能源革命(第二部分)

企划管理部2015年12月25日能源（二）目录页码一、能源简介 3二、能源革命的缘由 7三

、能源革命的内容 11四、

能源生产 13五、

能源传输 40六、

能源储存 52七、能源消费61本期介绍后三部分五、能源传输电力输送通常都采取高压输电的方式，首先在发电厂增加变电站，通过升压变压器，将发出的10.5千伏的电升为35KV、110KV甚至1000KV长距离输送，到了目的地后首先送达到集中的变电站，根据用户距离，通过降压变压器将电压降到35KV或者10.5KV,再进行短距离的输送，10.5KV再通过变压器变成三相电，供用户使用。除化石能源外，目前人类使用最广泛的能源就是电力。电力传输系统五、能源传输我国能源资源与能源需求呈逆向分布，80%的水能资源在西南部，90%的陆地风能主要集中在西北、东北和华北北部，太阳能年日照超过3000小时地区主要在西藏、青海、甘肃、宁夏、新疆等西部省区；而70%以上能源需求在东中部，距离一般在800-3000公里。这就迫切要求电力实现经济高效的大规模送出和大范围消纳。中国新能源现状正面我国风电发电装机量全球第一，光伏发电装机量也是遥遥领先。反面风电、光伏等具有间歇性、随时性特性，为需要保持发电、用电实时平衡的调度系统带来了难题，电网视其为“垃圾电”，且能源生产地的电力需求有限，电网建设又滞后，因此新能源发电并网难，生产出来却输送不出去。五、能源传输一面是新能源的输送并网难，另一方面是用电大省的电荒危机和环境压力。生产与消费的矛盾电不能大量储存，需要发供用瞬时同步进行，所以必须输送出来。而从新疆输送到华东要几千公里，必须用特高压，否则已经建成的清洁能源送不出去，造成大面积的弃风弃电。交流输电电压一般分高压、超高压和特高压。国际上，高压(HV)通常指35-220kV的电压；超高压(EHV)通常指330kV及以上、1000kV以下的电压；特高压(UHV)指1000kV及以上的电压。另±800千伏及以上的直流电称为特高压直流输电(UHVDC)。五、能源传输特高压“四特”相对于其它高压，特高压的优势体现在“四特”。特高压电网指的是以1000kV输电网为骨干网架，超高压输电网和高压输电网以及特高压、高压直流输电和配电网构成的分层、分区、结构清晰的现代化大电网。长期以来，中国长距离输电和世界其他国家一样，主要用500千伏的交流电网，只在俄罗斯、日本、意大利有少量1000千伏交流线路，且都降压运行。自十二五规划以来，特高压在中国取得了高速发展，并走向海外，2014年国家电网获建巴西美丽山800千伏特高压直流2092公里的输电线路项目，总投资约合18亿美元。五、能源传输特高压示范线晋东南-南阳-荆门项目是我国自主研发、自主设计和自主建设的世界上电压等级最高、输送容量最大、送电距离最远、技术水平最先进的交流输电工程。该线路全长654公里，静态投资约57亿元，于2006年8月开工建设，2009年1月投入商业运行。2010年8月特高压交流输电试验示范工程获得国家验收通过。通过示范工程实践，我国建成了世界一流的特高压试验研究体系，掌握了特高压交流输电核心技术，建立了特高压交流输电标准体系，实现了国内电工装备制造的产业升级，验证了特高压交流输电的技术可行性、设备可靠性、系统安全性和环境友好性，培养锻炼了技术和管理人才队伍，自此，特高压交流输电工程从示范阶段进入大规模建设阶段。五、能源传输特高压规划“十二五”规划中，联接能源基地与主要负荷中心的“三纵三横一环网”特高压骨干网架和基本完成，形成西电东送、北电南送的能源配置格局。“十三五”规划中，“四交四直”特高压工程列入大气污染防治行动计划，陆续开工建设中。五、能源传输在固有观念中，电力的传输必然会同导体联系在一起，也就是说，必须要有电线。未来的电能传输未来无线电力传输将成为生活的常态，顾名思义，即以非接触的无线方式实现电源与用电设备之间的能量传输。技术上，无线输电技术与无线电通讯中所用发射与接收技术并无本质区别。但是前者着眼于传输能量，后者是附载于能量之上的信息。尼古拉·特斯拉（NikolaTesla，1856年-1943年），塞尔维亚裔美籍科学家。早在1891年证实了无线能量传输。他发明了“特斯拉线圈”，并试图将其放大，把地球作为内导体，地球电离层作为外导体，通过他的放大发射机，使用这种放大发射机特有的径向电磁波振荡模式，在地球与电离层之间建立起大约8赫兹的低频共振，利用环绕地球的表面电磁波来传输能量。五、能源传输特斯拉有生之年没有实现“全球无线输电”主张。后人从理论上证实了方案的可行性，只不过涉及到世界范围内的能量广播和免费获取，在现有的政治和经济体制下，无法实现，估计到“地球联邦”那时候时机就成熟了。而在电能储存技术多年没有得到革命性突破的情况下，近年来无线电能传输研究也成为热点。无线电能传输2007年美国麻省理工学院的科学家通过电磁感应成功“隔空”点亮了离电源两米多远处的一个60瓦灯泡。2008年多家科研机构和公司组织成立了无线充电联盟（WirelessPowerConsortium），2010年了无线充电联盟正式将QI无线充电技术引入中国。五、能源传输无线电能传输技术无线电能传输就是借助于电磁场或电磁波进行能量传递的一种技术。目前主要分为电磁感应式、电磁共振式和电磁辐射式。电磁感应式用于近距离传输，通常在cm级别电磁共振式适于中等距离传输，通常在m级别电磁辐射式可用于远距离传输，通常在km级别五、能源传输短距离传输应用戴尔Latitude

Z笔记本在PC类产品首次采用了无线技术。海尔发布无尾电视，率先在家电产品中采用无线技术。手机无线充电已经得到初步应用。无线充电对电子产品而言是锦上添花的新功能，但对电动汽车产业，可能是启动市场的关键。在消费类电子产品领域短距离小功率应用方面快速成长。五、能源传输远距离传输应用最彻底的革命便是特斯拉提出的“全球无线输电”的概念。而远距离大功率电能传输技术尚在研究阶段，在前述太空太阳能中也作了简要说明。2015年3月，日本宇航研究开发机构JAXA和三菱公司宣称在无线电能传输技术上取得了突破，演示了长距离无线电能传输。这是属于定向传输，使得人类在太空中进行太阳能生产往前迈进了一步。太空太阳能发电预计在2050年间实现。五、能源传输未来传输应用未来，家用电器设备、医疗设备、可穿戴设备、电动工具、办公室电器、厨房电器、电动汽车等都可以实现无线充电。其实应该叫“无线供电”，一边传输一边使用电能，不需要任何类似于电池的电量存储设备，更不需要提前充电了。到那时电线、插线板、电池都可以消失了，你甚至感受不到电的存在，它就像空气一样无处不在。室外室内人体六、能源储存电能储存的必要性电力支配和影响了我们的生活，如果停电一个月，这个世界将乱成一团。但是目前人类还无法实现大规模的电能储存，发电、送电、用电必须是同时进行的。只有在小范围内，存储设备将电能转化为其他类型的能量，特定时间段内，又将此种类型的能量再次反转为电能以用于生产生活所需。

随着时代发展和需求提升，储能技术停滞不前成为当前技术发展的重大瓶颈。平滑间歇性电源功率波动，增强电网调频、调峰能力；减小负荷峰谷差，提高电力系统效率和设备利用率；增加备用容量，提高用电安全稳定性和质量；大幅提高电网接纳可再生能源的能力，促进可再生能源集约化开发和利用；移动类用电产品迎来革命性解放。12345六、能源储存纯电能储存纯电能可以以两种方式储存，一种是以电场的方式储存，一种是以磁场的方式储存。电是以电离子的定向移动而存在的，电子在介质中移动从而形成电流。电容以电场的方式储存电能的电子元件是电容，电能以电势能的形式储存；以磁场的方式储存电能的电子元件是电感，即线圈，电能以动能的形式储存。电感六、能源储存纯电储存局限性最大的问题点就是损耗，电子在运动过程中也会相互碰撞或与其他原子碰撞而动能降低，超导技术尚无法实现大规模应用，因此电动能形式的直接存储电能较难实现。磁场的方式储存理想的介质是不存在的，要提高能量储存就要提升电极间的电势差（电压），电势差增加，对介质的绝缘要求也更高，对制造工艺也要求更高。因此电势能的直接存储也是难以实现的。电场的方式储存在电磁储能中的超导磁体和超级电容器研究尚未成功的情况下，目前主要应用的是机械储能与电化学储能（蓄电池），这里重点介绍蓄电池。蓄电池分类电池按工作性质可分为一次电池(如干电池)和二次电池。二次电池又称为充电电池或蓄电池，指在电池放电后可通过充电的方式使活性物质激活而继续使用的电池。充电电池的充放电循环可达数千次到上万次，故其更经济实用。目前市场上主要蓄电池有“铅酸”、“镍氢”、“镍镉”、“锂离子”等。铅酸蓄电池应用最广，锂离子电池发展最快，铝、钒、镁、石墨稀电池等概念纷至沓来。六、能源储存锂离子电池原理六、能源储存锂电池大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。我们所说的一般都是锂离子电池。典型的锂离子蓄电池体系由碳负极(焦炭、石墨)、正极氧化钴锂(LixCoO2）和有机电解液三部分组成。锂离子电池实际上是一个锂离子浓差电池，充电时，Li+从正极脱嵌经过电解质嵌入负极，此时负极处于富锂态，正极处于贫锂态；放电时则相反，Li+从负极脱嵌，经过电解质嵌入正极，正极处于富锂态，负极处于贫锂态。因此，在充放电循环时，Li+分别在正负极上发生“嵌入-脱嵌”反应，Li+便在正负极之间来回移动，所以，人们又形象地把锂离子电池称为“摇椅电池”或“摇摆电池

”。技术原理优势高能量密度高电压污染少循环寿命高无记忆效应快速充电锂离子电池发展六、能源储存

1991年，索尼公司推出第一款商业版锂离子电池，当今的移动世界离不开锂离子电池，这是目前可充电电池（笔记本电脑、照相机、手机和电动汽车等）的最佳选择。2014年全球锂电池产业规模达249亿美元。全球锂电池产业规模中国锂电池产业规模动力锂电池主要厂商六、能源储存随着电动汽车市场的火热，动力型锂离子电池逐步成为驱动锂离子电池产业的主要力量。2014年，全球电动汽车锂离子电池产能井喷，产量高达7000兆瓦时，年比增长约54%，日本松下为特斯拉和大众等供应电池，市场份额遥遥领先，日本日产和NEC的合资公司AESC排第二，韩国LG化学第三，中国的比亚迪、北京普莱德、AirLithium（中航锂电）和天能四家厂商发展迅速，进行前十。国内知名的厂商还有天津力神、合肥国轩、新能源科技（ATL）、哈尔滨光宇、万向集团、深圳比克、深圳沃特玛等。电池的短板与应对六、能源储存目前锂离子电池在能量密度、倍率性能上都远远高于铅酸、镍氢电池，但还是难以满足快速增长的电子产品、电动汽车等的需求。而对锂电池性能的利用率已经接近能达到的极限，提升续航能力只能另辟蹊径或用最笨的办法了。增加电池容量增大电池体积扩充电量，拆掉特斯拉MODELS外壳，底下是7000颗的松下18650电池，重量为600公斤，接近车总重三分之一。电池快速充电手机朝轻薄方向发展，不可能扩大电池体积，研究快速充电缩短充电时间，达到相对延长电量的结果（广告“充电五分钟通话两小时”洗脑）。未来电池技术发展方向六、能源储存自1991年锂电池推出以来，电池技术已经24年没有迎来新的革命性突破了，未来技术发展的方向在哪里，什么时候到来，铝、钒、钠、镁、钾、氢、石墨稀等电池谁能独占鳌头，或是百花齐放，或者又有新的技术概论出现，这此业内都争执不下，个人更不得而知。日经技术在线设想的电池技术路线图能源浪费严重七、能源消费我国能源形势日益严峻，主要表现为能源短缺危机、能源安全危机以及环境危机三大问题。与之并存的我国也是世界上也是能源浪费最严重的国家。据统计，近年来我国每年浪费的能源在4亿吨标准煤左右，占到能源生产量的12%～16%，从能源生产到进入终端消费的过程中无不伴随着浪费现象。能源密集型产业比重偏大，高耗能产业用能约占一半。GDP占世界总量的12%，却消耗了世界22%的一次能源，同时雾霾等环境问题开始集中爆发，反映了我国发展方式粗放、产业结构不合理，高能耗、高污染，代价昂贵。在个人能源消费方式方面，我们经常存在“灯下黑”式的忽视行为，没有节减意识；存在着攀比心理、面子心态，追求高档次大排量高能耗生活；以为个人消耗有限，不差我一个，却不知如果人人都这么想，那消费观念又怎么节能健康环保呢。能源消费革命七、能源消费