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可再生能源

可再生能源

不断前进的可再生能源

不同类型的可再生能源的形象
能源结构:可再生能源目前提供全球26%以上的电力。 (礼貌:Shutterstock / FotoIdee)

2013年我写了一本书— 可再生能源:可持续能源供应方案回顾 –由 IOP出版,该出版物 物理世界。该书研究了不同类型的可再生能源解决方案,并针对每种解决方案都获取了进展,问题,影响和机会。但是在过去的六年中发生了很大的变化,以至于这本书已经过时了。因此,在过去的一年中,我一直在研究第二版— a 重大更新和扩展,我很高兴地说,现在可以阅读。

至于第一版,该书评估了可再生能源的现状。首先要研究可再生能源的形式,例如水电项目,风能,潮汐和潮汐驱动的设备—利用自然能量流,将其转换为机械能,然后转换为电能。对于这些类型,并非一帆风顺。迄今为止,装机容量为1.2 TW的水电公司一直在努力进行负面的环境评估,在某些情况下还由于气候变化而导致雨水供应不可靠。

太阳能光伏技术取得了巨大突破,目前全球正朝着500 GW的方向发展

较小的项目,包括没有水库的“沿河运行”计划,通常受到环保主义者的青睐,但是具有大型水库的项目可以在电网平衡中扮演重要的“抽水蓄能”角色。大型的拦河坝和泻湖也可能如此,但环保主义者通常反对前者过于侵入。潮汐涡轮机已被证明比波浪能设备更受欢迎,并且更易于开发,但是许多各种类型的项目正在开发中。我们可能会很快想到千兆瓦,最终会达到千兆瓦。

但是,陆上和海上的风力发电都是新技术的巨大成功。随着成本的急剧下降以及600 GW的容量上升,长期可能达到5-10 TW或更高,尤其是在机载设备运行良好的情况下。大型浮动设备是一项突破性技术,可以在深海中操作,并且通常与海上风一样,避免了有时会限制陆上风能项目的土地使用和视觉入侵问题。

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然后,本书着眼于系统—例如生物质能,太阳能,热能,集中式太阳能(CSP),地热–直接使用自然热源或产生电能。生物质面临更严峻的土地利用和生态影响约束,新书经历了有时颇为折磨的辩论,涉及使用森林衍生的生物质对碳平衡和碳汇的影响以及车辆生物燃料生产的影响。关于是否可以将生物质作为热量,电力和运输燃料的主要来源,存在明显的意见分歧,但有些人则希望利用生物废物来避免土地使用问题。

一个简单的观点是储能将解决所有问题—特别是越来越便宜。可悲的是,它比这更复杂。

直接使用太阳能产生的问题要少得多。它正朝着全球500 GWth的方向发展,其蓄热库提供了一种在冬季利用夏季太阳能的方式—但是要付出代价聚焦太阳能CSP转换为电力的潜力很大,但到目前为止,全球装机容量仅为5 GW,成效不佳。但是CSP确实具有储热选项,因此可以连续运行。还审查了其他技术,例如太阳能烟囱,太阳能水池和海洋热能太阳能设备。他们都抱有希望,但都非常针对特定地点。地热也正在取得进展(到目前为止为13 GWe,28 GWth),长期全球电力潜力很大,为2-3 TWs或更高。

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最后,还有诸如太阳能光伏(PV solar)之类的设备,它们可以将太阳能直接转化为电能。在这方面已经有了巨大的突破。如今,太阳能光伏在全球范围内正朝着500 GW的方向发展,成本下降得非常快,以至于未来几年计划进行多TW部署,到2050年可能会达到20 TW或更多。这部分归功于新技术–更高效的高科技多结电池,有些电池的转换效率提高了40%。

但是,真正发生的变化是廉价,易于批量生产的薄膜或染料基电池的出现,越来越多地使用无毒材料。它们的效率可能较低,但可以推广到许多新应用中,例如太阳能窗户。光伏也被用于太阳能道路,太阳能车棚顶篷和现在越来越多的浮动阵列,例如在水库上。

这有助于解决PV的一大弊端—它占用空间。当然,除非您想将PV阵列实际放置在空间中。这解决了使用太阳能的另一个大缺点—夜晚,它的一侧天黑了。但是,与将PV发射到太空和微波功率回馈相比,还有其他更便宜的选择,随着新的存储选项的出现,以及新的长距离超电网的出现,这是更便宜的选择。

平衡力

现在,可再生能源占全球电力供应的26%以上,书中讨论的另一个关键主题是集成问题,包括电网平衡,输电和存储,其后是全球进展的综述。网格平衡和集成是一个重要性不断扩大但又很复杂的领域。一个简单的观点是储能将解决所有问题—特别是越来越便宜。可悲的是,它比这更复杂。电池越来越便宜,但它们只能在短时间内实际存储电量—最多几个小时或几天。它们还可以用于处理电网上的短期电压和频率扰动。但是对于长期变化和电源可用性的长期停滞,您需要大型大容量存储系统。如果有大型水库,抽水电也许能应付几天。更长的时间,您需要额外的东西。选项包括压缩空气和储存在巨大地下盐穴中的氢气。也可以使用超级电网链接从国外获取能源充值。

这个新的供应和存储系统将与一个新的管理系统相辅相成,该系统能够将需求高峰转移到可用电量更多的时间—例如,通过可变定价,使高峰时段的电力成本更高。要优化这一切,将有可能朝着平衡的可持续能源系统迈进。

该书的第二版以一些反可再生的逆势观点作为结尾。它还探讨了规模问题。有人说我们应该坚持使用小型的本地技术。这里没有破坏者,但以上内容应表明,尽管本地项目可以而且应该发挥主要作用,但它们可能还不够—还需要更大的系统。同样,也许并不奇怪的是,核能不被视为主要角色,或者化石燃料的碳捕获没有。取而代之的是,与第一版一样,这本书试图提出一个连贯的可再生能源案例,该案例六年来似乎比以往任何时候都更强大。

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