發潮汐能,英國波浪能及潮汐能開發最為發達。波浪能資源主要在蘇格蘭、英格蘭及威爾士;潮流能分布較為平均,潮差能集中在英格蘭與威爾士。
   
1913年,德國在北海海岸建立了世界第一座潮汐發電站。1967年,法國圣馬洛灣郎斯河口的郎斯電站成為第一座具有商業實用價值,同時也是當今世界最大的潮汐電站。郎斯河口平均潮差8.2米,長750米大壩橫跨兩岸,壩上公路橋通行車輛,壩下設置船閘、泄水閘和發電機房,總裝機容量24萬千瓦的24臺雙向渦輪發電機漲潮落潮均可發電,年發電量5億多度輸入國家電網。
   
1958年,中國廣東雞州建成首個潮汐電站,裝機40千瓦。1980年,加拿大在芬地灣興建2萬干瓦的中間試驗潮汐電站,為興建更大的實用電站做準備。1985年投產的中國浙江江廈潮汐電站總裝機容量3200千瓦,居當時世界第三位。2009年,愛爾蘭斯特蘭福特灣潮汐電站是全球十大可再生能源工程之一,也是當時最大的潮汐發電站。2015年,韓國投資8.2億美元、裝機容量300兆瓦的Wando Hoenggan Waterways后來居上,其18米高的渦輪發電機靠自身重力固定于海底。
   
海洋能源開發方興未艾,世界上適于建設潮汐電站的二十幾處都在研發投建。包括美國阿拉斯加州庫克灣、加拿大芬地灣、英國塞文河口、阿根廷圣約瑟灣、澳大利亞達爾文范迪門灣、印度坎貝河口、俄羅斯遠東鄂霍茨克海品仁灣、韓國仁川灣等。由于潮汐能蘊藏量巨大,隨著成本不斷降低,21世紀將不斷建成投產大型現代潮汐電站。
   
在洋流發電領域,流速達每秒1米以上便具備開采價值。中國臺灣歷時7年建成全球首座深海洋流能測試系統,掛載低轉速洋流能渦輪機,于每秒0.45米流速下成功啟動發電機連續運轉60小時,在每秒1.27米流速下平均發電功率為26.31千瓦,成為全球首例成功擷取黑潮洋流能量的發電工程。
由地球熔巖和放射性物質衰變產生的地熱能絕大部分來自溫度高達7000℃的地球深處,到離地面80至100公里處降至650℃—1200℃。地熱依附熔巖浸涌至離地面1公里至5公里的地殼,加熱周邊地下水。地熱能主要集中于構造板塊邊緣一帶的火山和地震多發區。低成本利用地熱能最簡單的方法就是采集熱源并抽取其能量,但開發和使用地熱也會產生溫室氣體。地熱儲量遠大于人類所利用的總能量,據國際地熱協會分析,地熱發電成本僅為風電的1/2。相對于太陽能和風能的不穩定性,地熱則是更可靠、安全的可再生能源——只要熱量提取速度不超過自然回補速度。巖漿/火山的地熱活動典型壽命從最低5000年到100萬年以上,地熱庫天然回補率從幾兆瓦到1000兆瓦以上。距地表2000米內儲藏的地熱能相當于2500億噸標準煤,僅中國地熱可開采量就達68億立方米/年,所含熱量為973萬億千焦耳。
   
人類很早就開發地熱能用于溫泉沐浴、醫療保健、取暖、建造溫室、養殖水產、烘培等。1904年意大利的皮也羅·康蒂王子首次將地熱蒸氣用于發電。1958年新西蘭的北島開始地熱發電規模化,至2013年達212兆瓦;1960年美國加州噴泉熱田發電機輸出功率達1300兆瓦,該熱田的熱含量至少相當于280億桶石油燃燒的能量。
   
2010年,世界地熱大會統計共有78個國家正在開發利用地熱技術,其中27個國家利用地熱發電,平均利用系數72%。1960年,美國啟動了世界最大的蓋瑟爾斯地熱電站,2010年,地熱發電總裝機達3.15吉瓦,使美國成為世界最大地熱發電生產國。地熱能在全美可再生能源中排名第三,科學開發各州地熱資源可滿足全美能源需求總量的1/4。人類社會垃圾排放量加速增長,倒逼垃圾處理能力不斷提高。
   
垃圾焚燒技術起源于19世紀末。1885年美國紐約建成首座垃圾焚燒廠,之后垃圾焚燒廠在各地逐漸增多。丹麥1903年投產的弗萊德里克堡垃圾焚燒廠,利用垃圾焚燒產生的熱能給市政機構供熱供電,至今還在首都哥本哈根市中心運營。該國共有34個垃圾焚燒廠,通過先進的熱電聯產網絡輸電供熱,既環保又經濟。英國2005年建成的謝菲爾德垃圾焚燒廠除并網輸電外,還常年為140多個休閑中心、劇院、大學、住宅等供熱。罕布什爾郡的馬奇伍德垃圾焚燒廠年處理垃圾16.5萬噸,發電量滿足1.4萬個家庭。
   
截至2010年,全球已有35個中等以上發達國家建成2000多座生活垃圾焚燒發電廠,地少人多的北歐諸國排名前列。日本200多座焚燒廠總發電能力近1000兆瓦,可為500萬戶家庭提供照明用電。新加坡4座焚燒廠產生的無異味灰渣全部運到本島以南8公里的風景旅游區實馬高島填埋。美國目前人均垃圾產生量每天約1.95公斤,垃圾發電能力最高達100兆瓦,2012年焚燒處理垃圾3021萬噸,回收金屬73萬噸,還另賣蒸汽賺錢。荷蘭首都阿姆斯特丹實現了垃圾全量焚燒,德國還花費1000億美元從國外進口垃圾用于發電。中國如能對垃圾有效分類并充分用于發電,每年可節省煤炭5000萬至6000萬噸。
   
垃圾焚燒在新能源中唯一潛在有害氣體排放風險。加拿大統計局稱,2009年垃圾焚燒向大氣排放了677噸顆粒狀物質(PM)、350噸硫氧化物、1364噸氮氧化物、602噸揮發性有機化合物、1330噸一氧化碳和19噸氨,但越來越多的國家已能有效控制該風核能發電是利用核反應堆中核裂變所釋放出的熱能發電。1954年,蘇聯建成世界上第一座核電站,裝機容量5000千瓦。1957年,美國建成功率9萬千瓦的原型核電站。核能發電成本到1966年已低于火力發電。截至2016年元旦,全球在運核電反應堆共439座,總裝機38.25萬兆瓦;在建反應堆66座,裝機容量7.03萬兆瓦;擬建核電反應堆158座,裝機容量17.92萬兆瓦。擁有核電機組最多的國家依次為美國(104座)、法國(58座)、日本(55座)、俄羅斯(31座)。法國核電占比全國總電力近80%,為全球最高。
   
核電相比火力發電優勢明顯:一是無空氣污染、無碳排放,無溫室效應;二是鈾燃料除發電外暫無其他用途;三是按功效計量鈾燃料儲藏量遠超化石燃料,能長期滿足核電生產;四是鈾燃料體積小便于儲運,1000萬千瓦的核電廠全年僅需30噸鈾燃料可一次航班搞定;五是不受季節和氣候影響,燃料費用占比成本低,發電高效穩定。
   
2000年1月,美、英、日、法、韓、加、瑞士、南非、巴西、阿根延聯合組成“第四代國際核能論壇”并于次年7月簽約,合作研發第四代核能技術,但迄今尚未建成符合要求的第四代核電站。
   
中國是全球第8個能自行設計建造核電機組的國家,首座核電站1994年商業運行,功率300兆瓦。2018年1月中核集團與中國船舶工業集團、上海電氣集團等5家國企共同設立海洋核動力發展有限公司,計劃到2020年代在渤海和南海建造約20座海上核電站,用于開發大型海上油田和在遠離大陸的島嶼基礎設施建設。按照國家“十三五”規劃,到2020年全國核電運行裝機總量達5800萬千瓦,在建裝機達3000萬千瓦以上。
   
新能源較之傳統的化石能源,除綜合開發成本、儲量、運輸、安全、環保等各方面優勢外,最大亮點在于取之不盡用之不竭。隨著新能源開發應用改變世界能源格局的進程,國際能源市場的長期價格走勢只能是步步下行。

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