能源革命(第二部分)

企劃管理部2015年12月25日能源（二）目錄頁(yè)碼一、能源簡(jiǎn)介 3二、能源革命的緣由 7三

、能源革命的內(nèi)容 11四、

能源生產(chǎn) 13五、

能源傳輸 40六、

能源儲(chǔ)存 52七、能源消費(fèi)61本期介紹后三部分五、能源傳輸電力輸送通常都采取高壓輸電的方式，首先在發(fā)電廠增加變電站，通過升壓變壓器，將發(fā)出的10.5千伏的電升為35KV、110KV甚至1000KV長(zhǎng)距離輸送，到了目的地后首先送達(dá)到集中的變電站，根據(jù)用戶距離，通過降壓變壓器將電壓降到35KV或者10.5KV,再進(jìn)行短距離的輸送，10.5KV再通過變壓器變成三相電，供用戶使用。除化石能源外，目前人類使用最廣泛的能源就是電力。電力傳輸系統(tǒng)五、能源傳輸我國(guó)能源資源與能源需求呈逆向分布，80%的水能資源在西南部，90%的陸地風(fēng)能主要集中在西北、東北和華北北部，太陽(yáng)能年日照超過3000小時(shí)地區(qū)主要在西藏、青海、甘肅、寧夏、新疆等西部省區(qū)；而70%以上能源需求在東中部，距離一般在800-3000公里。這就迫切要求電力實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效的大規(guī)模送出和大范圍消納。中國(guó)新能源現(xiàn)狀正面我國(guó)風(fēng)電發(fā)電裝機(jī)量全球第一，光伏發(fā)電裝機(jī)量也是遙遙領(lǐng)先。反面風(fēng)電、光伏等具有間歇性、隨時(shí)性特性，為需要保持發(fā)電、用電實(shí)時(shí)平衡的調(diào)度系統(tǒng)帶來了難題，電網(wǎng)視其為“垃圾電”，且能源生產(chǎn)地的電力需求有限，電網(wǎng)建設(shè)又滯后，因此新能源發(fā)電并網(wǎng)難，生產(chǎn)出來卻輸送不出去。五、能源傳輸一面是新能源的輸送并網(wǎng)難，另一方面是用電大省的電荒危機(jī)和環(huán)境壓力。生產(chǎn)與消費(fèi)的矛盾電不能大量?jī)?chǔ)存，需要發(fā)供用瞬時(shí)同步進(jìn)行，所以必須輸送出來。而從新疆輸送到華東要幾千公里，必須用特高壓，否則已經(jīng)建成的清潔能源送不出去，造成大面積的棄風(fēng)棄電。交流輸電電壓一般分高壓、超高壓和特高壓。國(guó)際上，高壓(HV)通常指35-220kV的電壓；超高壓(EHV)通常指330kV及以上、1000kV以下的電壓；特高壓(UHV)指1000kV及以上的電壓。另±800千伏及以上的直流電稱為特高壓直流輸電(UHVDC)。五、能源傳輸特高壓“四特”相對(duì)于其它高壓，特高壓的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在“四特”。特高壓電網(wǎng)指的是以1000kV輸電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，超高壓輸電網(wǎng)和高壓輸電網(wǎng)以及特高壓、高壓直流輸電和配電網(wǎng)構(gòu)成的分層、分區(qū)、結(jié)構(gòu)清晰的現(xiàn)代化大電網(wǎng)。長(zhǎng)期以來，中國(guó)長(zhǎng)距離輸電和世界其他國(guó)家一樣，主要用500千伏的交流電網(wǎng)，只在俄羅斯、日本、意大利有少量1000千伏交流線路，且都降壓運(yùn)行。自十二五規(guī)劃以來，特高壓在中國(guó)取得了高速發(fā)展，并走向海外，2014年國(guó)家電網(wǎng)獲建巴西美麗山800千伏特高壓直流2092公里的輸電線路項(xiàng)目，總投資約合18億美元。五、能源傳輸特高壓示范線晉東南-南陽(yáng)-荊門項(xiàng)目是我國(guó)自主研發(fā)、自主設(shè)計(jì)和自主建設(shè)的世界上電壓等級(jí)最高、輸送容量最大、送電距離最遠(yuǎn)、技術(shù)水平最先進(jìn)的交流輸電工程。該線路全長(zhǎng)654公里，靜態(tài)投資約57億元，于2006年8月開工建設(shè)，2009年1月投入商業(yè)運(yùn)行。2010年8月特高壓交流輸電試驗(yàn)示范工程獲得國(guó)家驗(yàn)收通過。通過示范工程實(shí)踐，我國(guó)建成了世界一流的特高壓試驗(yàn)研究體系，掌握了特高壓交流輸電核心技術(shù)，建立了特高壓交流輸電標(biāo)準(zhǔn)體系，實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)電工裝備制造的產(chǎn)業(yè)升級(jí)，驗(yàn)證了特高壓交流輸電的技術(shù)可行性、設(shè)備可靠性、系統(tǒng)安全性和環(huán)境友好性，培養(yǎng)鍛煉了技術(shù)和管理人才隊(duì)伍，自此，特高壓交流輸電工程從示范階段進(jìn)入大規(guī)模建設(shè)階段。五、能源傳輸特高壓規(guī)劃“十二五”規(guī)劃中，聯(lián)接能源基地與主要負(fù)荷中心的“三縱三橫一環(huán)網(wǎng)”特高壓骨干網(wǎng)架和基本完成，形成西電東送、北電南送的能源配置格局?！笆濉币?guī)劃中，“四交四直”特高壓工程列入大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃，陸續(xù)開工建設(shè)中。五、能源傳輸在固有觀念中，電力的傳輸必然會(huì)同導(dǎo)體聯(lián)系在一起，也就是說，必須要有電線。未來的電能傳輸未來無線電力傳輸將成為生活的常態(tài)，顧名思義，即以非接觸的無線方式實(shí)現(xiàn)電源與用電設(shè)備之間的能量傳輸。技術(shù)上，無線輸電技術(shù)與無線電通訊中所用發(fā)射與接收技術(shù)并無本質(zhì)區(qū)別。但是前者著眼于傳輸能量，后者是附載于能量之上的信息。尼古拉·特斯拉（NikolaTesla，1856年-1943年），塞爾維亞裔美籍科學(xué)家。早在1891年證實(shí)了無線能量傳輸。他發(fā)明了“特斯拉線圈”，并試圖將其放大，把地球作為內(nèi)導(dǎo)體，地球電離層作為外導(dǎo)體，通過他的放大發(fā)射機(jī)，使用這種放大發(fā)射機(jī)特有的徑向電磁波振蕩模式，在地球與電離層之間建立起大約8赫茲的低頻共振，利用環(huán)繞地球的表面電磁波來傳輸能量。五、能源傳輸特斯拉有生之年沒有實(shí)現(xiàn)“全球無線輸電”主張。后人從理論上證實(shí)了方案的可行性，只不過涉及到世界范圍內(nèi)的能量廣播和免費(fèi)獲取，在現(xiàn)有的政治和經(jīng)濟(jì)體制下，無法實(shí)現(xiàn)，估計(jì)到“地球聯(lián)邦”那時(shí)候時(shí)機(jī)就成熟了。而在電能儲(chǔ)存技術(shù)多年沒有得到革命性突破的情況下，近年來無線電能傳輸研究也成為熱點(diǎn)。無線電能傳輸2007年美國(guó)麻省理工學(xué)院的科學(xué)家通過電磁感應(yīng)成功“隔空”點(diǎn)亮了離電源兩米多遠(yuǎn)處的一個(gè)60瓦燈泡。2008年多家科研機(jī)構(gòu)和公司組織成立了無線充電聯(lián)盟（WirelessPowerConsortium），2010年了無線充電聯(lián)盟正式將QI無線充電技術(shù)引入中國(guó)。五、能源傳輸無線電能傳輸技術(shù)無線電能傳輸就是借助于電磁場(chǎng)或電磁波進(jìn)行能量傳遞的一種技術(shù)。目前主要分為電磁感應(yīng)式、電磁共振式和電磁輻射式。電磁感應(yīng)式用于近距離傳輸，通常在cm級(jí)別電磁共振式適于中等距離傳輸，通常在m級(jí)別電磁輻射式可用于遠(yuǎn)距離傳輸，通常在km級(jí)別五、能源傳輸短距離傳輸應(yīng)用戴爾Latitude

Z筆記本在PC類產(chǎn)品首次采用了無線技術(shù)。海爾發(fā)布無尾電視，率先在家電產(chǎn)品中采用無線技術(shù)。手機(jī)無線充電已經(jīng)得到初步應(yīng)用。無線充電對(duì)電子產(chǎn)品而言是錦上添花的新功能，但對(duì)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)，可能是啟動(dòng)市場(chǎng)的關(guān)鍵。在消費(fèi)類電子產(chǎn)品領(lǐng)域短距離小功率應(yīng)用方面快速成長(zhǎng)。五、能源傳輸遠(yuǎn)距離傳輸應(yīng)用最徹底的革命便是特斯拉提出的“全球無線輸電”的概念。而遠(yuǎn)距離大功率電能傳輸技術(shù)尚在研究階段，在前述太空太陽(yáng)能中也作了簡(jiǎn)要說明。2015年3月，日本宇航研究開發(fā)機(jī)構(gòu)JAXA和三菱公司宣稱在無線電能傳輸技術(shù)上取得了突破，演示了長(zhǎng)距離無線電能傳輸。這是屬于定向傳輸，使得人類在太空中進(jìn)行太陽(yáng)能生產(chǎn)往前邁進(jìn)了一步。太空太陽(yáng)能發(fā)電預(yù)計(jì)在2050年間實(shí)現(xiàn)。五、能源傳輸未來傳輸應(yīng)用未來，家用電器設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、可穿戴設(shè)備、電動(dòng)工具、辦公室電器、廚房電器、電動(dòng)汽車等都可以實(shí)現(xiàn)無線充電。其實(shí)應(yīng)該叫“無線供電”，一邊傳輸一邊使用電能，不需要任何類似于電池的電量存儲(chǔ)設(shè)備，更不需要提前充電了。到那時(shí)電線、插線板、電池都可以消失了，你甚至感受不到電的存在，它就像空氣一樣無處不在。室外室內(nèi)人體六、能源儲(chǔ)存電能儲(chǔ)存的必要性電力支配和影響了我們的生活，如果停電一個(gè)月，這個(gè)世界將亂成一團(tuán)。但是目前人類還無法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的電能儲(chǔ)存，發(fā)電、送電、用電必須是同時(shí)進(jìn)行的。只有在小范圍內(nèi)，存儲(chǔ)設(shè)備將電能轉(zhuǎn)化為其他類型的能量，特定時(shí)間段內(nèi)，又將此種類型的能量再次反轉(zhuǎn)為電能以用于生產(chǎn)生活所需。

隨著時(shí)代發(fā)展和需求提升，儲(chǔ)能技術(shù)停滯不前成為當(dāng)前技術(shù)發(fā)展的重大瓶頸。平滑間歇性電源功率波動(dòng)，增強(qiáng)電網(wǎng)調(diào)頻、調(diào)峰能力；減小負(fù)荷峰谷差，提高電力系統(tǒng)效率和設(shè)備利用率；增加備用容量，提高用電安全穩(wěn)定性和質(zhì)量；大幅提高電網(wǎng)接納可再生能源的能力，促進(jìn)可再生能源集約化開發(fā)和利用；移動(dòng)類用電產(chǎn)品迎來革命性解放。12345六、能源儲(chǔ)存純電能儲(chǔ)存純電能可以以兩種方式儲(chǔ)存，一種是以電場(chǎng)的方式儲(chǔ)存，一種是以磁場(chǎng)的方式儲(chǔ)存。電是以電離子的定向移動(dòng)而存在的，電子在介質(zhì)中移動(dòng)從而形成電流。電容以電場(chǎng)的方式儲(chǔ)存電能的電子元件是電容，電能以電勢(shì)能的形式儲(chǔ)存；以磁場(chǎng)的方式儲(chǔ)存電能的電子元件是電感，即線圈，電能以動(dòng)能的形式儲(chǔ)存。電感六、能源儲(chǔ)存純電儲(chǔ)存局限性最大的問題點(diǎn)就是損耗，電子在運(yùn)動(dòng)過程中也會(huì)相互碰撞或與其他原子碰撞而動(dòng)能降低，超導(dǎo)技術(shù)尚無法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，因此電動(dòng)能形式的直接存儲(chǔ)電能較難實(shí)現(xiàn)。磁場(chǎng)的方式儲(chǔ)存理想的介質(zhì)是不存在的，要提高能量?jī)?chǔ)存就要提升電極間的電勢(shì)差（電壓），電勢(shì)差增加，對(duì)介質(zhì)的絕緣要求也更高，對(duì)制造工藝也要求更高。因此電勢(shì)能的直接存儲(chǔ)也是難以實(shí)現(xiàn)的。電場(chǎng)的方式儲(chǔ)存在電磁儲(chǔ)能中的超導(dǎo)磁體和超級(jí)電容器研究尚未成功的情況下，目前主要應(yīng)用的是機(jī)械儲(chǔ)能與電化學(xué)儲(chǔ)能（蓄電池），這里重點(diǎn)介紹蓄電池。蓄電池分類電池按工作性質(zhì)可分為一次電池(如干電池)和二次電池。二次電池又稱為充電電池或蓄電池，指在電池放電后可通過充電的方式使活性物質(zhì)激活而繼續(xù)使用的電池。充電電池的充放電循環(huán)可達(dá)數(shù)千次到上萬(wàn)次，故其更經(jīng)濟(jì)實(shí)用。目前市場(chǎng)上主要蓄電池有“鉛酸”、“鎳氫”、“鎳鎘”、“鋰離子”等。鉛酸蓄電池應(yīng)用最廣，鋰離子電池發(fā)展最快，鋁、釩、鎂、石墨稀電池等概念紛至沓來。六、能源儲(chǔ)存鋰離子電池原理六、能源儲(chǔ)存鋰電池大致可分為兩類：鋰金屬電池和鋰離子電池。我們所說的一般都是鋰離子電池。典型的鋰離子蓄電池體系由碳負(fù)極(焦炭、石墨)、正極氧化鈷鋰(LixCoO2）和有機(jī)電解液三部分組成。鋰離子電池實(shí)際上是一個(gè)鋰離子濃差電池，充電時(shí)，Li+從正極脫嵌經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極，此時(shí)負(fù)極處于富鋰態(tài)，正極處于貧鋰態(tài)；放電時(shí)則相反，Li+從負(fù)極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入正極，正極處于富鋰態(tài)，負(fù)極處于貧鋰態(tài)。因此，在充放電循環(huán)時(shí)，Li+分別在正負(fù)極上發(fā)生“嵌入-脫嵌”反應(yīng)，Li+便在正負(fù)極之間來回移動(dòng)，所以，人們又形象地把鋰離子電池稱為“搖椅電池”或“搖擺電池

”。技術(shù)原理優(yōu)勢(shì)高能量密度高電壓污染少循環(huán)壽命高無記憶效應(yīng)快速充電鋰離子電池發(fā)展六、能源儲(chǔ)存

1991年，索尼公司推出第一款商業(yè)版鋰離子電池，當(dāng)今的移動(dòng)世界離不開鋰離子電池，這是目前可充電電池（筆記本電腦、照相機(jī)、手機(jī)和電動(dòng)汽車等）的最佳選擇。2014年全球鋰電池產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)249億美元。全球鋰電池產(chǎn)業(yè)規(guī)模中國(guó)鋰電池產(chǎn)業(yè)規(guī)模動(dòng)力鋰電池主要廠商六、能源儲(chǔ)存隨著電動(dòng)汽車市場(chǎng)的火熱，動(dòng)力型鋰離子電池逐步成為驅(qū)動(dòng)鋰離子電池產(chǎn)業(yè)的主要力量。2014年，全球電動(dòng)汽車鋰離子電池產(chǎn)能井噴，產(chǎn)量高達(dá)7000兆瓦時(shí)，年比增長(zhǎng)約54%，日本松下為特斯拉和大眾等供應(yīng)電池，市場(chǎng)份額遙遙領(lǐng)先，日本日產(chǎn)和NEC的合資公司AESC排第二，韓國(guó)LG化學(xué)第三，中國(guó)的比亞迪、北京普萊德、AirLithium（中航鋰電）和天能四家廠商發(fā)展迅速，進(jìn)行前十。國(guó)內(nèi)知名的廠商還有天津力神、合肥國(guó)軒、新能源科技（ATL）、哈爾濱光宇、萬(wàn)向集團(tuán)、深圳比克、深圳沃特瑪?shù)取ｋ姵氐亩贪迮c應(yīng)對(duì)六、能源儲(chǔ)存目前鋰離子電池在能量密度、倍率性能上都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鉛酸、鎳氫電池，但還是難以滿足快速增長(zhǎng)的電子產(chǎn)品、電動(dòng)汽車等的需求。而對(duì)鋰電池性能的利用率已經(jīng)接近能達(dá)到的極限，提升續(xù)航能力只能另辟蹊徑或用最笨的辦法了。增加電池容量增大電池體積擴(kuò)充電量，拆掉特斯拉MODELS外殼，底下是7000顆的松下18650電池，重量為600公斤，接近車總重三分之一。電池快速充電手機(jī)朝輕薄方向發(fā)展，不可能擴(kuò)大電池體積，研究快速充電縮短充電時(shí)間，達(dá)到相對(duì)延長(zhǎng)電量的結(jié)果（廣告“充電五分鐘通話兩小時(shí)”洗腦）。未來電池技術(shù)發(fā)展方向六、能源儲(chǔ)存自1991年鋰電池推出以來，電池技術(shù)已經(jīng)24年沒有迎來新的革命性突破了，未來技術(shù)發(fā)展的方向在哪里，什么時(shí)候到來，鋁、釩、鈉、鎂、鉀、氫、石墨稀等電池誰(shuí)能獨(dú)占鰲頭，或是百花齊放，或者又有新的技術(shù)概論出現(xiàn)，這此業(yè)內(nèi)都爭(zhēng)執(zhí)不下，個(gè)人更不得而知。日經(jīng)技術(shù)在線設(shè)想的電池技術(shù)路線圖能源浪費(fèi)嚴(yán)重七、能源消費(fèi)我國(guó)能源形勢(shì)日益嚴(yán)峻，主要表現(xiàn)為能源短缺危機(jī)、能源安全危機(jī)以及環(huán)境危機(jī)三大問題。與之并存的我國(guó)也是世界上也是能源浪費(fèi)最嚴(yán)重的國(guó)家。據(jù)統(tǒng)計(jì)，近年來我國(guó)每年浪費(fèi)的能源在4億噸標(biāo)準(zhǔn)煤左右，占到能源生產(chǎn)量的12%～16%，從能源生產(chǎn)到進(jìn)入終端消費(fèi)的過程中無不伴隨著浪費(fèi)現(xiàn)象。能源密集型產(chǎn)業(yè)比重偏大，高耗能產(chǎn)業(yè)用能約占一半。GDP占世界總量的12%，卻消耗了世界22%的一次能源，同時(shí)霧霾等環(huán)境問題開始集中爆發(fā)，反映了我國(guó)發(fā)展方式粗放、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理，高能耗、高污染，代價(jià)昂貴。在個(gè)人能源消費(fèi)方式方面，我們經(jīng)常存在“燈下黑”式的忽視行為，沒有節(jié)減意識(shí)；存在著攀比心理、面子心態(tài)，追求高檔次大排量高能耗生活；以為個(gè)人消耗有限，不差我一個(gè)，卻不知如果人人都這么想，那消費(fèi)觀念又怎么節(jié)能健康環(huán)保呢。能源消費(fèi)革命七、能源消費(fèi)