我国发电技术的演变与环境保护
姚蓉
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姚蓉 ,. 我国发电技术的演变与环境保护[J]. 发电技术与研究,2024.6. DOI:10.12721/ccn.2024.157348.
摘要:
简要介绍发电技术对人类、对社会、对经济发展的重要性及其在现代社会中的作用。分析传统发电技术的利与对环境、对生态的影响,探讨我国净零目标新能源发电技术的发展现状,并展望未来的发电技术。
关键词: 发电技术环境影响碳达峰净零目标
DOI:10.12721/ccn.2024.157348
基金资助:

早在公元前600年左右,人们就发现了电的存在。然而,对于电磁感应现象的首次发现以及发电机的发明,我们可以归功于英国物理学家和化学家迈克尔·法拉第。法拉第在1831年10月17日首次发现了电磁感应现象,并据此得到了产生交流电的方法。紧接着,在同年的10月28日,他发明了圆盘发电机,这是人类创造出的第一个发电机。

自从有了电,电对人类的重要性不言而喻。电力是现代社会的主要能源形式之一,它为我们提供了照明、供暖、制冷、交通、通信等各种活动所需的能量。无论是家庭生活还是工业生产,都离不开电力的支持,电对人类的重要性体现在生活的各个方面。总之,随着科技的不断进步和新型发电技术的发展,电力将在未来继续发挥更加重要的作用。

电力对人类的作用如此之大,发电技术的演变也是迅速的。传统发电技术,尤其是基于化石燃料的发电方式,在能源供应中扮演着重要角色,但同时也伴随着一系列的利弊和对环境的影响。

传统发电技术的利与对环境的影响

一、传统发电技术的优点

传统发电技术,尤其是煤炭和天然气发电,能够稳定地提供大量电力,成本相对较低。化石燃料在采购和储存方面较为便宜,使得传统发电在成本上具有竞争力。传统发电技术已经发展了几十年,技术相对成熟且稳定。这种稳定性确保了电力的持续供应,满足了人们对电力的基本需求。在适当的条件下,传统发电方式可以达到较高的发电效率。这有助于提高能源利用效率,减少能源浪费。

二、传统发电技术对环境的影响

传统发电技术,尤其是煤炭发电,会产生大量的污染物,如二氧化硫、氮氧化物、粉尘等。这些污染物会对空气质量造成严重影响,导致雾霾等环境问题。其次,化石燃料的燃烧还会产生温室气体,如二氧化碳,加剧全球气候变化。长期暴露在化石燃料燃烧产生的污染物中会对人类健康产生不良影响。例如,颗粒物会导致呼吸道疾病和心血管疾病等。此外,传统发电技术依赖于有限的化石燃料资源。这些资源的消耗速度快于再生速度,导致能源供应的可持续性受到挑战。同时,化石燃料的开采和运输也会对环境造成破坏。而水力发电虽然具有清洁、可再生的特点,但也会对生态环境造成一定影响。例如,大坝的建设会改变河流的自然流态,影响水生生物的生存。同时,水库的蓄水可能导致上游地区的淹没和移民问题。因此,在推动能源转型和可持续发展的过程中,需要寻求更加清洁、高效的能源替代方案。

随着社会的进步,环境恶化与资源紧缺的问题制约着全球范围内的可持续发展,故能源体系绿色低碳转型势在必行,可再生能源的进一步开发以及现有能源利用的清洁低碳化将是能源发展的基本趋势。在《巴黎协定》中,全球GDP排名前十的国家基本都通过政策宣示或法律规定公布了温室气体排放净零目标,太阳能、风能及生物质能等可再生能源的发展和利用则成为各国达成“净零目标”的重要途径。

现阶段我国的新能源发电技术主要包括以下几种:

一、风力发电

风能是重要的清洁、绿色、低碳能源,资源丰富、分布广泛。风电技术成熟、有经济竞争力,除可提供电能量外,其全天候发电特性还可提供一定的电容量支撑,是构建新型电力系统不可或缺的电源。到2060年,我国非化石能源在能源消费中的比例将超80%,按此目标,国内一些未来能源发展情景研究的结果显示,2060年我国风电装机有望超30亿千瓦,届时在所有电源品种中,风电贡献的发电量将最大,将成为推进碳中和及能源革命的主体电源。国际社会也看好风电发展前景和应用潜力。国际可再生能源署提出,如果在未来三四十年内实现全球净零排放,各类可再生能源都需发挥重要作用,净零排放情景下预测全球风电累计装机将由2022年底的9.1亿千瓦升至2030年的33亿千瓦。

近10年来,我国风电技术进步、成本下降、市场规模增加,都超过国内外诸多机构的预期。2006年前后,国产兆瓦级大型风电整机以购买许可证引进为主,2016年,国内多家企业就开发出适合我国风资源和气候条件的低风速、高纬度、高海拔、抗台风等多种类型的大型风机和智慧风电场技术。“十四五”时期,在风电进入无补贴平价上网阶段后,技术更新提速,目前新增陆上风电招标机型以5兆瓦及以上为主。2022年下半年以来,海上风电多家龙头企业推出15兆瓦及以上机型,今年7月单机16兆瓦机组并网发电,风电在大容量机组方面赶超国际先进水平。

海上风电等海洋电力业产值呈现快速增长势头,“十三五”时期年均增长率达13%。这得益于我国优良的基础条件。我国拥有长度超过1.8万千米的大陆海岸线,管辖海域面积约300万平方千米,为海上风电提供了广阔的地理空间。我国是全球海上风资源富集的区域之一。福建、粤东风资源最佳,已建设海上风电项目的最高发电小时数超过5500小时,是陆上的2倍多。未来,海上风电基础设计与工程技术创新有望突破,降低深远海风电项目成本,推动海上风电场向深远海拓展。

二、水力发电

我国幅员辽阔、河流众多,水资源总量与水电资源蕴藏量均位居世界前列,水力发电作为我国的传统清洁能源,经过数十年的发展,水电已成为我国技术水平最为成熟、规模效益最为明显的可再生能源,系我国保障能源供应稳定性、推进能源结构绿色低碳转型的重要支撑。根据国家发改委 2005 年发布的数据,我国大陆水力资源理论蕴藏量年电量为 60,829 亿千瓦时;技术可开发装机容量(在当前技术水平条件下,可开发利用的水力资源量)54,164 万千瓦,年发电量 24,740 亿千瓦时;经济可开发装机容量(在当前技术、经济条件下,具有经济开发价值的水力资源量)40,180 万千瓦,年发电量 17,534 亿千瓦时。

截至 2022 年末,我国水电累计装机容量 41,350 万千瓦,占技术可开发装机容量的比例超过 70%,我国水力资源利用率已达到较高水平。未来,我国水电资源的实际可开发量将随着勘察探测技术升级、资源普查的进一步深入而提高,我国水力发电技术/经济可开发装机容量亦将随着建设开发、设备制造等方面技术水平的提升将进一步增加,我国水力发电未来可发展空间仍然非常巨大。

三、核能发电

核能是低碳能源,全生命周期碳排放仅约12克/千瓦时,同时具有装机容量大,运行稳定可靠、换料周期长等特点,具备较强的频率和电压调节能力,能够为经济社会发展提供充足的电力保障,为“双高”电力系统安全稳定运行提供关键支撑。

目前,全球多数主要经济体均明确提出积极发展核能。欧盟议会正式将核能项目纳入绿色投资分类,法国提出大规模重振核电计划,英国将大力发展核能作为国家能源战略的重要组成。美国能源部最新研究报告指出,2050年至少要再新增2亿千瓦核电装机,才能支撑其碳中和目标实现。我国也明确提出“积极安全有序发展核电”方针,核电发展规模和节奏已进入新常态。中国核电装机在电力系统中的比例仅2%,发电量仅5%,远低于发达国家水平,核电强国法国和美国的核电发电量比例分别高达70%和20%。2012年~2022年,中国核电渗透率仅从2%上升至5%,同样低于发达国家水平,可见中国核电仍有很大的发展空间。

四、太阳能发电

和其他可再生能源相比,太阳能光伏发电具有能源来源路径最短、转换效率最高、储量最大、清洁安全等特性,因此成为全球能源绿色低碳转型进程中重要构成部分。为促进光伏产业健康可持续发展,近年来我国政府出台多项政策推动光伏市场化进程。顶层设计方面,“碳中和碳达峰目标”奠定了我国光伏行业未来飞速发展的整体基调。在可预见的未来,光伏发电上网价格低于传统燃煤机组电价的情况将不再久远,更低的用电成本会使得市场对光伏发电的需求不断增强,从而扩大行业市场空间。

此外,还有一些新型发电技术。如:生物质能发电。生物质能发电利用生物质(如木材、农作物废弃物、动物粪便等)作为燃料,通过燃烧或发酵产生热能或气体,进而驱动发电机发电。生物质能是可再生能源,且其燃烧产生的二氧化碳与植物生长过程中吸收的二氧化碳相当,因此具有较低的碳排放;海洋能发电。海洋能包括潮汐能、波浪能和海洋温差能等,它们都可以通过特定技术转化为电能。虽然这些技术尚处于发展阶段,但具有巨大的潜力。这些新型发电技术的应用有助于减少对化石燃料的依赖,降低温室气体排放,推动可持续发展。同时,随着技术的不断进步和成本的降低,这些新型发电技术将逐渐得到更广泛的应用。

地球只有一个,它是我们赖以生存的唯一家园,保护环境就是保护我们自己。我们必须要合理利用自然资源,保护自然资源,防止环境恶化,保障人类健康。

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