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        清潔能源的利用與發展

        發布時間:2021年03月26日
        來源:中國礦業報網(2021-03-26)作者:王朋飛

        摘要:清潔能源具有低碳排放特征,其廣泛利用是我國能源結構調整必經之路,就目前來說也是唯一的路。我國要實現“碳中和”和“能源結構調整”,就應該從排放端考慮工業和電力的清潔能源使用效率。

        中國確定了“二氧化碳排放力爭2030年前達到峰值,力爭2060年前實現碳中和”的目標,非化石能源到2030年在一次能源消費中的比重將達到25%左右。這對加快我國能源的轉型提出了非常高的要求。習近平總書記主持召開的中央財經委員會第九次會議,再次強調把碳達峰、碳中和納入生態文明建設整體布局。清潔能源在能源結構中的地位已經成為國際能源轉型的風向標。

        一、清潔能源的內涵、分類

        清潔能源即綠色能源,傳統意義上是指不排放污染物、能夠直接用于生產和生活的能源,包括核能和可再生能源。隨著科技、經濟與能源轉型的需求,清潔能源的內涵發生了很大變化。美國能源部對清潔能源的最新定義是對能源清潔、高效、系統化應用的技術體系,主要體現在三個方面:第一,清潔能源是指能源利用的技術體系;第二,清潔能源指的是符合一定的排放標準;第三,清潔能源必須具備經濟性。按照他們的最新分類,清潔能源包括太陽能、風能、水能、地熱能、生物質能和核能。

        二、清潔能源利用現狀

        世界發達國家均已利用清潔能源,并取得了極其可觀的社會效益和經濟效益。目前,美國國內最大的太陽能光伏發電站Solar Star光伏電站,裝機容量為579兆瓦。Ivanpah太陽能發電廠是美國最大的集中式太陽能熱電廠,位于加利福尼亞州的Mojave沙漠,裝機容量為392兆瓦。西班牙已建立了Planta Solar 10和Planta Solar 20太陽能熱電廠,裝機容量分別為11兆瓦和20兆瓦。美國沿海水域上空的風力所蘊藏的潛在資源足以提供超過每年4000兆瓦的電力。目前,美國已經能夠利用海岸線附近的強風產生電力,而且產生的電力能夠并入美國國家電網。

        我國在寧夏建立了世界上最大的單體光伏發電站——寧夏鹽池新能源綜合示范區電站,裝機容量達2000兆瓦;在甘肅酒泉建立了世界上最大的風力發電基地,裝機容量達到10000兆瓦,但面臨著風電無法有效并入國家電網等問題。

        關于水力發電,歐美發達國家不僅可以建造胡佛大壩(美國)、大古力水電站(美國)、薩楊-舒申斯克水電站(俄羅斯),而且還能夠利用市政供水設施或灌溉溝渠的水流來發電。美國等一些發達國家甚至可以通過改道城市徑流設施,在城市內河流重新匯入主干河流之前,引導部分河流通過一個小型城市發電站來進行發電。如除了特拉華州和密西西比州以外,美國所有州都在使用市政供水設施進行水力發電,而華盛頓州74%的電力來自水力發電。

        美國能源部主推的地熱能Forge計劃,目的是對地熱能系統進行尖端的研究、鉆井和技術測試。目前,該計劃已使增強型地熱能系統(EGS)在美國西部地區得到了大力推廣,所發電量占據美國總用電量的10%。位于加利福尼亞州的Geysers地熱田是目前世界上最大的地熱能資源供應商,其開采對象是美國地質調查局估算的美國西部3萬兆瓦的地熱能資源,具有非常大的資源潛力及商業價值。

        生物質是一種有機可再生能源,包括農業和森林殘留物、能源作物和藻類等材料。美國能源部、國家實驗室以及歐盟清潔能源委員會等機構正在尋找新的、更有效的方法將生物質轉化為生物燃料,以取代汽油、柴油和航空燃料等傳統燃料。同時,美國能源部的生物能源技術辦公室(BETO)正在加速推進利用非糧食來源的生物質能和廢棄物資源來發電的突破性技術。

        三、清潔能源在碳中和能源結構調整中的重要性

        清潔能源具有低碳排放特征,其廣泛利用是我國能源結構調整必經之路,就目前來說也是唯一的路。我國要實現“碳中和”和“能源結構調整”,就應該從排放端考慮工業和電力的清潔能源使用效率。今年政府工作報告明確要求,2021年要實現北方地區清潔取暖率達到70%。如,大力推進城市地熱取暖供電系統以及市政供水發電系統,在降低碳排放的同時緩解我國北方城市冬季燃煤取暖成本高、造成環境污染等問題,而且還能緩解夏季用電高峰造成的供電緊張。

        清潔能源不僅在碳中和以及能源結構調整中起著重要作用,而且對促進社會和諧發展、經濟平穩運行具有重要意義。如,建立大型太陽能光伏電站、太陽能熱電站、水電站以及風能發電站來代替廣泛使用的火力發電廠,不僅能消除煤炭燃燒后剩下的煤渣對環境造成的污染,還可以降低火力發電廠CO2排放量;在農村大力推廣生物質能源,不僅能緩解農村的用電、用氣(沼氣)問題,助力鄉村振興,而且對加快建設農村清潔能源供給體系、緩解能源產物二次污染及降低碳排放均有促進作用。

        四、地質工作與清潔能源

        地質工作與清潔能源有著緊密的關聯。首先,現在主流推廣的地熱能資源就需要地質工作者進行大力勘查與開發,自然資源部中國地質調查局在推進干熱巖發電方面取得了重要突破。其次,太陽能光伏電站、風力發電站的選址同樣需要地質工作。在保證光伏電站正常運行所需的基本光照條件、風力渦輪機運行所需的基礎風力及地形地貌等因素外,還應盡量避免大型地質構造斷裂帶所分布的地區;對制造太陽能電池板、日光反射裝置等所需的特殊材料,如鋰、砷及鎵等戰略性稀有金屬礦產,需要加大調查評價和勘查力度;核能的利用與開發需要地質工作者針對鈾礦進行勘查,確保核能發電站所需的基本原料的供應充足等。

        [責任編輯:kyb]

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