解密全球各国新能源发电技术

2019-11-22 14:25

  联合国秘书长潘基文于2011 年末发起了人人享有可持续能源倡议,提出全球在2030 年实现三大目标:人人享有现代能源服务、能源效率在全球范围内提高一倍、全球可再生能源在能源结构中的比重翻番,并将2012年定为人人享有可持续能源国际年。2012年8月20 日,商务部发布关于对美国可再生能源产业的部分扶持政策及补贴措施贸易壁垒调查的最终结论。公告指出,根据《对外贸易壁垒调查规则》规定,商务部将依法采取相关措施,要求美方取消被调查措施中与世界贸易组织相关协定不符的内容,给予中国可再生能源产品公平待遇。

  中美对于可再生能源的利益争夺战已经打响。在新能源大发展的时期,中国、美国、德国、日本等各个国家都在为争取开发新能源来拉动未来经济发展的新增长方式而努力,新能源的开发利用以及节能技术、节能产品和服务已经成为各国能源战略的重点。本文归纳整理了国外一些国家对于新能源道路的探索进程,望读者能够在包括太阳能、风能、生物质能、地热能、海洋能几大方面的新能源发展思路上有所借鉴和学习。

  美国

  众所周知,美国是唯一可以与中国在经济发展上具有抗衡与制约力量的大国。对于新能源发展的这场没有硝烟的资源利用争夺战,美国也是早有准备。而光伏发电则是美国在新能源发展上的一大特色产业。

  全民行动利用太阳能

  中国发展研究基金会副秘书长汤敏曾经到美国出差在美国就有这么一个记录我们可以从中以小见大:看到一位留学生朋友家的屋顶上铺满太阳能板,仿佛成了一个小型太阳能发电站。汤敏疑惑地发现他家不但用电不花钱,还能日进克金。那么,他是如何从太阳神那里赚到钱的?美国政府是如何把普通家庭忽悠出来投资太阳能电站的?又是用什么样的机制平衡投资者、电力公司、地方政府等各方利益?这些机制对中国太阳能产业的发展有什么启示?在新泽西州,在美国联邦政府和州政府慷慨补助的诱惑下,这个留学生在自家别墅屋顶上安装了一个小型太阳能发电站。说是发电站,其实也就是一套太阳能板加上一个把直流电转换为交流电的小型装置。在阳光较好的情况下,这套装置每天能发电50kWh,阴天时能发电20kWh。特别有意思的是,白天太阳能发电时,家中电表反着走,通过输电线路把电输进公共电网。晚上发电装置休息时,家里用的是电力公司的电,这时电表正着走。这样一年下来,这一装置能发电近10000kWh,与该户每年用电基本持平。也就是说,一年四季用电全部免费。如果碰上阳光丰年,发的电大于用的电,他还可以把多发的电卖给新泽西电力公司。

  美国有法律规定,电力公司要无条件地全额收购他家发出的电。这样一来,他家一年仅电费就能省下1800 美元。除了免费用电之外,这个留学生家中的太阳能装置每发电1000kWh,新泽西州政府就会发给他一张电票,这张电票很值钱。新泽西州的3 家电力公司每月要通过投标的方式来收购市场上家庭拥有的电票,电票价格随市场供需情况变化。如果觉得未来电票价格会上涨,还可以囤积居奇,等到价格更高时再出手。当时电票的市场行情为每张675 美元。为了防止电票市场崩盘,政府还给电票一个520 美金的保底价。这样下来, 这个留学生家一年发电10000kWh,就有6750 多美元的进账。而这套装置连设备带安装一共用了6 万美元。美国对安装太阳能装置的家庭还要给予一次性补助,朋友家仅拿到的补助就高达3 万美元。也就是说,他真正的投资额仅为3 万美元。而这位朋友很有经营头脑,这笔钱自己不出,从银行贷款。美国的银行对这种绿色贷款求之不得。他用这套装置作为抵押,从银行借了一笔15 年的按揭贷款,连本带息月供170 美元,年供2040 美元。这样等于空手套白狼,一分钱不花,利用了自家的屋顶,美国联邦政府和州政府的补助、加上银行的贷款,抵消成本后每年就有近6510 美元的收入,日平均收入近17.8 美元。当时的黄金价格为每克39 美元,不能说他家是日进斗金,但日进克金还是名副其实的。如果3 万美元不从银行贷款,作为个人投资,则每年进项为8550 美元(这时他就不用交月供),等于年回报率为28.5%,整个一个暴利项目!比钱存在银行和购买股票划算得多。

  不仅如此,美国的电价每年都在上涨,所以投资太阳能小型电站, 电费越高实际回报就越多。在这样的诱惑下,中国留学生纷纷加入其中。事实上,不但是首批装上太阳能电站的大多是中国留学生家庭,连提供这些安装服务的也都是中国留学生经营的公司。这些小型电站所用的太阳能板,都是从中国无锡进口的。在中国, 电力公司将风电、太阳能电称为垃圾电。这些新能源发的电具有间歇性和随机性,可调节度低。用户需要的是稳定供应的电源。太阳能、风能等新能源提供的电力比例越大,对整个发电与电网系统的要求越高。为什么新泽西电力公司愿意大规模地接收这些垃圾电呢?美国法律规定电力公司要全额收购太阳能电, 电力供给过剩时先暂停别的发电装置,优先收购新能源发的电。电力公司只能大量投资智能电网,具备高安全稳定性的智能电网能解决新能源的入网问题。

  电力公司在法律的逼迫下接受新能源可以理解,但这还是解释不了为什么它愿意用比零售电价高近四倍的价格来购买太阳能发电家庭的电票?秘密在于新泽西州政府的一项法律,从2010 年起电力公司要使太阳能电占全部供电的比例每年增加2%,到2020 年,这一比例要达到20%。如年底完不成当年的指标,电力公司的执照就要被吊销。因此, 电力公司在这样的压力下,不得不使出浑身解数来完成太阳能发电的指标。那么,电力公司能承担起这么高的太阳能发电成本吗? 这些成本不仅包括自己公司太阳能发电的投入,还有收购电票和智能电网的投入等。美国政府的电监会允许把这部分成本计入电价,即允许电力公司提高电价。电力公司所花费的合理成本,最后都要算在电价里,由用电户来承担。也就是说,这一机制是不节电、不投资新能源的人与企业,为投资新能源的人与企业买单。这种机制有很大的合理性。现在的电价实际上没有把对大气和河流的污染、开采石油和煤炭时的污染、对不可再生资源的补偿、输电造成的污染的治理费用全部包括进去。换个角度来看, 多用能源的家庭与企业实际上是占了少用能源的家庭与企业的便宜。根据谁污染谁付费的原则,新泽西州对太阳能发电家庭的补助, 不但鼓励了参与新能源的投资者,同时也惩罚了不参与新能源投资的企业与个人。可以看出,美国在推广太阳能发电上给出了不少利好,在吸引全民发电成效显著。

  日本

  核能发电受挫,调整新能源发展战略

  日本是能源先天不足的国家,几乎所有能源均需进口,其中, 对石油的依赖程度最大。而鉴于目前核能的不可替代作用,核能依然会同化石燃料开发利用、太阳能、风能和生物质燃料等可再生自然能源以及节能作为未来日本能源政策的四大支柱。福岛核事故后逐步减少核电比例的基本理念加快了日本政府从政策面大力引导和支持可再生能源电力发展的步伐。日本政府决定对可再生能源追加巨额投资,太阳能发电设施方面追加投资12.1 万亿日元,风力发电设备追加投资10 万亿日元。2012 年7 月1 日开始, 日本实施的FIT 计划,就是通过让电力公司高价收购家庭和民间企业生产的可再生能源电力的方式,鼓励更多资本进入可再生能源领域,削减温室气体排放,减少对核电的依赖,从而推动可再生能源普及的步伐。

  稳定的海上风力发电

  日本能源专家认为,海上风力发电与陆地相比,风向风力非常稳定,因此是一个能够指望得上的电源。日本政府2011年9月正式决定,在福岛县近海,建设世界首个漂浮在海面上的浮体式风力发电站,希望以此解决能源问题,并扩大就业,帮助灾区早日复兴。

  福岛县在离海岸约40 公里的地点,平均风速达到每秒7 米以上,风力资源非常丰富,如果建设风力发电站,总输出功率能够达到460 万千瓦。作为重建灾区的一个核心措施,日本政府准备将福岛县建成开发可再生能源的基地,并将产业技术综合研究所的一部分研究设施转移到福岛,除风力发电站外,还将在福岛县建设大型太阳能发电站。海上风力发电站包括风车、发电机、轴承等,零件数达到约2 万个,涵盖广泛的企业。例如, 建设和维修保养一座100 万千瓦的海上风力发电站,就可以创造2.2 万人的就业机会。日本政府准备通过优惠政策,吸引零件厂家到灾区生产,从而扩大就业。浮体式海上发电站是世界首创, 需要应用造船技术。目前,除了挪威正在进行一座浮体式海上风车发电站的实验外,世界上还没有将浮体式海上风力发电站大规模投入生产的实例。在海上风力发电站中,还有将基座设在海底的着床式,但是在水深超过50 米的地点,建设费用大幅增加, 从经济角度来说很不合算。与欧洲不同,日本平浅的海域很少, 因此让风车漂浮在海面上,利用锁链固定到海底的浮体式是普及海上风力发电的关键。

  德国

  退核新方案

  2011 年5 月,德国宣布将逐步退出核能,至2022 年关闭境内所有核电站,同时将大力发展风能、太阳能等绿色新能源, 成为首个明确提出完全弃核的发达工业国家。作为德国发展新能源的前沿阵地,下萨克森州拥有优越的地理环境及高水平科研力量,尤其风能发电量稳居德国各联邦州之首。2012 年2 月,下萨克森州政府在全德率先公布《新能源发展方案》。这是德国能源政策的重大转变,为此,德国将投入数十亿欧元发展可再生能源、建设天然气发电厂等。德国政府认为,可再生能源是否能高效运用,关键在于技术上的突破。在德国,不仅企业可以从事可再生能源发电,每个大楼的每个家庭都有并网的地下电缆。凡是家庭利用可再生能源发电没有用完的,可以输入电网,并获得收入。目前,德国已着手研究进一步升级智能电网,以平衡风能和太阳能的产量波动,有效利用分布于德国的几十万台家庭太阳能发电机和小型燃气发电机。政府计划在2011 年设计出目标电网2050,并开始建设南北输电线,用于将北部的风电运往西部和南部城市。

  在德国的新能源产业中,还有一个不容忽视的是电动汽车的发展。在德国慕尼黑,西门子中央研究院开始着力研究电动汽车, 拟在未来的交通市场格局中分抢一杯羹。到目前为止,交通运输仍高度依赖矿物燃料,这一方面使交通运输易受到燃料价格上涨的影响,另一方面加剧了温室气体排放。电动车技术一旦得以突破, 肯定将导致能源系统的革新。在研发经费方面,2013 年之前,政府奖励的研发经费就由原来的10亿欧元增加到20亿欧元。目前德国购买电动车的消费者,还可享受10年免缴行驶税的政策。然而从购买成本来看,由于电动车的造价不菲,每辆电动车比传统汽车价格要多9000 欧元甚至以上,尽管德国在购车时进行一次性补贴,但仍然显得较为昂贵。

  德国民众有较高的环保意识和利用可再生能源的积极性。德国政府组建了400 多家专门的能源能效信息咨询服务机构, 确保社会参与的制度化。政府研究机构对民众的可再生能源消费行为进行调查,认真分析,并强调从战略高度总结哪些是可再生能源利用的关键领域。联邦能源署还在其主页上提供了二氧化碳计算器,人们可以计算其CO2 排放量。政府通过各种宣传媒体告知民众,在供暖、供电、行走、食物等方面如何提高可再生能源的利用率。此外,德国政府还把公众利益落到实处。家庭、农场如果采购相关设备利用太阳能,可得到政府的奖励。

  丹麦

  风电+ 生物质能发电建立新王国

  丹麦不仅拥有闻名于世的安徒生童话,它还创造了新能源发展的美丽童话。自1992 年和1997 年联合国气候变化框架公约及京都议定书出台前后,丹麦就开始为建立清洁发展机制、减少温室气体排放,进一步加大了生物质能和其他清洁可再生能源的研发力度。1997 年,丹麦政府决定在全国挑选一个岛屿实施新能源试验,目标是用10 年的时间使该岛实现百分之百的新能源自给。在其后的十年中,岛上建立了11 个风机、3 个秸秆燃烧供热厂和遍布各处的太阳能电池板。岛上4000 人的用电、取暖完全来自于可再生能源的供应。萨姆索岛如今已是丹麦对外宣传减排的范例。而在小小的萨姆素岛之外,丹麦新能源行业的发展也始终保持着令人尊敬的速度。在政府的关注和支持下,丹麦由MWE 公司率先研发秸秆生物燃烧发电技术。

  在一家欧洲著名能源研发企业的努力下,丹麦1988 年就诞生了世界上第一座秸秆生物燃烧发电厂。在丹麦王国能源署等部门的努力下,目前丹麦已经建立了100 多家秸秆发电厂,秸秆发电等可再生能源占了全国能源消费量的24% 以上。曾依赖石油进口的丹麦,1974 年以来GDP 稳步增长,但石油年消费量比1973 年下降了50%。现在,秸秆发电技术从丹麦走向了世界,被联合国列为重点推广项目。地处北欧的丹麦,木材、煤炭及其他矿物资源相对贫乏,但却拥有强大的风能,其平坦的地势及绵长的海岸线是发展风能的优势所在。目前, 风力发电大约占了丹麦电力供给的20%,并且还在稳步增长。丹麦的风力发电机也处于世界领先水平。

  自上世纪80 年代开始,丹麦开始大力发展以风能和生物质能为主的可再生能源。如今丹麦已成为世界可再生能源领域的领跑者,其可再生能源在全国总能源消耗中所占比重逐年增加。截至2010 年5月,丹麦有5052 台风力涡轮机,总装机容量达3545 兆瓦。据丹麦风能协会提出的到2020 年的风能发展规划,风力发电占总发电量的比例应由目前的约20%提高到50%。丹麦气候和能源部今年9月28 日发布研究报告称,丹麦有望在2050 年彻底摆脱对煤炭、石油和天然气等化石能源的依赖。自1980 年开始,丹麦根据资源优势,大力发展以风能和生物质能源为主的可再生能源。在目前世界累计安装的风电机组中,60% 以上产自丹麦,占世界风机贸易近70%。丹麦大力发展分布式能源,利用生物质能源发展热电联产和集中供热。2005年,丹麦可再生能源发电比例达到30%,提前5 年完成欧盟提出的2010年达到29%的目标。丹麦发展海上风电目的不仅如此,大量向海外输出海上风电技术才是其根本目的。一旦海上风电市场形成,丹麦将是最大的受益方。

  西班牙

  电价双轨,并网有新招

  西班牙可再生能源电力上网实行双轨制,维持着较为稳定的电价政策,在保证基本收益的前提下,鼓励可再生能源发电企业参与市场竞争。1997 年实施的《电力法》规定,风电场可以在固定电价和市场电价中任选其一,且每年有一次选择权。固定电价是指电网企业必须按照平均终端销售电价的90% 收购风电, 超过平均上网电价的部分由国家补贴;市场电价是指风电企业需要按照电力市场竞争规则,与常规发电企业一起参与竞价上网, 但政府会额外提供溢价,溢价即政府补贴电价,通常为平均参考销售电价的50%。按照2007 年新的《皇家法案》,2007 年12 月31 日以后开工的风电场固定电价为7.32 欧分/ 千瓦时,运行20 年后下降到6.12 欧分/ 千瓦时;对采用市场电价售电的风电场,风电上网的市场电价与溢价之和不能高于8.49 欧分/ 千瓦时, 也不能低于7.13 欧分/ 千瓦时。价格杠杆既是鼓励可再生能源发展的有力工具,也是调控其发展规模的有效手段。西班牙政府于2008 年9 月大幅降低了光伏发电上网电价,设定了2009-2011 年每年新增50万千瓦的限制。这既使太阳能等可再生能源具有较大的市场吸引力,又将经济代价控制在一定的范围内。

  西班牙通过建立双向约束机制的做法,兼顾了可再生能源发电企业与电网企业双方的利益。1997年实施的《电力法》设立了双向义务,即国家电网有义务购买被生产出来的可再生能源电量, 并对风电、太阳能发电等非常规电力采取相对宽容的入网条件; 另一方面,风电等可再生能源发电企业也有义务,将其供应可再生能源电力的情况通知国家电网。国家电力库系统在向各发电企业收购发电量时,要求各电网企业必须提前一天报出各个时段的上网电价以及预测的上网电量,电力库再根据第二天各时段的用电需求预测情况,决定购买哪些发电企业的电力。当风电预测值与实际值相差超过20% 时,风力发电企业要向电网企业缴纳罚款。法律还要求每个风电场经营企业必须成立实时控制中心,并将实时数据传送给国家电网。双向义务机制既解决了风电企业发展的后顾之忧,又保证了国家电力系统的稳定运行。

  西班牙采取多种软硬件建设措施,改善可再生能源入网与跨区输送,新建了大量用于调峰调频的油电和气电机组,增强电网的调度能力,尽可能多地接入风电等出力不均电力;制定了严格的风电入网标准,不仅使新安装风机采用新技术和新控制系统,也迫使老旧风机更换新控制系统,确保电网在风电大规模接入后保持安全稳定运行;提高了风电短期预测技术能力和水平,尽量减少预测误差。

  八仙过海,各显神通

  不难看出,世界各国都在因地制宜地对新能源的利用进行开发,目前,各国的能源战略均反映了2 个明显的政策导向: 一是开发利用替代化石能源的可再生性新能源,二是研发节能技术和节能产品。面对着自然资源的一度匮乏和滥用问题,在这个没有硝烟的战场上,各国对于新能源与可再生能源的开发利用是真正意义上的八仙过海,各显神通。本文列举的几个国家在新能源上的表现虽然是不完全的展示,但是如果我们能够对其他国家的优秀经验进行学习,把我国更多的可再生资源利用起来,同时调动人民对于新能源使用的积极性,一条真正适合我们的绿色发展道路才会走得更顺利。

  来源:财经界

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