新能源利用与储能方式讨论

马媛 刘长渤 冯炜炜

摘 要：新能源发展迅速，多产业并驾齐驱，绿色能源成为未来引领。储能技术的平衡作用有效的调节新能源的不足，大大提高新能源的并网消纳水平。未来，多种能源替代传统能源成为一种趋势。

关键词：新能源；储能技术；消纳水平

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.16.062

1 新能源概述

所谓的新能源，就是区别于传统能源的、非大众化的能源利用方式，之所以非大众化的就是说明这些能源的使用会有很多局限性，往往是两个方面，首先就是有能源来源、其次利用实效与转化。我们所知道的传统能源是石油、天然气、煤，水，这些的共同特点是来源方便，便于储存，使用转化方便，成本低廉（安全、周期、性价比）。

那么我们所谓的新能源，其实就是我们最近一直在提倡的光伏、风能、潮汐能、核能、地热能等这些能源，这些能源有共同的特点就是都受到使用条件的限制，不能够进行大面积推广，例如风能要在风口，核能要有水源进行散热，光伏需要有充足的光照时间，潮汐需要有海洋，地热需要有地热资源的等多方面限制。其次，这些能源中有很多能源的转换效率以及单位面积产能率较低也是这些资源受到限制的原因；然后就是这些能源的波动性较大，发电规律与能源使用规律不重合，造成发电与用电不同步，需要进行储能或者大网调度。

2 新能源与储能方式的分类

新能源其实从能量原理来分可以分为以下几种：

（1）动能：利用风能风机发电、利用水流发电、利用月亮潮汐能。

（2）热能：地热岩浆温泉发电。

（3）光能：光伏发电。

（4）原子能：核电站发电。

（5）生物质能：废物利用也是新能源，利用生物質为载体的能量。

储能原理也可以按照能量原理分类：

（1）动能：利用陀螺飞轮进行储能。

（2）势能：利用势能储能（扬升水、其他重物）。

（3）化学能：锂电池、铁电池、镍氢电池、磷酸铁锂、全钒液流、石墨烯电池。

（4）生物能：种树也是能源储能的一种方式。

（5）热能：地源热泵、空气能（空气源）。

3 新能源与储能现状

3.1 新能源现状

风电：风电是利用最多的新型清洁能源，属于可再生能源，由于风无处不在，建设方便，可再生、无污染、能量大、前景广阔，2015年，中国风电已超过了核电成为第三大主力电源。金风、华锐等风电装备制造企业已经具备国际水平，2010年我国的风电装机容量跃居世界第一。随着装机容量稳步增长，以及海上风电的建设，我国风电的大型机组不断出现，成本不断降低，将成为新能源的主力军。但是由于风电属于企业独自行为，没有做好规划和前期管理以及评估，造成电网建设与风场建设的不匹配和配套，造成弃风现象严重，无论是低速风场（6-8米/秒）还是丰富地区的风电项目都需要与国家电网公司建设进行匹配，避免电网输配、损耗、消纳等问题造成弃风。

潮汐能：潮汐能是从海水面昼夜间的涨落中获得能量，与天体之间的引力有关，月亮太阳与地球之间的引力以及热量形成了地球的潮汐能的产生，利用水流的来去带动水轮发电机进行发电。潮汐能发电利用河口与海湾等有利的地理位置，以便于存储水，进行发电，由于潮汐能并非长效发电，一天之中只有两次涨落，只有在涨落时才能发电，只有进行库存存水可以进行适当的调节，进行连续发电，但是建设越多，越影响周边海洋生物的生存。

核电：核电站是作为一种利用院子核裂变反应进行发电的装置，利用质能方程原理，利用原子核吸收一个种子分裂为两个质量较小的原子核，同时放出2-3个种子，然后就形成了裂变链式反应。利用循环水把产生的热量带走变成蒸汽进行发电。但是由于核能有很大的安全隐患，所以核能电站的建设要有良好的设计与施工，随着技术的创新，对于核废料的低值排放，ADS变废料处理零辐射 核反应堆0功率装置，减少辐射范围，利用新技术达到“近零排放”。

生物质能：其实就是太阳能通过植物或者微生物通过光合作用而形成的各种有机体，存储在生物体内，然后通过直接或者间接的转为固态、液态、气态燃料，是一种真正的绿色能源。可以处理废弃物、污染、粪便、邮寄废弃物等。现在应用有很多的垃圾处理进行沼气利用、乙醇开发等方面。

光伏发电：光伏发电是今年来国家推广的清洁能源一种，利用居民屋顶、荒山荒地将太阳能直接转化为电能，利用半导体材料的光伏效应，但是转化为直流电，如果并网和使用一般都需要通过变频器进行转换成交流电，光伏发电成本的降低，以及国家补贴政策的推广，光伏成为产业在中国大面积推广，但是随着大批量光伏的接入电网，电网的接纳能力有限，弃光现象逐渐显现，不能够完成光伏能源的有效并网。由于限制条件较少，将来光伏将成为新清洁能源的引领者。

3.2 储能现状

陀螺飞轮储能：其实就是利用电动机带动飞轮高速旋转，在需要的时候再将飞轮的动能转化为电能。在利用复合材料以及超导磁悬浮等技术降低系统的体积，能够减少损失，现在还处于开发阶段，很适合与电网并网使用。

势能储能：在用电低谷期，利用水泵将水提升至高水位，形成势能储备，当用电高峰期时，进行发电，减少系统容量，达到能量的存储，很适合并网使用。但是需要相应的水站建设，随着火电为主的电网建设，供电企业的调峰矛盾日益突出，峰谷容量调节能力较差，而抽水电站蓄能将成为电网运行的一种解决方案，我国的抽水电站建设起步较晚，但是由于后发效应，起点较高，近年所建设的水蓄能电站技术已经达到国际先进水平，同时配合风电使用，使得发电的连续稳定性得到很大提高，可以很好的环节风电给电力系统带来的不利影响。是未来大型储能的发展趋势。

电池储能：锂电池、铁电池、镍氢电池、磷酸铁锂、全钒液流、石墨烯电池等储能方式更加适合小型场所，能够及时的将零散的电能存储在电池中，电动汽车、电瓶车等小型设备可以利用电池进行储能，由于电池设计统一标准电压，通用性较强，对环境要求不大是未来发展的方向。

热能储能：地源热泵及空气源储能，利用其它介质材料将热能进行存储，在需热时进行换热，不需要时将热能进行存储。地源热泵是利用陆地的千层能源进行能源存储，主要用于冬季，可以利用地下水进行冷热互换，但是由于外部的水不是封闭的，能量损失很多，但是由于设备较少维护费用也较低，机械运动部件较少，可以减少40%以上的电能损耗，比锅炉效率提高50%，不但可以取暖也可以取冷。维修较少寿命较长，节约空间。空气能原理和地源热泵原理一样，通过人工的储能设备将热、冷存储在设备中，利用空调机进行能量交换并利用泵进行循环。

4 新能源与储能的趋势

随着新能源的大量推广，以及储能技术的完善，通过“大网调度，小网微控”的进一步加深，新能源的比例将大大提高，风能、核能、光伏能源通过大电网进行調度、调节，克服电网损失的高压技术成熟，国际电网联络，国电外送也成为一种可能，就近消纳能力得以提高，并网容量进一步加强，清洁替代成为一种趋势，原始的石油、煤炭、燃气能源将逐渐减少，成为一种战略储备，在小电网中通过电池组、飞轮储能装置等小型装置的接入，使得小网的控制更加的复杂，节能、调节能量的方式使得能源利用率大大提高，电池、电容等储能方式推广，大大减少能源的浪费，污染逐步减少，生物质能发电也是解决能源与发展，能源与环境的一个重要突破点，电能的利用更加多维化，不但可以电解海水，形成氧气制备和氢气制备形成淡水资源也能与潮汐能发电共同利用达到多系统共同运行，提高设备以及能源利用率，风电与蓄能相结合解决脱网与并网问题，分布式与机械储能、电池储能结合完成峰谷（日与夜）的平衡。

在细微控制方面不断的研究，提高能源利用率，减少能源损失也是我们发展的方向，从粗放式的使用方式到精细集约化的管理与控制，达到能源最大化利用，推进节能减排，减少环境污染，从宏观上来说，我们也没有必要进行精细的计算，只需要从宏观上推广使用清洁能源，绿色能源等新能源，使得我国的清洁能源占比提高，也能够快速的提高能源利用，减少浪费。在储能里面我提到的种树，其实也是能源储备的一种方式，也可以归类为生物质能，大量的种植树木，不但解决水土流失、空气污染、温室效应、能源不足等多种问题，也能够为我国储备大量的资源，形成一种可循环的发展。

“开源还需要节流”，虽然我们在多方面的多渠道的开发使用新能源，但是实际我们的能源浪费率较高，经济发展在前期是需要能源去推动发展，但是能源有耗尽的时候，那么我们的GDP增长只有在节约中提高，从新能源利用中提高，节约使用也很重要。所以，无论是新能源还是储能的利用都是开源，那么节约使用习惯、节能环保材料及技术应用也是我们发展的新方向。

作者简介：马媛（1989-），女，山东莒县人，工学学士，助理工程师，主要从事项目可研与接入设计和项目评审工作。