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    HOW ARE THE TEAMS SELECTED? Teams applying to compete in Solar Decathlon 2015 were required to demonstrate their ability to design and build an innovative, solar-powered house; raise additional project funds; support the project through an integrated curriculum; and organize a student team able to carry the project through to completion. WHERE ARE THE PAST SOLAR DECATHLON HOUSES? Since 2002, 130 teams have participated in the U.S. Department of Energy Solar Decathlon. The houses from prior events—now located throughout the U.S. and around the world—continue to serve numerous education, conservation, and community-oriented functions. To view an interactive map displaying where past Solar Decathlon houses are now
    来源机构: 美国能源部 | 点击量:0
  • 2   2019-11-06 地热能领域产业技术分析报告 (编译服务:可再生能源)     
    摘要:

    本报告从产业现状、政策以及专利技术角度分析了我国地热能利用的现状,并对核心技术进行了梳理。

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    使用化石燃料油运行的内燃机机提供约25%的全球功率(每年消耗约30亿吨燃油 — 见图1)),为此,它们的排放量约占全球温室气体(GHG)排放量的10%(图2)。多年来,减少燃油消耗和排放一直是发动机研究人员和制造商的目标,这可以在本《国际发动机研究杂志》(IJER)上发表的二十年具有开创性的同行评审文章中看到。确实,已经取得了重大进展,使当今的内燃机成为技术奇迹。但是,最近,排放丑闻严重打击了内燃机的声誉,这威胁了该技术为减少交通运输部门的排放做出重大贡献的能力。作为回应,已经提出了用纯电动车代替车辆内燃机的提议,其预期目标是进一步减少燃料消耗和排放,并减少车辆GHG排放

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  • 摘要:

    使用化石燃料油运行的内燃机机提供约25%的全球功率(每年消耗约30亿吨燃油 — 见图1)),为此,它们的排放量约占全球温室气体(GHG)排放量的10%(图2)。多年来,减少燃油消耗和排放一直是发动机研究人员和制造商的目标,这可以在本《国际发动机研究杂志》(IJER)上发表的二十年具有开创性的同行评审文章中看到。确实,已经取得了重大进展,使当今的内燃机成为技术奇迹。但是,最近,排放丑闻严重打击了内燃机的声誉,这威胁了该技术为减少交通运输部门的排放做出重大贡献的能力。作为回应,已经提出了用纯电动车代替车辆内燃机的提议,其预期目标是进一步减少燃料消耗和排放,并减少车辆GHG排放。

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    中国正处于能源转型的初期,其目标是建立一个面向未来的可持续能源系统。2017年10月,党的十九大明确并坚定了到2020年全面建成小康社会,到2035年基本实现现代化,到2050建成富强、民主、文明、和谐的社会主义现代化国家的方向和决心。中国着力在经济发展方面从高速度向高质量转型,能源部门也将顺应这一转变。中国将发展“清洁、低碳、安全、高效的能源系统”确定为一项基本政策,未来的2020年、2035年和2050年是三个重要的里程碑。

    2018年《中国可再生能源展望》(CREO)以十九大报告展现的战略目标为出发点,在确保未来经济连续发展与生态文明建设的前提下,清晰勾勒2050年能源系统的发展愿景,精准设定目标年的能源与环境目标;同时从未来的目标出发,回溯倒逼出目前所需的能源发展路线图,并与当前政策下的顺势发展路径做出比较分析。报告中也提出了为确保能源顺利转型,短期内为促进可再生能源消纳所需要采纳措施和行动。

    我坚信,对未来充满愿景是能源转型进程中的一个必要环节。若缺乏对能源系统的强烈愿景,转型进程则会过于缓慢,无法实现长期目标。同时前景分析必须植根于对能源系统的深入了解和完善的量化分析之上,只有这样才能精准部署为实现远景而需要的政策手段。

    能源转型之路,艰难复杂,存在着多方博弈与利益冲突。我们希望《中国可再生能源展望2018》(CREO2018)能为能源政策的制定提供强有力的研究基础和参考平台,为中国能源顺利转型,如期实现十九大的总体目标做出应有的贡献。

    同往期报告一样,《中国可再生能源展望2018》是由国家发展和改革委员会能源研究所(ERI)和国家可再生能源中心(CNREC)联合国内外合作伙伴共同撰写,儿童投资基金会(CIFF)、丹麦政府以及德国政府共同出资支持。本报告受益于来自各方的不断支持以及宝贵的指导和建议。在此,谨向参与报告的专家同仁以及出资各方致以诚挚谢意。

    来源机构: 国家可再生能源中心 | 点击量:46
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    7月14日,国际可再生能源机构(IRENA)发布《全球及各地区离网可再生能源发展现状和趋势》 报告指出,离网可再生能源已成为可持续发展社会中现代能源服务的一种主流解决方案。过去十年(2008-2017年),全球离网可再生能源取得了显著的发展成果,其装机容量从2008年的2 GW增加到2017年6.5 GW,增长了两倍多。得益于此,全球通过离网可再生能源获得廉价、安全可靠的现代能源服务的人数达到了近1.33亿人(2016年数据)。报告对全球离网可再生能源的发展现状和趋势进行了系统分析,主要内容如下:

    1、2011-2016年间,离网可再生能源所服务的人数增加了6倍,达到近1.33亿人

    截止当前(2016年数据),全球约有1.33亿人通过离网可再生能源获得照明和其他电力服务。其中大约1亿人使用太阳能照明(<11瓦),2400万人使用太阳能家庭系统(>11瓦),至少900万人获得了微电网服务。在过去五年中(2011-2016年),由于太阳能照明成本的迅速下降以及各地建立了供应链,这让服务变得触手可及,同时也推动了离网可再生能源的增长。创新的服务方式和融资模式,如即付即用(PAYG)和微型融资,也增加了太阳能家庭系统的数量。自2007年以来,得益于亚洲的经济增长,以水力发电为基础的微电网所服务的人口增加了一倍多,并在2016年达到了640万人。虽然太阳能照明和太阳能家庭系统服务了绝大多数的离网可再生能源人口,但它们仅占总装机容量的一小部分(4%)。而基于太阳能、水电和生物质的高容量太阳能家庭系统和微电网有潜力提供更广泛的电力服务,包括用于生产用途。

    从2008年到2017年,离网可再生能源的装机容量增长了2倍多,从2 GW增加到6.5 GW。其中有一部分用于家庭供电,但大多数(83%)用于工业(如联合发电)、商业(如为电信基础设施供电)和公共用能终端(如街道照明、水泵)。

    2、亚洲引领全球离网可再生能源部署

    在过去的十年里,亚洲主导了全球离网可再生能源的发展,该地区的可再生能源装机容量从2008年的1.3 GW增加到了4.3 GW。这一增长很大程度上是由太阳能快速发展所驱动,其在可再生能源中的占比增加近2倍,从2008年的11%上升到2017年超过30%。而正在部署的离网太阳能将提供更为广泛的服务,包括家庭的电力和商业/公共用途。同期,离网水电装机容量翻了一番,达到了127 MW。在服务人口方面,离网可再生能源服务的人口数量增长了近8倍,从2008年不到1000万人增至2016年超过7600万人。其中约有5000万人获得太阳能照明服务,超过2000万人获得太阳能家庭系统服务。

    在亚洲,离网可再生能源还被用于烹饪。此外,家庭的生物质能源系统方案也已在许多国家实施,包括孟加拉国、柬埔寨、中国、印度、尼泊尔和越南。在整个亚洲地区内,普遍存在使用固体生物燃料来取暖。

    近年来,亚洲地区在扩大电力供应上取得了重大进展。虽然电网服务还是最主要的服务方式,但是离网电力方案也在各种环境中发挥着重要作用,尤其是在电网未铺设的地区、偏远地区和岛屿中。亚洲在主电网和离网解决方案之间的相互作用以及离网可再生能源用于商业、公共和工业最终用途等方面拥有独特的经验。

    3、非洲的离网可再生能源发展迅速

    过去5年(2011-2016年),非洲大陆的离网可再生能源取得了快速发展。该地区获得离网可再生能源服务的人数从2011年略高于200万人增至2016年逾5300万人。这其中,太阳能照明当获首功,约有10%(约540万人)通过离网太阳能获得了高水平的电力服务。2017年,得益于技术设计和融资(如PAYG)的创新以及与移动支付平台(主要在东非)的结合,使用太阳能家庭系统的人口达到了400万人。

    从2008年到2017年,该地区离网可再生能源累计装机容量已从231 MW增至2017年的近1200 MW。太阳能技术一直是离网容量增长的关键驱动力,超过820 MW容量的太阳能照明、家庭系统和微电网等完成了部署。同期,小型水力电网的装机容量从124 MW增长到162 MW。

    展望未来,到2030年非洲将走在实现SDG 7目标(SDG7是联合国设定的7号可持续发展目标,即获得廉价、清洁和可持续的现代能源服务目标)的前列。由于集中式能源服务基础设施较为薄弱,离网可再生能源则将在实现非洲大陆全面能源供给上发挥关键作用。

    4、世界其他地区也在大力推进离网可再生能源发展

    除亚洲和非洲之外,全球其他地区至少有300万人通过离网可再生能源获得能源服务。这些地区总装机容量已从2011年约400 MW上升至2017年超过1.1 GW,其中南美占多数。

    南美洲的电力普及率是发展中国家中最高的,其中离网可再生能源是解决最后一英里(偏远 地区)电力供应以及工业(如采矿)和商业电力供应的解决方案。该地区离网可再生能源装机容量从2008年256 MW增至2017年456 MW,水电主导了离网能源基础设施的发展,工业领域生物质能的使用也有所增加。自2012-2017年间,太阳能装机容量也显著增长6倍达到88.5 MW。

    大洋洲离网可再生能源装机容量也占据了较大份额,因为这些岛屿国家正在从化石燃料过渡到可再生能源。该地区装机容量已经从2010年的125 MW增长到2017年的150 MW。与此同时,太阳能在可再生能源总量中所占的比重从4.7%上升到21%以上。加勒比共同体(CARICOM)的大多数成员都有较高的通电率。但不包括伯利兹、圭亚那、海地和苏里南,因为它们面临着农村电气化或能源匮乏的巨大挑战。考虑到这四个国家的电气化,分布式发电才能确保他们有可靠的电力供应。在圭亚那,有几家公司通过分布式发电来满足大部分或全部的能源需求。在海地,现有电网系统的不稳定性促使电网消费者完全或部分地依赖于自我发电,主要是依靠高效的柴油发电机。随着可再生能源的发展,大洋洲和加勒比海的岛屿预计将过渡到基于可再生能源的电力系统。

    5、离网可再生能源能在各地都提供广泛的电力服务

    当前,离网可再生能源被广泛用于为各种用能终端提供电力服务。在2017年,6.6 GW离网装机容量中,工业部门获得的电力服务最多,其次是商业和公共服务用能。其中工业部门所使用的离网电力主要依靠农林残余物的生物质能发电,而太阳能光伏则更多被用于为商业和公共设施以及住宅提供电力服务。

    在商业和公共用途中,电信基础设施选择光伏供能,同样选择光伏的还有学校、街道照明、卫生中心和抽水。太阳能光伏因为其模块化和分布式的特性而具备了较大的部署灵活性,目前几个光伏项目和计划已经启动并正在加速部署中。太阳能泵是个很有吸引力的项目,它可以满足灌溉和饮用水供应的需要,也能提供可持续的现代能源,因此其部署规模也在逐渐扩大中。农村医疗中心的太阳能供电也成为了人们越来越感兴趣的一个领域。自2010年以来,用于医疗中心的光伏装机容量增加了五倍,到2018年预计达到10 MW以上。电力供应对医疗服务的质量、可及性和可靠性方面发挥着关键作用。全球约有10亿人的卫生设施无法获得可靠的电力供应,其中有2.55亿人生活在撒哈拉以南的非洲地区。考虑到其巨大的社会影响,农村医疗的电气化应成为农村电气化方案的优先选择

    报告最后总结道,为了加速实现SDG7目标必须需要协调能源社会环境中的多个要素,包括政策法规、体制框架、交付和融资模式、技术创新和跨部门联系,并提出了相关建议:

    政策与监管

    1、电气化发展规划和战略应在合理的时间范围内明确电网扩展所要达到的区域和适合于离网解决方案的区域,并将信息提供给所有利益攸关者。

    2、政策和法规的稳定性和明确性对于开发离网可再生能源解决方案至关重要。需要设计激励结构来吸引投资,并鼓励当地企业为市场发展做出长期贡献。

    3、调整传统的集中式电网政策框架以适应微电网发展需要,如针对微电网制定政策和法规解决许可要求、税收制度、并网影响和融资等方面的问题。

    4、采取适当的标准和质量控制措施来避免低质量产品的泛滥。由于离网可再生能源的监管仍处于起步阶段,各国政府应集中精力制定标准,鼓励可持续发展,同时不阻碍模式的创新。

    制度框架

    1、有关机构需要有明确的角色和责任,部门参与者对行政程序和机构联系要有明确的认识。

    2、简单而精简的行政程序可以减少交易费用,例如在取得必要的许可证和资质方面。为此,最好是由一个机构负责协调利益相关者、制定过程和程序、管理项目批准、提供容量建设和促进财务和其他奖励计划的管理。

    3、实施电气化战略的机构需要具备从技术知识和技能到稳定的预算拨款等一系列强大的能力。

    交付和融资模式

    1、交付模式需要根据当地的社会经济条件、采用技术以及当前和预期的电力服务需求来设计。

    2、为最终用户提供长期的、量身定制、可实现的融资可以提高产品(如太阳能家庭系统)或服务(如微型电网连接费)的可及性。

    3、离网部门的企业根据所处阶段、产品/服务组合和项目开发阶段的不同,寻求通过不同的融资需求获得长期融资。

    4、使用金融工具,如众筹可以在传统融资无法获得或成本过高的情况下为离网项目提供资金。

    技术创新

    1、离网可再生能源技术应适应当地情况,并为农村地区提供多样化的电力服务。

    2、开发和实施项目需要公私合伙和贷款赠款,而生产和知识产权交换则需要公共风险基金和补贴。公私部门的资助对创新型基础研究至关重要。

    3、政策制定者应提供市场政策支持,促进可再生能源微电网设备商业化,大力推进行业发展。

    交叉领域

    1、离网可再生能源的全面发展应该考虑到跨部门能源服务的多样性

    2、离网解决方案的技术、交付和融资模式的创新是对跨部门应用(包括农业部门)电力服务的支持。

    3、离网可再生能源解决方案应该为公共服务(如淡水、教育和健康)提供可靠的电力供应。激励跨部门的合作需要评估各个部门离网解决方案的作用以及在各自部门发展战略中的发展情况,并最大限度地扩大离网解决方案对实现多个可持续发展目标效能。

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  • 7   2018-06-08 中国沼气产业发展研究 (编译服务:可再生能源专项服务)     
    摘要:

    该报告是中丹可再生能源发展项目中生物质能发展战略研究的重要组成部分,由轻工业环境保护研究所承担完成。

    该报告对国内外沼气产业现状的系统分析,对沼气领域的原料、技术、市场、政策、制约因素做出了客观全面的阐述,针对中国的工业沼气和农业沼气未来的发展方向,特别是在沼气工程的规模化开发、装备制造标准化和系列化、沼气技术关键工艺设备的国产化、沼气原料利用的多样化以及沼气作为天然气未来替代品开发等方面,提出中国沼气产业发展路线图。

    1. 沼气资源状况:

    中国大中型沼气工程的原料主要来自工农业排放的废水、废渣和城市生活污水、生活垃圾。该报告对国内可转化为沼气的主要原料的资源量进行了分析调研。

    工业有机废水中,轻工企业排放的废水(废渣)可转化为沼气的资源量为154.23亿m3。非轻工企业排放的废水(废渣)可转化为沼气的资源量为126.6亿m3。全国工业企业排放的(可转化为沼气)有机废水为43.67亿吨,废渣为9.4558亿吨,可转化为沼气的资源量为280.83亿m3。

    农业沼气资源主要来自于集约化畜禽养殖场的粪便,我国畜牧业近几年一直保持8%以上的增长速度。目前全国畜禽养殖年排放粪便总量约为148732.592万吨,如果采取全部厌氧消化方式处理,可产沼气819.5亿m3/年。大中型畜禽养殖场量占全国养殖总量的8.11%,大中型畜禽养殖场年排放粪便总量为12062.2万吨,可产沼气资源量66.46亿m3。

    在城市生活垃圾领域,生物沼气主要涉及两个方面,一个方面是填埋场沼气,另一方面是有机垃圾厌氧消化,目前我国有机垃圾厌氧消化处于起步阶段,沼气利用主要集中在填埋气体利用。全国生活垃圾产沼气的理论资源量为157亿m3,目前我国生活垃圾产沼气量约为9亿m3。

    生活污泥,2009年我国排放干污泥约为594万吨,生活污泥沼气资源量约为11.88亿m3。

    秸秆沼气,若考虑2.0亿吨/年秸秆作为开发沼气的资源量,则2010年可利用秸秆转化为沼气的资源量为800亿m3。

    2. 沼气开发的主要障碍:

    报告对我国大中型沼气工程产业化发展的障碍因素进行了分析,并提出相应解决问题的政策和技术等方面的建议。特别是在沼气工程的标准检测认证方面亟待加强。

    对于畜禽沼气工程,主要障碍因素包括:工程缺乏规模效益,工程初始投资大,沼气工程市场混乱、监管不力,沼气用途单一,缺少技术、信息等的服务等;

    对于城市生活垃圾沼气(填埋)工程,主要障碍因素包括:填埋场建设成本高,填埋场气体收集率低

    对于城市污泥处理沼气工程,主要障碍因素包括:投资高,工艺复杂,运维难度高,经济效益不佳。

    3. 本路线图的主要目标:

    到2020年全国大中型沼气工程达到14800座(不包括中型畜禽沼气工程),沼气总产量达211.32亿m3,相当于标准煤1508.82万吨。届时每年可减排400万吨二氧化碳。到2020年大中型沼气工程将做到年处理工业废水(废渣)15亿m3,畜禽粪便2.4亿吨、城市生活垃圾1.9亿吨、生活污水厂干污泥640万吨。随着激励政策的加强和障碍的克服,预计2020年前,可实现220万KW以上的装机容量。

    实现上述目标,2010年到2020年期间需要投资1180亿元(近200亿美元),到2020年,沼气发电装机容量至少能达到220万KW,年发电132亿kWh以上。创造的年产值达200亿元以上,增加约10万个就业机会。

    4. 本路线图的主要建议:

    制定沼气工程的相关标准对沼气产业发展至关重要。在2~5年内,应尽快制订国家级沼气产业相关标准,规范市场;加强沼气科技攻关和创新能力建设;加快沼气产业专业化队伍建设;设置国家级专管机构,规范沼气产业管理,该建议主要考虑到构建国家可再生能源中国心框架的问题。

    来源机构: 国家可再生能源中心 | 点击量:1553
  • 摘要:

    国际市场研究机构Frost&Sullivan日前发布全球电力行业展望2018报告称,预计到2020年,太阳能将超过风电,成为继煤炭、天然气和水电之后的第四大发电资源。

    预计在2019年,太阳能首先将超过核能达到第五位。

    报告称,电池储能规模扩大、并购活动的激增以及能源创业的分裂式增长是可再生能源行业看到这一激增的主要原因。

    报告中称,2017-2021年期间将投资2.2万亿美元用于增加发电量,这主要是由太阳能和风能为代表的可再生能源,分别占6,034亿美元和5,537亿美元。

    与2017年类似,Frost&Sullivan预计太阳能占投资的大部分,预计2018年为1230.3亿美元,中国将成为主要投资方。太阳能和风能(海上)的需求和投资环境呈现出积极的态势。

    2018年,预计水电和生物质投资将分别保持稳定在770.6亿美元和23.3亿美元。相反,由于新的风机订单将保持与2017年相似,天然气的投资前景仍然较低,主要原因是可再生能源对天然气成本具有竞争力,以及电网产能过剩和对其他发电类型的关注,市场缺乏对新的风机订单的强烈需求。

    此外,随着中国,欧洲和中东地区正在增加新的核电容量,核电正开始振兴。预计2018年核电投资将达到257亿美元。亚太地区将成为煤炭的最后堡垒,因投资前景为负面,预计将逐年稳步下滑。

    Frost&Sullivan能源与环境分析师Vasanth Krishnan表示:“为了应对目前的趋势和挑战,企业必须开始采用能够在降低成本的同时提高运营和流程效率的商业模式。采用专注于消费者需求的颠覆性数字解决方案将使该企业、机构更接近技术和效率转型。”

    该报告还强调了其他几个全球能源部门的趋势,其中包括:电力的3D模式,即脱碳,分权,数字化,这仍然是决定全球电力市场格局的基本因素;住宅电池储存市场将成为2018年增长最快的市场,这主要得益于美国,德国和澳大利亚的住宅部署后的飙升。

    来源机构: 赛迪咨询 | 点击量:240
  • 9   2017-09-28 IEA发布《2017年可再生能源信息》 (编译服务:可再生能源)     
    摘要:

    2017年8月,国际能源署(IEA)发布《2017年可再生能源信息》(Renewables Information 2017)全面回顾了经济合作与发展组织(OECD)国家可再生能源市场的历史和当前市场趋势,概述了1990-2015年世界可再生能源的发展情况。

    《可再生能源信息》涵盖能源指标、发电能力、可再生能源与废旧能源的电力和热力生产,以及可再生能源的生产和消费,是国际能源署每年发布的主要能源统计出版物之一。本文简要介绍了世界可再生能源的发展情况,以供参考。

    2015年,世界一次能源供应总量(TPES)为13647 百万吨油当量(Mtoe),其中1823 Mtoe来自可再生能源。由于在发展中国家(即住宅供暖和烹饪)的广泛非商业用途,固体生物燃料/木炭仍然是最大的可再生能源,占全球可再生能源供应的63.7%。第二大来源是水力发电,提供了世界TPES的2.5%或18.3%的可再生能源供应。地热、液体生物燃料、沼气、太阳能、风能和潮汐各占据其他可再生能源供应的一小部分。

    自1990年以来,可再生能源以年均2.0%的速度增长,这是略高于世界TPES 1.8%的增长率。太阳能光伏和风力发电的增长尤其迅速,年平均增长速率分别为45.5%和24.0%;排名第3的是增长率为12.8%的沼气,紧随其后的是太阳热能(11.4%)和液体生物燃料(10.1%)。

    1990-2015年,非OECD国家水力发电平均年增长率为3.9%,远远高于OECD国家0.6%的增长率。非OECD国家水力发电增长主要由中国推动,中国水电增长占非OECD国家水力发电增长的63.8%。1990-2015年,中国水电增长率为9.1%。越南和莫桑比克是非OECD国家水力发电高增长率的其他主要贡献者,平均年增长率分别为9.8%和17.8%。2015年,非OECD国家水力发电占到水力发电总量的64.5%。

    非OECD国家也占固体生物燃料生产的大部分。2015年,非OECD国家生产和消费了83.7%的固体生物燃料,主要是位于亚洲和非洲的发展中国家,使用非商业生物质用于居民烹饪和供暖。非洲只占2015年世界TPES的5.8%,但是占世界固体生物燃料供应的32.4%。

    由于大部分使用了非商业性的固体生物燃料,非OECD国家是主要的可再生能源使用国家,占世界可再生能源总供应量的72.3%。另一方面,尽管OECD国家提供了世界27.7%的可再生能源,但占世界TPES的38.5%。OECD国家可再生能源在能源供应总量的比重为9.6%,而在非洲、非OECD美洲国家和中国除外的亚洲其比重分别为49.8%、29.6%和25.0%。

    OECD国家可再生一次能源供应的一半左右用于发电和销售热能的转换部门。然而,住宅、商业和公共服务领域消耗了全球范围内的大多数可再生能源。这是发展中国家住宅部门广泛使用固体生物燃料的结果。实际上,全球可再生能源的35.1%用于全球发电和供热,而住宅、商业和公共部门使用的可再生能源占45.0%。

    可再生能源是2015年全球电力生产的第三大贡献者,占世界发电量的22.8%,仅次于煤炭(39.3%)和天然气(22.9%),超过核能(10.6%)和石油(4.1%)。但是,可再生能源和天然气的相对位置容易受到各种因素的影响,其中气候条件起着重要作用。

    水电供应了绝大部分的可再生电力,占世界发电量的16.0%,占可再生能源发电总量的70.3%,而生物燃料和垃圾,包括固体生物燃料,在发电中起着次要作用,占世界发电量的1.9%。尽管发展迅速,地热能、太阳能、风能和潮汐能仅占全球发电量的4.8%,但占2015年可再生能源发电总量的21.2%。

    自1990年以来,全球可再生能源发电平均每年增长3.6%,略高于发电总量的增长率(2.9%)。1990年全球电力的19.4%由可再生能源生产,2015年这一比例增加到22.8%。在此期间,水力发电占世界发电总量的比例从1990年的18.1%下降到2015年的16.0%。如果是不考虑水电的可再生能源,剩余的用于发电的可再生能源份额从1990年的1.3%上升到2015年的6.8%。

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  • 摘要:

    我国核电发展,一方面带动了相关行业的发展,提供了更多可靠的清洁电力,另一方面也给部分核电装机大省和核电装机容量增长较快地区的电网带来了较大的调峰压力。随着我国可再生能源和核电在电力系统的比例不断提高,核电参与电力系统调峰的需要越来越迫切。为此,深入调研国内外核电调峰的实践情况,加强利弊分析,研究实施适合我国国情的核电参与调峰的策略十分重要。

      国外核电参与调峰情况

      纵观国际,核电起步较早的国家,如美国、法国、俄罗斯、韩国等,都具有丰富的核电调峰经验。尤其是法国,其核电已有30余年参与电网调峰的运行经验。法国的实践验证了压水堆参与调峰的可靠性及日负荷跟踪运行的可行性,值得我国学习和借鉴。

      法国作为世界上核电装机比例最大的国家,其电网中核电装机比例超过50%,发电量比例超过75%。而调峰电源,如燃气/油发电、水电、煤电发电量占比较小,2015年分别约为4%、11%和2%;调峰特性较差的电源,如风/光发电,发电量占比5%左右。另外,相较于欧洲其他国家,法国电网负荷特性起伏相对较大。其电源结构和负荷特性决定了法国核电厂是电网调峰运行的主力。尽管法国58 台核电机组大部分都具备日负荷跟踪的调峰能力,但基于安全、经济等方面的考量,一般不采取日负荷跟踪调峰,仍将煤电、气电、油电、水电等作为优先调峰的手段,有选择性地限定20多台核电机组不参与任何形式的调峰。当电网其他可调容量用尽后才允许核电参与电网季节性调峰。

      法国核电调峰运行经验丰富,除了大力提高核电机组调节发电功率、适应电力系统负荷变化能力及负荷跟踪的运行灵活性以外,在核电运行管理方面也有很多值得借鉴之处。

      一是通过大修组合方式参与季节性调峰。法国电力系统执行的是核电5年检修计划,即首先安排好5年内的核电检修计划,然后在此基础上每年度再安排水电、火电机组的检修计划。由于法国用电量受季节变化影响较大,因此,在不同的季节安排的检修机组数量也是不同的。对于用电负荷最大的12月、1月,一般只安排2~6台机组进行大修;对于用电负荷较小的6月~8月,一般会安排10~12台机组大修或换料。

      二是重视需求侧管理。每年设置22天避峰日,提前一天通知用户。法国避峰电价很高,是平日电价的3~4倍。法国充分采取峰谷电价实现调峰目的,峰时段16小时,谷时段8小时,峰谷电价差约30%~50%,峰谷比为3~4倍。

      三是做好小修与电网周调峰的协调。在用电负荷最小的周末,法国有时会停掉一台核电机组进行计划性小修,这既满足了机组的维修要求,同时也满足了电网的调峰需求。

      法国的调度次序为径流式水电、核电、常规火电、库容水电、抽水蓄能发电,以径流式水电、核电作为基荷电源,以常规火电作为腰荷电源,库容水电、抽水蓄能作为峰荷电源。调度次序是按照电源发电成本来考虑的,径流式水电和核电的发电成本最低,煤电及其他火电发电成本其次、库容水电、抽水蓄能发电成本最高。

      除法国外,国际上,核电占电网总装机容量比重较大的国家,核电机组往往也要适当地满足电网调峰的要求。这些国家,根据能源结构的不同,大致可分为四类。

      第一类为核电发电比重较大,同时燃油燃气发电比重也较大。如比利时、韩国、英国、美国和俄罗斯。这些国家2015年核电发电比重分别约为38%、30%、21%、20%和17%,而燃油燃气发电比重分别约为31%、57%、30%、34%和50%。这些国家或天然气资源丰富,如俄罗斯和美国;或对生态环境保护有更高的要求,如比利时和韩国。由于油/气电是优质调峰电源,因此在这些国家核电、煤电机组主要承担基荷,油/气电承担电网的腰荷和峰荷。

      第二类为核电发电比重较大,同时水电发电比重很大,如加拿大。该国核电和水电2015年发电占比分别约为16%和60%。网中参与调峰的电源主要是水电,核电由于均为重水堆,机组本身调节性能较差,因此较少参与调峰,仅在电网调峰极困难的时候适当降低出力。

      第三类为核电和煤电比重均较大,水电和油/气电发电比重均较小,如德国。该国核电、煤电、水电和油/气电发电比重分别约为14%、43%、4%和9%。由于德国的弃核政策使德国风电装机容量迅速增加,风/光发电量占比已达到19%,加大了核电机组参与电网调峰的需求。

      第四类为核电和风/光发电占比较大,水电、煤电和油/气电发电比重均不大,如西班牙。该国核电、风/光发电、水电、煤电和油/气电发电比重分别为20%、24%、15%、16%和22%。由于风力发电波动性、反调峰特性,加上核电基荷运行的需求,西班牙主要依赖油/气电发电和抽水蓄能作为调峰电源。

      就电力系统建设和运行而言,核电参与调峰有利于提高电力系统运行的安全裕度与调度柔性,更好地适应各种不确定性因素的影响;有利于减少火电开停机,并减少高成本的燃气、燃油发电,降低系统运行成本;有利于提高风电等清洁能源的接入规模与利用效率。不过,国外核电参与电网调峰的实践表明:核电机组是否参与电网调峰主要取决于核电装机占比、调峰电源配置情况、新能源发电的比重和电网负荷特性;局部地区核电占比高和核电参与电网调峰没有必然联系。关键要看是否可以通过其他手段,如加快电网建设,优化调峰电源配置,加大储能设备设置,特别是抽水蓄能电站建设来解决调峰问题;优先发电成本高的电站参与调峰;国外核电参与调峰公众接受度低,如日本大多数公众并不支持核电参与调峰。

      核电调峰技术发展与风险分析

      从核电参与调峰的技术开发应用情况看,核电参与调峰并不容易,且有一定风险。法国上世纪70年代开始进行核电厂调峰的准备工作,到1983年才全面具备负荷跟随能力,耗时近15年。可见,核电厂调峰运行从可行性研究、试点开展、经验反馈到全面普及是一项长期且细致的工作。

      国外实践表明,不同核电机组调峰技术特点及方法不尽相同。当前,我国运行的36台核电机组,在大部分寿期内都有一定的日负荷跟踪能力,可以在一定程度上参与调峰。但我国至今没有系统地开展核电厂调峰的相关安全性和经济性评价工作,缺少实际操作经验。国际上,据统计,参与调峰的法国每年核电非计划停堆小时数449小时,远高于带基荷运行的美国108小时、韩国74小时。这一定程度上说明核电运行方式不同所带来的运营效果及安全影响是截然不同的。参与调峰的法国核电机组人因失误所造成的非计划停堆小时数为162小时,远高于带基荷运行美国、韩国人因失误所造成的非计划停堆6小时及0小时,其中一个重要原因就是由于实施反应堆功率调节导致操作难度增加,反应堆控制难度增大。

      从安全性角度考虑,核电长期参与调峰,存在导致机组运行可靠性降低的风险。核电机组功率频繁变化会增加压力容器及其他结构材料的热疲劳、燃料燃耗损失、运动设备部件磨损等。同时,由于频繁、深度的功率调节,将造成堆内中子通量振荡、堆芯温度分布不均匀,带来反应性控制方面的问题。当核电机组跟踪调节电网频率时,功率调节会对控制棒驱动机构、反应堆压力容器、稳压器、蒸汽发生器及其他部件的寿命产生一定的影响。

      核电由于具有不间断发电、不受自然条件约束及发电运行成本低等诸多优势,一直以来都承担着基荷电源的地位。而且核电机组除正常检修以外保持满负荷运行状态的安全性最高。核电参与调峰,核电机组的控制棒可能由于插入过深而引发局部功率峰,降低安全裕量;调节硼浓度会造成放射性水的产生和排放等系列问题;功率调节棒必须不断动作以补偿毒物的影响,毒物瞬态效应明显,稍有不顺或不慎堆芯功率严重畸变,增加机组停堆概率;堆芯在寿期末将逐步失去跟踪负荷或参与调峰的能力。

      此外,压水堆采用定期换料,频繁调峰、降负荷运行,必然浪费核燃料,并增加放射性废物的产生和处理量。统计数据表明,法国核电厂参与负荷跟踪和调频,导致核电厂可用性降低2%,燃料费用占发电总费用的比重从约20%增加至近24%;瑞典、芬兰和德国对给定负荷跟踪运行工况的计算表明,核电调峰时燃料费用占发电总费用的比重约25%,考虑到9%的计算不确定性,最大不超过34%;德国运行经验表明负荷跟踪运行导致维护费用增加大约2%。

      我国核电调峰需求分析

      现阶段,我国国内大部分核电机组以基负荷运行,不参与电网的调峰。但随着我国电力需求放缓,负荷峰谷差的日益增大,可再生能源发电在电力系统的比例不断提高,电力系统调峰形势越来越严峻,核电占比较高的地区核电机组面临着比较迫切的调峰运行需求。

      如2016年以来,辽宁电网日均最低负荷为1943万千瓦,其中核电机组出力占日均最低负荷比例达23.03%,导致负荷低谷时段负荷备用不足问题突出。另外,负荷结构和电源结构不协调,导致系统调峰调频极为困难。又如海南昌江核电机组由于占海南电网的比重很高,两台机组满功率发电量占电网低谷负荷超过50%,直接面临大机小网的问题。再如福建近10台百万级核电机组陆续投产,核电机组出力占日均最低负荷比例高达40.3l%,致使电网低谷调峰能力的缺口高达200万~300万千瓦,使福建电网面临较为严重的调峰困难。

      而在设计上,核电站具有一定的适应系统负荷变化的能力,大多数压水堆核电站在寿期初和寿期中在30%~100%的功率范围内具有最大不超过10%功率阶跃增加能力和最大不超过5%每分钟持续升/降功率的能力,可以满足变化速率要求较慢的负荷跟踪运行。但由于核电参与调峰对其安全性和经济性有一定影响,因此,核电宜带基荷运行,应尽量避免或减少频繁地参与调峰。我国大亚湾核电厂曾有在节日、周末和台风过境期间降低功率至76万千瓦运行2~3天的运行方式,但是该运行方式累计天数和次数受到限制,1年内不超过5次。

      对各种发电形式来说,年发电量的多少直接影响着电站的收益。为追求利润最大化,都希望尽可能带满出力运行。但电网大幅的调峰或潮流优化总是要有大量的机组参与降负荷。从上网电价、环保要求来说,利用可再生能源的发电站是最应该带基本负荷运行的,但由于调峰等原因,现实却是弃风、弃水、弃光比较频繁。新常态下,电力工业结构调整、用电需求放缓,加上电力外送遇阻,继弃水、弃风、弃光之后,核电消纳问题也愈演愈烈,个别机组不得不降功率运行甚至停堆。核电频繁参与深度调峰,甚至长期停机备用,会造成清洁能源资产的浪费,应引起高度重视。

      我国核电调峰策略的建议

      针对核电消纳困局,国家发改委、国家能源局2017年印发了《保障核电安全消纳暂行办法》,明确核电保障性消纳的基本原则为“确保安全、优先上网 、保障电量、平衡利益”,提出应尽量减少安排核电机组调峰,并鼓励核电厂营运单位按直接参与或购买辅助服务方式参与系统调峰。

      核电厂的运行方式取决于电力需求、技术水平、电力管制、运行管理、售电合同机制与经济性等许多因素。为了既能保持核电高水平、高效率运行,充分利用其清洁低碳、稳定高效的优势,又能应对我国调峰需求,提出如下建议。

      一是应该从政策上对核电基荷运行给予支持。从核电安全性和经济性的角度来看,核电站运行不宜参与快速调峰。在满功率运行的状态下,核电站才能够使堆芯内部达到较好的功率均衡和稳定的状态。功率快速调整有可能打破这种均衡,不利于安全操控运行,同时还会因调节功率增加废物排放并影响机组寿命。同时,考虑到在非化石能源发电中,核电是发电出力最为稳定的电源,为了节能减排、提高核燃料利用效率等,应优先保证核电厂基荷运行。

      二是应尽快开展对核电调峰安全分析的研究。现役、在建和拟建核电机组均具备2天以上中长期降功率运行配合电网调峰的能力,大部分核电机组设计上均具备日调峰能力。尽管如此,考虑到目前国内核电机组尚未有参与日负荷跟踪的运行经验,国内核电调峰风险评估研究开展较少,运行经验非常匮乏,为此,应尽快开展对核电调峰安全分析的研究,加大核电调峰运行相关人员培训的力度,积极提高我国核电参与调峰的技术和管理等方面的能力。

      三是推动核电集中跨区送电。随着我国核电及光伏、风电等可再生能源占比的持续增加,给电网稳定运行带来一定的挑战,甚至出现局部地区电力消纳困难。因此,应根据不同地区的负荷结构,考虑加强跨省区电网通道建设和利用,推动核电集中跨区送电,保障核电等清洁能源消纳,统筹电源、电网的优化布局,改善电源结构,同时,加大调峰电源建设力度,特别是抽水蓄能电站建设。

      四是核电参与调峰运行,应根据核电机组的运行模式和燃料循环周期,选择合适的功率调节速度和幅度,重点是增强核电站运行灵活性。从长远来看,我国核能发电量占比仍不高,且大多数核电机组所在地电量总体处于供不应求状态,核电机组具有长期维持基荷运行的条件。同时,由于水电、光伏、风电等清洁能源不同程度上受自然条件影响较大,而核电相对煤电、燃气、燃油发电而言,享有电网调度优先权,核电作为基荷运行更具现实和长远意义。

      五是应借鉴国外核电调峰运行经验。结合我国国情,从电源检修与调峰安排的协调、电力需求侧管理、智能电网建设、调峰市场化补偿管理、新能源保障性收购政策制定等方面,积极研究和采取各种技术或经济手段,并在电力市场改革进程中研究实施相关配套机制,强化督导检查,确保政策落实到位,让核电采用基荷运行,并尽可能实现满发。

    《中国核工业》杂志

    (孙杉 苟峰|文 作者单位分别是中国华能集团核电部、国家能源局核电司)

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