前言:想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗?我们特意为您整理了5篇可再生能源特征范文,相信会为您的写作带来帮助,发现更多的写作思路和灵感。
关键词 省域可再生能源规划;可再生能源行业增长模型;阶段目标分解
中图分类号 C921.2 文献标识码 A 文章编号 1002-2104(2011)04-0100-05 doi:10.3969/j.issn.1002-2104.2011.04.016
规划包括三要素,即什么时机、采取什么措施、完成什么样的指标。不同的规划是在此基础之上不断的迭加约束条件。如能源规划是在此基础上进一步考虑资源约束,在开采的时候不但要考虑当前能源供给和能源需求的均衡,还需要考虑未来能源供给和需求的均衡。由于可再生能源在总能源消费总重较低,因此,当前的规划并不需要考虑可再生能源对整体能源系统的均衡的影响。其主要约束条件是可再生能源资源条件约束和可再生能源配额产生的市场约束。
1 可再生能源规划研究方法概述
当前我国的规划处于一种从计划经济时期到市场经济时期的转折点。保留较多的计划经济特点,同时又增添了较多的市场经济特色。魏后凯认为我国规划体制的改革尚处于探索过程中,国家、省级和市县级规划的编制也缺乏科学的技术规划[1]。樊元也认为对规划目标如何在各地区缺乏科学合理的依据[2]。
可再生能源发展是我国经济和社会发展的一项长远战略方针,也是我国目前情况下的一项极为紧迫的任务。2007年国家“可再生能源中长期规划”提出2010年占能源消费总量的10%,到2020年占能源消费总量15%。如何落实可再生能源发展目标,是当前研究的热点。可再生能源规划与政策体制相关,美国可再生能源规划是由各州自己确定,然后,汇总成国家总体可再生能源规划,这些规划通常是由一个研究机构或咨询公司制定,广大群众参与,最终以立法的形势体现出来。
在目前国内研究中,把目标分解到各个省市的国内文献尚不多见,但我们可以从其他行业规划研究中得到一些启示,如官义高研究了节能降耗目标的分解,提出一种如何将节能降耗目标向各省、自治区、直辖市进行分解的模型,主要考虑了各地能耗比重、产业结构和节能潜力等因素[3]。樊元考虑各行业能耗比重,构建基于部分方案偏好强度的赋权方法、因子分析法、熵值法和均方差法得到权向量矩阵,以甘肃省为例求出各地区的节能减排目标[2]。尧德明研究了土地利用总体规划用地指标分解的分解,综合考虑影响土地使用四个因素,采用层次分析法用地面积的权重[4]。
申兵认为,应加强规划编制和实施过程中的环境评价和“三期”评估。加强评估工作可以发现规划执行中的问题,以便根据环境的变化等因素对于规划目标等进行调整[5]。任东明认为可再生能源目标分解不仅能在不同地区、部门和行业进行分解,而且还应提出可再生能源的阶段性目标,即提出的目标要分成几个阶段来实现[6]。但这种把可再生能源目标分解到各个阶段的研究尚处于建议或萌芽状态。类推,把可再生能源目标落实到各个省的各个阶段的研究目标的研究更不多见。官义高[3]采用指数平均方法把节能减排目标分解到每一年,求出“十一五”期间每年降低率、降低量和累计降低量。欧盟在监督各成员国可再生能源目标实施进度时,采用的是等分方法把2020年的可再生能源规划目标,以每二年作为一个阶段,分解到每一阶段[7]。南非西开普省到2014年的电力消费将有12%的来自到可再生能源,到2020年这一数字将达到18%,到2030年将达到30%。
上述研究文献为可再生能源规划目标分解做出巨大的贡献,本文在上述研究文献的研究上,考虑可再生能源行业发展特点,构建了可再生能源行业成长曲线,依据成长曲线,确定各个阶段的可再生能源发展目标。在此基础上,提出了各省各个阶段的可再生能源份额。
2 可再生能源行业增长模型
2.1 行业增长模型
产业经济学认为,一个产业的发展主要取决于对其产品的需求,而不是它的供给。因此,若以变量Y=F(t)表示t时刻能源行业的总开采量,则其任一时刻的增长速度不仅与此时刻的总量成正比,同时还要同它与其的资源开采上限Ymax之差成正比,即:
dYdt=γ′Y(Ymax-Y)(1)
=γ′YmaxY1-YYmax
则微分方程的积分形式为:
Y=F(t)=Ymax1+C•exp(-γt)(2)
Y(t)=A(1+Be-kt)
对方程求导,得
dYdt=γY1-YYmax=γCYmaxexp(γt)+2C+C2•exp(-γt)
(3)
S(t)=kBAekt+2B+B2e-kt
方程(3)是可再生能源行业的发展速度,这里定义为可再生能源行业的生长曲线。方程(2)显示其相应的积累,可定义为可再生能源行业的生命曲线。下面,我们依据产业发展的特点,求出中国可再生能源增长模型及其曲线。2.2 可再生能源行业增长模型实证研究
以风电、水电和太阳能发电为代表的可再生能源行业的增长来代表可再生能源的生命曲线。表1给出了历年中国主要可再生能源发电的装机容量状况。
Y(t)[WB]=A(1+Be-kt)1+Be-kt=AY(t)AY(t)-1
=Be-kt
lnAY(t)-1=lnB-kt
令,u=lnAY(t)-1,c=lnB,
则U=C-kt
利用Eviews进行对该模型回归分析可得:c=8.29,k=037,则B=exp(c)=3983.83。
其可再生能源的生命曲线函数为:
Y(t)=20000(1+3983.83e-0.37t)
S(t)=2948034.2e0.37t+7967.66+1587091.47e-0.37t
以逻辑曲线模型对中国的可再生能源产业发展各阶段进行预测,可行到能源产业发展趋势综合预测结果。起动点(1995),起飞点(2007);飞跃点(2018);成熟点(2025);鼎盛点(2035)。
从图1、图2可以看出,2007年之前,中国可再生能源
图1 可再生能源发电行业生命曲线
Fig.1 The Life curve of renewable energy power industry
图2 可再生能源发电行业增长曲线
Fig.2 The growth curve of renewable energy power industry
产业尚处阶段仍为孕育期,增长速度较慢;到2007年才进入成长期,此后,发展速度将大大加快;2018年左右是飞跃点,可再生能源的发展迅速提高;2035年以后为可再生能源产业的全盛时期,可再生能源的接近到技术装机容量,此后的发展速度渐缓。
2.3 可再生能源行业增长曲线特征分析
综合比较分析图1 和表1, 对之进行定量与定性意义上的双重再思考, 我们可得如下结论:
(1) 生长曲线上升段拐点处, 产业发展的加速度最大; 下降段拐点处其负加速度最大, 这两个时刻分别被定义为“起飞点”和“成熟点”。以前者为例,“起飞前”, 加速度递增,“起飞”后, 加速度递减; 对应在生命曲线上,“起飞”前, 生长量的累积由缓而急, 呈指数型增长;“起飞”后, 增长性质变为准线性。换句话说,生命曲线上的“起飞规模”也就是生命曲线的性态由指数型增长变为准线性增长的转折点, 此时的可再生能源行业产能在理论上等于其极限值的13+[KF(]3[KF)](即21%)。
(2)当可再生能源产业产能达到技术可开发极限值的1/2时, 生命曲线线性最显著(因为曲率为0), 发展速度最快, 故谓之“鼎盛点”。当可再生能源产业产能累积至极限值的13-[KF(]3[KF)](即71%)时, 生命曲线又由准线性增长变为反指数型增长, 相应在此点曲率又是最大(与“起飞点”曲率相等)。当能源产业产能达到“成熟点”后, 生命曲线开始由疾而缓趋近极限, 至“淘汰点”时累积量一般已达极限值的99%以上(因为一般C 值均大于100), 在实践中此时可以认为可再生能源产业发展过程已暂时告以段落。
3 省域可再生能源发展阶段目标的确定
依据可再生能源的行业发展曲线,可以得到不同年份的可再生能源量占装机目标的份额。
依据表2所提出的数据,为了便于监管,取较为接近的值。从而可以制定出如公式4所示各省可再生能源发展规划阶段性目标:
Ri,2001-2012=Ri,2007+0.15(Ri,2020-Ri,2007)
Ri,2013-2014=Ri,2007+0.30(Ri,2020-Ri,2007)
Ri,2015-2016=Ri,2007+0.50(Ri,2020-Ri,2007)
Ri,2017-2018=Ri,2007+0.75(Ri,2020-Ri,2007)(4)
其中,Ri,2007是省在2007年可再生能源占本省总能源的实际份额。Ri,2020是各省在2020年可再生能源占本省总能源的目标份额。
依据可再生能源目标分解得到各省域的2020年目标份额,在2007年期初份额的基础上,依据学习曲线的特点,对2012年、2014年、2016年、2018年及2020年的可再生能源份额,通过公式4进行计算求解。其求解结果见表3。从表中可这看出,由于初始份额和目标份额不同各省的可再生能源阶段目标份额增长不同。对于资源量较优的省份,其可再生能源份额的增长速度大王发资源量较差的省份。这其中存在一个问题,由于可再生能源份额是依据能源消费而定的,可能有些省份的可再生能源份额远远大于其可再生能源资源总量,在这种情况下,我们可以采取两种方式来进行调整。其一是采用减少按可再生能源消费进行份额分配的比重,同时提高按资源量进行分配 的比重。这样,更多的依据可再生能源资源储量,减少了消费对可再生能源份额的影响。当经济发展处于调整增长阶段时,通常采用这种方式。其二是,构建可再生能源交易机制,允许可再生能源在不同的省份之间进行交易。这样,可激励各省充分利用本省可再生能源资源优势,当经济发展到较高水平时,通常采用市场交易机制。因为此时更看重的是各省可再生能源发展的公平性。
4 结论及发展
本文提出一种可再生能源阶段目标分解模型,模型考虑可再生能源行业的特点,构建了可再生能源行业增长曲线,在国家和各省当前可再生能源份额的基本上提出了不同时期的各省可再生能源发展阶段目标。从而有效的实施国家总体可再生能源目标战略。
本研究考虑了不同省份的可再生能源消费份额和资源储量份额所占的比重,可以有效地平衡地区间的利益关系。这是我国在从发展中国家过渡到中等发达国家时所需要考虑的如何平衡公平与效率之间关系的问题。即规划中考虑了两个重要原则:①目标可分解原则。国家的总量目标可以根据一定的标准在不同地区、部门和行业进行分解,由全社会共同完成发展目标。②公平性和区域间差异的原则。制定规划时,考虑资源禀赋和社会经济发展水平存在的差距,因此各地的总量目标应该有所区别,为实现总量目标所采取的措施也同样实事求是、因地制宜。
参考文献(References)
[1]魏后凯. 规划编制中的“央地矛盾”[J]. 望新闻周刊, 2005,(45). [Wei Houkai. Planning the “Centralperipheral Contradiction” [J]. Outlook News Weekly, 2005,(45).]
[2]樊元, 王红波. 节能指标的分解模型与实证[J]. 统计与决策, 2009, 24(1):32-34. [Fan Yuan, Wang Hongbo. Energysaving Model and Empirical Indicators of Decomposition[J]. Statistics and Decision, 2009, 24 (1):32-34.]
[3]官义高. GDP能耗降低指标如何分解[J]. 中国能源, 2006,28(9):19-31. [Guan Yigao. How to Decompose the Energy Consumption Target per GDP[J]. China Energy, 2006, 28 (9):19-31.]
[4]尧德明, 陈玉福,张富刚. 层次分析法在土地利用总体规划用地指标分解中的应用[J].安徽农业科学, 2007, 35(34):11175-11178. [Yao Deming, Chen Yufu, Zhang Fugang. The Application in Land Index of AHP in Land Use Planning [J]. Anhui Agricultural Sciences, 2007, 35 (34):11175-11178.]
[5]申兵. 国外规划体制与规划政策的经验及启示[J]. 宏观经济管理, 2008,(3):72-74. [Shen Bing. The Experience and Enlightenment of Planning System and Planning Policy in Foreign Countries [J]. Macroeconomic Management, 2008, (3) 72-74.]
[6]任东明. 关于建立中国可再生能源发展总量目标制度若干问题的探讨[J]. 中国能源,2005, 27(4):21-25. [Ren Dongming. How to Establish the Target System of the Renewable Energy Development in China[J]. China Energy, 2005, 27 (4):21-25.]
[7]刘贞. 欧盟可再生能源目标分解对我国省域规划的启示[J]. 中国矿业, 2009,18(9):66-70. [Liu Zhen. The Revelation of EU Renewable Energy Target Decomposition to Provincial Planning [J]. China Mining, 2009, 18 (9):66-70.]
[8]张庭伟.转型时期中国的规划理论和规划改革[J]. 城市规划, 2008,32(3):15-24. [The Redevelopment. Transformation of Chinas Reform of Planning Theory and Planning [J]. Town Planning, 2008, 32 (3):15-24.]
[9]Coakley S,Dunsky P, Faesy R, et al. New Jersey’s draft Energy Master Plan, Modeling Report for the Draft Energy Master Plan, Draft Implementation Strategies Report[EB/OL]. [2010-01-08]. state.nj.us/emp.
[10]European Commission. Proposal for a Directive of the European Parliament and of the Council on the Promotion of the Use of Energy from Renewable Sources[EB/OL]. [2010-01-08]. ec.europa.eu/energy/climate_actions.
[11]Winde A, Gildenhuys A, Stegmann J C, et al. The Renewable Energy Plan of Action[EB/OL]. [2010-01-08]. capegateway.gov.za/Text/2008/3/4._ses_re_banks_resources_scenarios_plan_drafoctt20070523v5_print.pdf.
[12]Lund H, Mathiesena B V. Energy System Analysis of 100% Renewable Energy Systems: The Case of Denmark in Years 2030 and 2050 [J]. Energy, 2009, 34(5):524-531.
[13]Connolly D, Lund H, Mathiesen B V, et al. A Review of Computer Tools for Analysing the Integration of Renewable Energy into Various Energy Systems [J]. Applied Energy, 2010, 87(4):1059-1082.
[14]Denis G, Parker P. Community Energy Planning in Canada: The Role of Renewable Energy [J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2009, 13(8):2088-2095.
Target Decomposition of Renewable Energy Based on Industrial Growth
LIU Zhen1 ZHANG Xiliang1 GAO Hu2
(1.Institute of Energy, Environment and Economy, Tsinghua University, Beijing 100084, China;
2. Energy Research Institute, NDRC, Beijing 100038,China)
国外配额制
国外配额制是一种通过市场机制实现的可再生能源发展政策,是一个国家(或地区)用法律的形式对可再生能源发电量在电力生产总量或消费总量中所占的份额进行强制性规定的一项政策,也是一项支持可再生能源发展的重要政策工具,目标是通过市场机制以最低的成本引导企业开发和利用可再生能源。
美国是世界上最早实施可再生能源配额制的国家之一,截至2010 年底,全球已有超过14个国家在全国范围内实施了配额制政策,一些国家在部分地区实施了配额制政策。在全球可再生能源开发利用规模较大的国家中,美国是配额制政策实施较为成功的国家,已有37个州实施了可再生能源配额制。
国外可再生能源配额制的实质是通过市场机制以最低的成本引导企业开发和利用可再生能源,根本是要解决可再生能源开发利用成本过高的问题,其作用与可再生能源固定电价政策类似。配额制政策并不只是提出一个配额目标,而是包括配套运作机制的完整政策体系。国外配额制政策具有两个基本特征:
一是基于绿色证书交易。强制配额制是要求电力企业必须生产或销售规定比例的可再生能源电量,同时,政府对企业生产或销售的可再生能源电量核发绿色交易证书,并通过绿色证书交易市场实现交易。承担配额制的企业既可以通过自己生产可再生能源,也可以通过买入可再生能源证书,或者二者并举履行义务。
在绿色证书交易机制下,电力企业可根据可再生能源生产成本和绿色证书价格,灵活选择合适的可再生能源产量和证书买入数量,从而实现成本最小化;同时,绿色证书交易大幅降低政府可再生能源补贴的确定、调整、筹集和分配等的管理成本。
二是基于电力市场。电力市场在配额制政策体系承担重要作用,配额制一般不需要进行价格补贴,可再生能源开发利用高成本主要通过电力市场实现用户分摊。电力企业为生产或收购可再生能源电力或购买交易证书付出的高成本,最终通过电力市场在电力用户的销售电价中消化。
从国外配额制政策要素来看,主要涉及以下几个方面。
其一,配额制政策一定有一个明确的总量目标,同时需要有配套的针对配额义务主体的目标分配机制。不同国家总量目标及分配机制不同。如英国,主要根据欧盟可再生能源发展目标确定逐年配额总量目标,并根据地区经济发展水平确定不同地区的差异化的配额指标,但同一地区内电力企业承担相同配额指标。美国加州以2001年配额比例为基准,以每年递增1%的方式确定总量目标,电力企业采用“存量+增量”方式承担不同配额指标。日本在分配地区配额指标的时候,还会考虑各地区电网条件的差异,在配额指标上乘以一个电网系数。
其二,从国外配额制实践来看,配额制政策实施中承担责任的主体是电力企业。配额制政策中,供电企业(发电企业)承担的义务是其收购(销售)的电量中可再生能源电量必须达到规定的比例,电力企业不是可再生能源消纳的责任主体,并没有承担可再生能源开发利用高成本的义务。实施配额制获得的环境和其他社会效益,受益者是全社会和全体公民,其高成本通过电力市场以销售电价的形式由全体电力消费者承担,配额义务的最终承担者是电力消费者。
其三,国外配额制政策成功实施的经验表明,电力市场运行机制、绿色证书交易机制以及考核机制构成配额制政策实施的运作机制,电力市场运行机制解决了可再生能源开发利用的激励问题,通过放开终端销售电价定价权,可再生能源开发利用的高成本能够疏导到电力消费者;绿色证书交易机制可引导以最低成本开发可再生能源;考核机制确保配额目标的实现。
中国制度设计
由于政策目标不同,电力管理体制不同,可再生能源政策环境不同,我国配额制政策设计应与国外有很大差别。
配额制政策的本质与固定上网电价政策相同,都是一项推动可再生能源开发利用的激励政策,着力点在于解决可再生能源开发利用的高成本问题,因此,配额制政策一般不与固定电价政策混用。与国外不同,我国针对风电和地面光伏电站均出台固定上网电价政策,对于可再生能源的开发,固定电价政策已充分发挥其激励作用,我国出台配额制的政策目标不是解决通过竞争降低可再生能源开发成本的问题,而是要解决可再生能源的消纳问题,也就是可再生能源利用成本高的问题。
由于电力管理体制与国外不同,我国各地方发电计划由各地方政府能源主管部门核定,因此,在我国配额制政策设计中,地方政府必须承担起可再生能源配额制消纳义务主体的责任,而发电企业和电网企业应作为配额制的实施义务主体。
配额总量目标根据国家合理控制能源消费总量和调整能源消费结构的宏观目标确定。对于配额指标的地区分配综合考虑消纳责任、消纳能力、发展潜力、电网布局等因素,以省为单位进行可再生能源电力配额指标分配,不同资源条件的省份承担的配额指标不同;同类型的省份承担同等的配额指标。
基于中国国情及配额制政策目标,中国配额制政策的实施应主要通过行政方式实施。各地方政府应充分发挥其在配额制政策实施的主导和协调作用,负责提出并落实本地区完成配额义务的具体实施方案,协调督促发电企业及电网企业完成配额义务。发电企业应根据经济和技术最优的原则,合理确定各类非水可再生能源发电项目的投资规模和建设时序,确保其配额义务的完成。电网企业应根据可再生能源配额总目标及其分配情况,合理确定可再生能源电力输送规划,在国家能源主管部门和地方政府的指导和协助下编制并落实可再生能源电力消纳市场,确保配额指标的完成。
需要怎样的政策
可再生能源发展中遇到的问题归根结底还是经济性的问题。目前,对于风电等可再生能源发电的开发成本高已得到了广泛认识,现有固定政策也较好解决了这一问题,但对于其由于出力特性导致的利用成本高,社会普遍认识不足,缺乏量化研究,导致目前可再生能源发电消纳问题突出。
我国配额制政策设计的目标是要解决可再生能源发电上网和市场消纳问题,也就是可再生能源发电利用问题。电力系统发、输、用同时完成的特点,决定了可再生能源发电利用涉及发电、输电及用电等各环节。需要政府、发电企业、电网企业的共同努力,特别是政府对于发电企业和电网企业的责任义务、经济利益的协调,以及对于用户用电行为的引导。
【关键词】可再生能源 互联网 微电子技术 应用
1 分布式储能技术
传统的电力储能技术主要包括抽水储能、蓄电池储能、压缩空气储能和飞轮储能等等。而在以上储能技术当中,比较成熟的就是蓄电池储能,并且铅酸蓄电池在各行业当中被广泛应用,这也是其他储能技术无法比拟的。然而,在可再生能源不断推广和应用的过程中,传统的电力储能技术已经无法满足人们日常生活的需求,所以,应研发出高效小型储能器以及储能管理系统,这也将成为分布式储能技术未来的发展需求。其中,锂离子电池的工作电压比较高,其能量密度较大,循环寿命相对较长,而且具有无记忆效应,所以,是当前电子产品中的主要电源,并且成为新能源汽车中重要的技术路线。但是,锂离子电池在分布式储能器中的实际应用仍然存在诸多不足,其电池的电解液容易出现爆炸,而且电池的安全性无法得到保证。
分布式储能器应在多个方面予以突破与创新,而超级电容电池比较适用在分布式微电网当中。因为,超级电容电池,具有较高的安全性,而且成本不高,其比能量和比功率都相对较高,循环寿命更长。所以,同其他电池相比,电容量受到温度影响的程度比较小,所以,有可能成为全新的分布式储能器。其中,超级电容主要就是把两个无反应活性多孔电极板悬浮在电解质当中,而在极板加电以后,极板就能够分别吸附相应的离子,进而形成等效超高密度的双层电容器。超级电容电池把双层电容器和铅酸电池融合在一起,不仅能够始终保持较高的功率,而且还可以延长使用寿命,使得电路更加简化,比能量提升,减少了整体费用。然而,超级电容电池中重要的技术就是碳材料,所以,在有限的尺寸情况下,扩大极板有效表面积是十分重要的。此外,要想解决负极板中存在的硫酸盐化现象,则可以增加其中所含的碳含量,进而对负极板中的PbSO4积累予以抑制,最终增加电池的使用寿命。
2 信息采集芯片技术
可再生能源互联网与传统电网最主要的区别就在于信息技术的深度融合,而且为实现能源的共享及运行的高效性提供有力的保障。在微电子技术的基础上所产生的新型信息采集芯片在可再生能源互联网中发挥着重要的支撑作用,同时还能够真实地体现出信息技术在可再生能源互联网当中的深度融合。
其中,可再生能源互联网之所以能够实现电力网络的信息化,主要的原因就是信息采集芯片的不断发展,然而,这也是可再生能源互联网信息的主要特征所决定的。
2.1 海量的数据信息
因为可再生能源互联网当中的信息,其来源空间分布的十分广阔,并且数据量比较大。所以,信息采集芯片就要在能源互联网中进行海量装备,进而保证实时并且广泛地监控电力网络的状态,不断提升可再生能源互联网可靠程度。
2.2 信息的多样化
在能源互联网当中,信息种类较多,所以,要采集多样化并且多功能的信息。最关键的就是对与电学相关的信息,因为这部分信息不仅能够对电能进行监测,同时还能够确保电能质量所需的质量。此外,需要采集与非电学量相关的信息内容,这样就能够直接地反映出电力网络设备的状态信息。当可再生能源大量地接入网络以后,确保可再生能源互联网稳定性的前提条件就是所获得的分布式发电装置与分布式储能装置的状态信息数据,同时还能够对其进行严格地调度与监控。在微电子微机电系统技术发展的过程中,为其提供了成本偏低且能够集成传感的方案,进而更好地对能源互联网设备状态信息进行全面实时的监测。
3 通信芯片技术
可再生电网和信息网络是可再生能源互联网的重要组成部分,而通信的安全与可靠也同样是可再生能源互联网运行的重要保证。目前所存在的互联网通信技术主要就是有线通信与无线通信,能够保证可再生能源互联网运行的正常。但是,互联网开放程度较大,很容易受到攻击,所以,把电力网络全部暴露在互联网中并不安全和可靠。因此,在具有较高安全性要求的应用当中,一定要建立其同互联网物理隔离的另外一套通信体系,确保信息的传输是安全可靠的。而电力线通信是最佳选择,电力线路与电力网络都是封闭的,同互联网是物理隔离,很难受到攻击,具有极高的安全性和可靠性。将电力线作为重要载体,利用PLC来控制可再生能源互联网。然而,PLC芯片本身存在问题,而且,可再生能源互联网的规模比较大,信息采集点比较多,所以,只是依靠PLC是很难将全部通信需求覆盖的。所以,可以采用无线传感网络当作PLC的补充。这样一来,信息采集就可以配备无线传感通信芯片,而且,部分无线传感通信芯片还可以在电力线处获得电能,但是也有部分无法获得电能。所以,需要将低功耗芯片技术同微型超级电池相结合,进而使芯片的使用寿命更长。
4 结束语
综上所述,在可再生能源互联网当中,微电子具有支撑作用,而且在可再生能源互联网的多个领域中发挥着重要的作用。文章对可再生互联网当中的微电子技术进行了详细地分析,希望可以加快微电子技术的进一步发展,并促进可再生能源互联网的进步。
参考文献
[1]于慎航,孙莹,牛晓娜等.基于分布式可再生能源发电的能源互联网系统[J].电力自动化设备,2010,30(5):104-108.
[2]王继业,孟坤,曹军威等.能源互联网信息技术研究综述[J].计算机研究与发展,2015,52(5):1109-1126.
[3]姚建国,高志远,杨胜春等.能源互联网的认识和展望[J].电力系统自动化,2015(23):9-14.
[4]孙秋野,滕菲,张化光等.能源互联网动态协调优化控制体系构建[J].中国电机工程学报,2015(14):3667-3677.
[5]董朝阳,赵俊华,福拴等.从智能电网到能源互联网:基本概念与研究框架[J].电力系统自动化,2014(15):1-11.
中国提出到2030年非化石能源要占一次能源消费比重20%,这意味着我国发电能源占一次能源比重将由当前45%左右,提高到55%以上。同时,电能占终端的比重将由当前的22%,提高到32%以上。
电力系统不论从供给侧还是从消费终端看,都将起到重要作用。在这样的背景下,电力转型面临四大挑战:一、如何确保高比例可再生能源的电力系统运行可靠;二、如何优化转型路径,实现尽可能低的清洁电力供应成本;三、如何满足互联网时代各利益相关方的多元化诉求;四、如何推动实现转型发展所需要的技术进步与创新。
理清以下十个问题的思路,对能否成功应对上述四大挑战意义重大。 一、未来较长时期内,我国电力需求还有较大增长空间。到2040年,随着工业化、城镇化进程逐步完成,以及人口总量等要素变化,电力需求将从较快增长逐步进入低速增长阶段。
2040年后,电力需求会进入增长饱和阶段,每年增速将低于2%。
到2040年以后,根据我们的初步分析,全国用电量大约是11万亿-14万亿千瓦时,人均用电量是8000-10000千瓦时,电能占终端消费要提升到45%,对于人均用电的数据,有很多争议。比如,现在欧洲人均用电才8000千瓦时,那我们人均也到8000千瓦时,是不是偏高呢?
但要注意,到2040年,电能占终端消费的比重达到了45%。现在欧洲的电能占终端的比重还不到30%。电能在未来的终端消费比例增大了。
电力需求增长减速,从地域上看,会先东部后西部;从产业来看,会呈现先工业后服务业的局面。 二、电力结构从增量调整到存量调整,逐步实现清洁化,2030年前后,非化石能源成为主导发电能源。
2040年以前,电力需求还在增长,供应能力也要增长,还需要大量投资。在能源结构调整的背景下,电源结构也要做出相应的调整。电源结构的调整具有阶段性的特点。2030年之前,电源结构的调整,主要在增量里实现。2030年以后,非化石能源将成为电主导能源。
煤电装机峰值大概在2025年前出现。总的峰值规模是12亿千瓦。2030年后,随着现有存量机组的逐步退役,煤电装机呈总量递减趋势。
未来,煤电将逐步从电量供应主体,转为容量供应主体。电力行业是一个需要瞬时平衡的系统,届时,煤电在瞬时平衡的电力支撑方面将扮演重要的角色。 三、电力行业在助力能源行业实现碳减排目标的过程中扮演着特殊角色,承担着更多责任。
对电力行业来说,煤炭还有发展的空间。现在中国发电用煤的比例在50%左右,而世界平均水平是62%,欧美发达国家是80%以上。
煤炭最好的利用方式是发电。煤炭的其他用途,在煤炭需求达到峰值后,非发电领域的煤炭消费将转移到电力行业用于发电;所以电力行业的碳排放峰值会略晚于整个能源行业。
根据现有需求水平,和到2050年非化石能源的占比达到80%左右的设定来分析,2025年前,电力行业将达到碳排放峰值。在这之后,电力行业的碳排放强度会快速下降,预计2030年、2050年碳排放强度较2015年的下降幅度将分别超过25%和80%。 四、电网是构建高比例可再生能源供应系统的优化配置平台,要以高可靠性、高灵活性确保能源电力供应安全。
中国的常规能源分布不均衡,但实际上,从资源的丰富度来讲,可再生能源也存在不均衡。这样的能源格局,不仅需要我们在更大范围去优化配置,还需要更远距离的能量输送。
我们采用一个指标叫能源距,即能源跨地区输送的量,与它输送距离的乘积,称为能源距。
到2050年,可再生能源发电能源的能源距,占整个能源距比重达到90%,届时跨区输送的能源绝大多数将是可再生能源。
这也对电力系统的高可靠性、高灵活性提出更高要求。我们未来的电网,必须具备故障“弹性可愈”、资源“灵活可调”、潮流“柔性可控”三大能力。 五、电力用户将进入以“互动化”、“智慧化”和“泛在化”为特征的“电气化2.0”时代。
电气2.0时代,我们会增加一些用电技术需求,也会增加一些现代化信息技术。互联网时代下用户的参与精神和分享精神,也会拓展到能源电力行业中。
在这样的外部环境下,我们的用电会随用户的行为模式进入2.0时代。并与电力系统进行更多的互动,产生更多的诉求,实现绿色发展理念。
供气、供热、供电、交通以及电力等多系统的耦合,会成为一个更综合的体系。丹麦燃煤供热机组之所以能实现10%-100%的灵活性呢,就是因为把电力的供应与热能供应紧密结合,这也将成为我们未来用电系统的特征。 六、新一轮能源电力转型呈现“技术驱动”特征,技术的不断创新和突破成为实现转型发展的重要引擎。
未来是以可再生能源为主体的供应系统。可再生能源无处不在,永不枯竭,但这个资源能不能方便、高效、低廉利用?必须有技术才能实现。这一次能源转型的最大特征是技术依赖。
化石能源在助力能源转型中还扮演一个重要的角色。化石能源要实现清洁高效发展,也需要技术的依托,没有技术创新提升,煤炭的清洁高效利用,是无法实现的。
这个技术应该体现在各个方面,包括可再生能源发电效率提升、电力系统高效运行等方面,重点关注可再生能源的可预测性和可控性。
大电网及其运行控制技术,是确保未来能源电力供应安全可靠水平的重要支撑。大容量、高能力、跨区域的输电技术――如特高压,将分布式能源更好地集成外送的柔性直流输电技术,大电网安全运行控制技术,都是提高电力服务的重要手段。 七、电力系统的成员构成、角色定位及利益格局的复杂性将大幅增加;气象条件与电力系统的耦合更为密切,成为影响系统运行管理的新要素。
影响电力行业运行管理很重要的新元素将是天气,气象条件与电力系统的耦合更为密切,成为影响未来电力系统运行的新要素,这个也是我们在下一步技术突破和系统运行高度关注的方面。
电力系统成员数量会呈指数的增加,在中国,煤电单个机组装机60万千瓦已经不算大了,现在建设都是100万千瓦。我国核电装机容量也是上百万千瓦,大中型水电装机规模也较大,这些都是大块头的发电主体。
未来如果是以可再生能源为主的格局,尤其是以分布式电源规模化发展为契机,那么,能够以发电商命名的能源角色将是成千上万个主体;在这样一个格局下,需要有一个新的、共生、共赢、共同进化的生态系统。
现在整个电力系统各个成员,都有自己的定位。未来怎么进化到以可再生能源为主的电力系统,每个利益相关方都需要大幅增加。 八、市场化建设是中国电力转型的“催化剂”,需加快建立形成适应可再生能源大规模开发利用的电力市场体系。
为什么欧洲的风能、太阳能可以协调运转,因为他们有一个比较成熟的欧洲电力市场。中国正处于电力市场化建设的初期,我们有很多的欠账,现行电力市场的格局并不清晰。随着可再生能源大规模调用,不仅对已有一定市场化基础的国外同行带来冲击,也对我国电力市场带来新挑战。
国外的电力市场建设是在思考如何构建一个灵活市场、辅助服务市场、容量市场,确保可再生能源能够更好地融入。我国虽处于市场化初期,但这些因素也应该提前考虑。
未来我国的煤电发展,将从电量供应主体转为容量供应主体。容量供应主体就是说我们在电力运行里,是需要煤电行业的。问题在于怎么在市场上体现它的价值,在电力市场的设计里,应该要有必要的辅助服务市场,或者专门的容量市场,让不同的市场主体在这个市场里以自身优势去获取应得利益。 九、电力系统成本总体呈现先升后降的“倒U型曲线”趋势;近中期电力转型与电力系统成本上升重叠,远期人人将享受清洁电力红利。
近中期电力系统成本是呈上升趋势的,2015年-2030年,电力系统成本波动上升,2030年-2040年,系统成本缓慢上升,2040年-2050年,供电成本进入下降通道。
在2015年到2030年,电力供应力争实现尽可能的低成本,这个时期还需要大量的基础设施投入。在这一阶段,电力成本一定会上升,电力转型期与电力成本上升期是重叠的。2030年前,是我们能不能实现经济可持续这个发展目标的关键时期。
2040年以后,因为我们不需要太多的电力基础设施的投入。在这个阶段,要做的是存量优化,我们肩上的任务会轻很多,进入一个享受可再生能源红利的阶段。 十、迈向可再生能源为主的新一轮全球能源转型将改变国际能源合作及治理架构;我国电力转型实践将助力全球能源互联网战略构想。
未来的国际能源合作,一定会切换到技术分享和电力供应安全这些方面。而且这个应该要纳入全球能源治理架构。现行全球能源治理架构主要是以石油天然气的资源可获得性为主体。下一步,在国际能源治理结构方面,应该会有所变化。
新能源是相对常规能源而言的,一般具有以下特征:尚未大规模作为能源开发利用,有的甚至还处于初期研发阶段;资源赋存条件和物化特征与常规能源有明显区别;开发利用技术复杂,成本较高;清洁环保,可实现二氧化碳等污染物零排放或低排放;资源量大、分布广泛,但大多具有能量密度低的缺点。根据技术发展水平和开发利用程度,不同历史时期以及不同国家和地区对新能源的界定也会有所区别。发达国家一般把煤、石油、天然气、核能以及大中型水电都作为常规能源,而把小水电归为新能源范围。
我国是发展中国家,经济、科技水平跟发达国家差距较大,能源开发利用水平和消费结构跟发达国家有着明显不同,对新能源的界定跟发达国家也存在着较大差异。小水电在我国的开发利用历史悠久,装机容量占全球小水电装机总容量的一半以上,归为新能源显然是不合适的。核能在我国的发展历史不长,在能源消费结构中所占比重很低,仅相当于全球平均水平的八分之一,比发达国家的水平更是低得多,核能在我国应该属于新能源的范围。
根据以上分析,可以把新能源范围确定为:太阳能、风能、生物质能、地热能、海洋能、氢能、天然气水合物、核能、核聚变能等共9个品种。生物质能在广义上分为传统生物质能和现代生物质能,传统生物质能属于非商品能源,是经济不发达国家尤其是非洲国家的主要能源,利用方式为柴草、秸秆等免费生物质的直接燃烧,用于烹饪和供热;现代生物质能包括生物质发电、沼气、生物燃料等,是生物质原料加工转换产品,新能源中的生物质能仅指现代生物质能。传统生物质能和大中小水电可称之为传统可再生能源,太阳能、风能、现代生物质能、地热能、海洋能则统称为新型可再生能源,是新能源的主要组成部分。
资源评价
跟常规能源相比,新能源最显著的优势就是资源量巨大(见表1)。太阳能是资源量最大的可再生能源,即使按最保守的可开发资源量占理论资源量1%计算,每年可供人类开发的太阳能也有1.3万亿toe,约相当于目前全球能源年需求量的100倍。风能的可开发资源量较低,但开发技术难度和成本也较低,全球陆上风电年可发电量约53亿kWh,相当于46亿toe。生物质能可开发资源量为48~119亿toe,不过由于存在粮食安全和环境问题,可开发资源量难以全部转化为能源。地热能的热源主要来自于长寿命放射性同位素的衰变,每年的再生量可达200亿toe以上。按照目前的技术进展情况,全球40~50a内可开发地热资源为1200亿toe,10~20a内可开发地热资源为120亿toe。海洋能资源量并不算丰富,按照全球技术可装机容量64亿kW、年利用2000小时计算,只有11亿toe。天然气水合物属于新型的化石能源,资源量相当于传统化石能源资源量的2倍,达20万亿toe。全球铀矿资源量为992.7万t,如果用于热中子反应堆,所释放的能量约相当于1400亿toe,而如果用于快中子反应堆,所释放的能量可提高60~70倍。核聚变所消耗的燃料是氘,海水中的氘有40万亿t,理论上可释放出的能量为3万亿亿toe,按目前能源消费量计算,可供人类使用200亿年以上。氢能的制备以水为原料,燃烧后又产生水,可无限循环利用,既是二次能源也可在广义上称之为可再生能源。
从以上数据可以看出,能源资源完全不存在短缺或枯竭问题,人类需要克服的最大障碍是开发利用的技术和成本问题。随着技术的进步和能源价格的上涨,目前不可开发的新能源资源有可能变为可开发资源,因此,对新能源来说,理论资源量是相对不变的,而可开发资源量却可能会大幅度增加。
开发利用现状
不同种类的新能源在资源分布、技术难度、使用成本等多方面存在相当大的差异,因而新能源的开发利用程度各不相同。在新型可再生能源中,太阳能、风能、生物质能和地热能发展势头良好,已经进入或接近产业化阶段,尤其是太阳能热水器、风电以及生物燃料,已经形成较大的商业规模,成本也降至可接受水平。核能技术已经成熟,核电在国外已过发展高峰期,在我国则刚刚兴起。核聚变、氢能、天然气水合物、海洋能仍处于研究和发展之中,距离商业化还有较大距离。
截止到2009年2月,全球核电装机已达3.72亿kW,年发电量2.6万亿kWh,在全球一次能源结构中的比重约为6%左右。相比而言,新型可再生能源的开发利用程度还很低,以2006年为例,其在全球一次能源供应量中的比重仅为1%左右,占全部可再生能源的比例也仅为8%左右。2007年,全球新型可再生能源发电装机量为1.65亿kW,相当于全球电力装机总容量的3.7%(见表2)。德国、美国、西班牙、日本等发达国家的可再生能源产业化水平已达到较高程度,其市场规模和装备制造水平跟其他国家相比具有明显优势。我国也是世界重要的可再生能源大国,太阳能热水器产量和保有量、光伏电池产量、地热直接利用量以及沼气产量都位居世界第一。不过,我国对新型可再生能源的开发多集中在技术含量较低的供暖和制热领域,在可再生能源发电技术水平和利用规模方面跟国外相比还存在较大差距。我国新型可再生能源发电装机容量仅为905万kW,占全球5.5%,远低于我国电力装机总容量占全球16%的比重。
我国发展新能源的政策建议
我国是世界第一大碳排放国、第二大能源消费国、第三大石油进口国,发展新能源具有优化能源结构、保障能源安全、增加能源供应、减轻环境污染等多重意义,同时也是全面落实科学发展观,促进资源节约型、环境友好型社会和社会主义新农村建设,以及全面建设小康社会和实现可持续发展的重大战略举措。我国政府把发展新能源上升到国家战略的高度而加以重视,陆续出台了多部法律法规和配套措施。
从近几年的总体发展情况来看,我国新能源发展势头良好,增速远高于世界平均水平,不过由于种种原因,新能源发展过程中的许多障碍和瓶颈仍未消除,主要表现在:资源评价工作不充分,技术总体水平较低,成本跟常规能源相比不具备竞争力,产业投资不足,融资渠道不畅,市场规模偏小,公众消费意愿不强,政策法规体系不够完善。结合国内外新能源发展的历史和现状,借鉴全球各国新能源发展经验,针对目前我国新能源发展过程中存在的问题,特提出如下对策建议。
(一)正确选择新能源发展方向
根据资源状况和技术发展水平,确立以太阳能为核心、核能和风能为重点的发展方向。太阳能是资源潜力最大的可再生能源,化石能源、风能、生物质能及某些海洋能都间接或直接来自于太阳能,地球每年接收的太阳辐射能量相当于当前世界一次能源供应量的1万倍。我国的太阳能热利用已经走在世界最前列,太阳能光伏电池的产量也已经跃居世界第一,不过在太阳能光伏发电方面却与光伏电池生产大国的地位极不相符。我国应进一步扩大在太阳能热利用方面的优势,同时把发展并网光伏和屋顶光伏作为长期发展重点。风能是利用成本最低的新型可再生能源,风电成本可以在几年内降低到常规发电的水平,目前已经初步具备市场化运作的条件。我国风力资源较丰富的区域为西部地区及东部沿海,属于电网难以到达或电力供应紧张的地区,发展风电应是近期和中期的努力方向。核燃料的能量密度远高于常规能源,核电站可以在较短时间内大量建造,迅速弥补电力装机缺口,最近国家发改委已经把核电规划容量提高了一倍多。
(二)加大新能源技术研发力度
我国从事新能源技术研究的机构分布在上百个高校和科研机构,数量虽多,但由于力量分散,具有世界水平的研究成果并不多。建议整合具有一定实力的新能源研究机构,成立中央级新能源科学研究院。抓住当前因金融危机而引发全球裁员潮的有利时机,积极创造条件吸引国外高端研究人才。以新能源重大基础科学和技术的研究为重点,加强科研攻关,尽快改变我国新能源科学技术落后的面貌。密切与国外的技术合作与交流,充分利用CDM机制,注重先进技术的引进并进行消化吸收与再创新,努力实现技术水平的跨跃式发展。
可再生能源大多具有能量密度低、资源分布不均衡等缺点,对其进行低成本、高效率利用是新能源开发的首要问题。显然,可再生能源开发技术的复杂程度要比常规能源高得多,涉及资源评价、材料和设备制造、工程设计、配发和管理等多个领域,必须进行跨学科联合攻关,这对我国目前相对封闭的科研体制提出了挑战。国家需要在搞活科研创新机制、打造科研合作平台、加大知识产权保护力度等方面做更多的努力,营造良好的科研环境。
(三)有序推进新能源产业化和市场化进程
只有实现新能源的大规模产业化和市场化,才有可能使新能源的利用成本降至具有竞争力的水平,为新能源普及打下基础。在新能源开发成本较高、使用不便的情况下,推进新能源产业化和市场化必须由政府作为推手。促进产业化和市场化的措施涉及电价、配额、示范工程、技术转化、税费减免、财政补贴、投资融资等,要对各种新能源的不同特点进行充分分析,分门别类地制定合适的激励政策。为保证政策的长期有效要建立完善的督促检查机制,对违规行为进行惩处,以维护国家政策措施的严肃性。
国家应及时更新新能源产业的投资指导目录,引导、鼓励企业和个人对新能源的投资。同时,也要对新能源投资行为进行规范,避免一哄而上,造成局部重复投资或投资过热。防止企业借投资新能源套取财政补贴、减免税费或增加火电投资配额等不良行为。约束高污染新能源行业的投资行为,尤其是多晶硅副产品四氯化硅所带来的环境污染问题值得关注。
(四)及早实施“走出去”战略
我国是铀矿资源贫乏的国家,资源量远不能满足未来核电发展的需要,铀矿供应必须依赖国际市场。有关资料统计世界上铀矿资源丰富的国家有澳大利亚、美国、哈萨克斯坦、加拿大、俄罗斯等,这5个国家的资源量合计占全球的比重为三分之二。其中,澳大利亚和哈萨克斯坦都是无核电国家,所生产的铀矿主要用于出口。我国与哈萨克斯坦等国家关系良好,可作为实施铀矿“走出去”战略的重要目的国。合作重点应该放在最上游的勘探、开采领域,争取获得尽可能多的探矿权和采矿权,为我国核电站提供稳定、长期的核燃料来源。
目前全球对天然气水合物的地质工作程度还非常低,这为我国获取海外天然气水合物资源提供了绝好的机会。在油气资源领域,美国、日本等发达国家已经把全球的优质资源瓜分完毕,而在天然气水合物领域,我国还存在较多获取海外资源的机会。太平洋边缘海域陆坡、陆隆区及陆地冻土带的天然气水合物资源丰富,这一地带所涉及的国家主要是俄罗斯、美国、加拿大,应努力争取获得跟上述三国合作开发的机会。拉丁美洲国家沿海的天然气水合物资源也比较丰富,要充分利用这些国家技术力量薄弱、研究程度低的现状,加强与这些国家合作,以期能够在未来取得这些国家的天然气水合物份额。
东南亚处于热带地区,自然植被以热带雨林和热带季雨林为主,特别适合油料作物的生长,是发展生物柴油产业的理想区域。东南亚国家是我国的近邻,可为我国的生物柴油产业提供丰富而廉价的原料。我国可采取以技术、市场换资源的合作方式,在当地设立林油一体化生产基地,产品以供应我国国内为主。
(五)调整、完善新能源发展规划和政策措施
我国已经出台的新能源发展规划有《可再生能源中长期发展规划》、《可再生能源发展“十一五”规划》、《核电中长期发展规划(2005-2020年)》等,部分行业部门和地方地府也针对实际情况制定了各自的发展规划。国家级的规划存在两个问题:一是发展目标定得偏低,如风能到2010年的发展目标为1000万kW,到2020年的发展目标为3000万kW,而事实上,1000万kW的目标已经于2008年实现,3000万kW的目标也可能提前于2012年左右实现;二是缺乏设备制造产业和资源评价方面的目标。
国家有关部门应密切跟踪国外新能源现状,充分考虑新能源资源量、技术发展水平、环境减排目标、常规能源现状等因素,对我国新能源发展规划作出适当调整和完善,为新能源产业发展提供指导。我国有关新能源与可再生能源的规定和政策措施并不比国外少,但这其中有许多已经不再符合我国的实际,应立即对不合时宜或相互矛盾的规定和措施进行清理,制定出切实可行、可操作性高的配套法规和实施细则。
(六)建立符合国际标准的新能源统计体系