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大風(fēng)呼嘯，風(fēng)力發(fā)電機卻停止了運轉(zhuǎn)——近年來，在加快清潔能源開發(fā)利用的同時，水電、風(fēng)電、光伏發(fā)電出現(xiàn)送出難、消納難問題。數(shù)據(jù)顯示，2019年全年棄水電量約691億千瓦時，棄風(fēng)電量277億千瓦時，棄光電量54.9億千瓦時，“三棄”電量共約1023億千萬時，超過同期三峽電站的發(fā)電量。2020年一季度“三棄”現(xiàn)象雖有所緩解，但仍不同程度地存在。為何會出現(xiàn)如此大規(guī)模的電量損失？如何解決這一問題？記者進行了采訪。
新疆、甘肅和內(nèi)蒙古等三省區(qū)棄風(fēng)棄光電量占全國比重超90%——“風(fēng)光”無限卻受阻
新疆風(fēng)能、太陽能豐富，是中國清潔能源發(fā)展最迅速的省區(qū)之一。中國氣象局風(fēng)能太陽能資源中心報告顯示，去年全國陸地70米高度風(fēng)能資源方面，年平均風(fēng)功率密度不低于150瓦/平方米區(qū)域面積為613.7萬平方公里，其中新疆128.6萬平方公里，位列全國第一；太陽能方面，2018年，新疆大部年水平面總輻照量超過1400千瓦/平方米，居全國前列。截至今年4月底，新疆風(fēng)電、光伏發(fā)電裝機容量近3000萬千瓦。
“風(fēng)光”無限，挑戰(zhàn)卻也不少。近年來，新能源發(fā)電裝機持續(xù)增長的同時，新疆地區(qū)不少風(fēng)機、光伏設(shè)備長期處于閑置狀態(tài)，棄風(fēng)棄光現(xiàn)象嚴重。去年，新疆棄風(fēng)電量107億千瓦時、棄光電量21.4億千瓦時，全國最高；棄風(fēng)、棄光率為23%、16%，分別約為全國平均水平的3倍和5倍。
不僅僅是新疆，國家能源局相關(guān)負責(zé)人介紹，目前中國清潔能源消納問題存在較為明顯的地域和時段集中分布的特征。其中，棄風(fēng)棄光主要集中在新疆、甘肅和內(nèi)蒙古等地區(qū)，2018年，上述三省區(qū)棄風(fēng)棄光電量超過300億千瓦時，占全國總棄風(fēng)棄光電量比例超過90%；棄水主要集中在西南的四川、云南地區(qū)。
該負責(zé)人指出，風(fēng)電、光伏發(fā)電等新能源出力具有較大的波動性，在時段分布上與用電負荷存在較大差異。比如，風(fēng)電一般夜間出力較大，但此時用電負荷較小；光伏發(fā)電出力在傍晚快速減小，但此時實際用電負荷正迎來晚高峰。水電出力受來水情況影響，汛期出力較大而枯期出力有限?！澳壳爸袊娏ο到y(tǒng)尚不完全適應(yīng)如此大規(guī)模波動性新能源的接入，電力系統(tǒng)的實際調(diào)度運行面臨較大困難?！?/span>
國網(wǎng)能源研究院有限公司新能源與統(tǒng)計研究所副所長謝國輝表示，局部地區(qū)出現(xiàn)棄水棄風(fēng)棄光現(xiàn)象，主要是由于可再生能源發(fā)展速度過快引起的。特別是風(fēng)電、光伏發(fā)電迅猛增長，帶來可再生能源發(fā)展與調(diào)峰電源發(fā)展不協(xié)調(diào)、與電網(wǎng)發(fā)展不協(xié)調(diào)、與用電需求增長不匹配、與市場機制健全不同步的矛盾突出。
近年來，新疆、甘肅、蒙東等地新能源發(fā)電裝機快速增長，遠超全社會用電量增速，造成了較大的消納壓力。截至2019年4月底，新疆、甘肅、蒙東風(fēng)光發(fā)電裝機分別是本地最大用電負荷的1.1、1.4、2.0倍，本地消納能力嚴重不足。
本地消納不足，外送也受阻。謝國輝介紹，中國新能源資源和需求逆向分布，風(fēng)光資源大部分分布在“三北”地區(qū)（華北、東北、西北），而用電負荷主要位于中東部和南方地區(qū)，由此帶來的跨省跨區(qū)輸電壓力較大。與此同時，水電、風(fēng)電、光伏發(fā)電富集地區(qū)跨省跨區(qū)通道規(guī)劃建設(shè)與可再生能源發(fā)展不同步，電網(wǎng)項目核準滯后于可再生能源項目。以風(fēng)光發(fā)電為例，2015年底甘肅酒泉風(fēng)電基地裝機規(guī)模已超過1200萬千瓦、太陽能發(fā)電600萬千瓦，酒泉—湖南特高壓直流工程2015年5月核準建設(shè)，2017年才投產(chǎn)，外送通道建設(shè)滯后2到3年。
根據(jù)國網(wǎng)能源院數(shù)據(jù)，截至2020年4月底，“三北”地區(qū)風(fēng)光發(fā)電裝機合計1.68億千瓦，但目前國家電網(wǎng)跨區(qū)直流輸送能力僅為0.95億千瓦，還要承擔(dān)大量煤電、水電基地外送任務(wù)，外送能力嚴重不足。
普渡的鋁水制氫技術(shù)能夠完美解決棄水，棄風(fēng)棄光的難題。
首先是將多余的電能存儲起來，使用普渡特有的鋁還原辦法，大幅降低儲能的成本。
鋁燃料的副產(chǎn)品氧化鋁的還原采用天然氣輔助還原技術(shù)，可以大幅降低鋁還原的成本，具體的數(shù)據(jù)如下：
在鋁還原的過程中使用天然氣，產(chǎn)生氫氣，而氫氣大幅降低了對電能的消耗，使還原鋁的成本大幅下降到每公斤鋁消耗3.6度電。
鋁還原到電
將多余的電能固化進入金屬鋁之后，存儲和運輸?shù)膯栴}也得到解決。鋁燃料罐不是危險品，可以安全存儲和運輸，甚至快遞小哥就可以送貨。
鋁能源儲能的另一個方面就是將鋁還原成電能，這就需要我們的鋁能發(fā)電機。
65千瓦鋁能源發(fā)電機
關(guān)于鋁水制氫用于發(fā)電的成本估算
國內(nèi)鋁的價格按照每公斤15元人民幣來計算
每公斤鋁包含電8.65度
如果氧化鋁重復(fù)利用，使用前述的方法還原鋁，則每公斤的鋁成本降低到0.4美元，也就是2.8元人民幣
而氫氣的成本為每公斤4美元或28元人民幣，考慮了10%左右的損耗。
燃料電池的效率按55%計算，如果使用燃料電池發(fā)電，每公斤鋁燃料只能產(chǎn)生3.4千瓦時的氫氣，成本比較高，不是首選方案。
如果使用熱能，則利用比較充分，使用效率可以達到85%，
按照8.5千瓦時計算，
8.5 x 85%=7.225千瓦時
每度電的成本降低到2.8/7.225=0.3875元人民幣
65千瓦鋁發(fā)電機批量成本5000美元，約合人民幣35000元
每度電售價0.8元
每度電成本0.40元
對比柴油發(fā)電機的成本每度電1.5元
利用鋁水制氫技術(shù)對燃油車的改造
配合鋁水制氫技術(shù)對燃油車的改造，全國4億輛燃油車將不再受高油價之苦，還能為碳中和做出巨大的貢獻。使用鋁水制氫技術(shù)的家用燃油車每百公里的行駛成本4美元，也就是低于28元人民幣。
鋁能源的其它應(yīng)用包括：
樓宇供暖
海水淡化
野外軍用水電氣一體解決方案
|作者：駝探路
