双碳背景下新能源技术发展现状及展望

安徽华电芜湖发电有限公司 苑景丰

我国消耗的能源比重最高的是石油、煤炭等能源，这些能源是不可再生且在使用的过程中会造成严重污染。在20世纪中期，在石油危机的作用下，人类社会深刻认识到自然能源并非是取之不尽的，若盲目开采则会给子孙后代带来巨大的危害。随着化石能源的使用，环境污染、尤其是大气污染等问题越发严重，所以重视新能源技术的开发和利用就成为了重点。我国具有极强的前瞻思维，在很早之前便已经开展了新能源相关技术的研究，并取得了较为喜人的成果。

1 新能源发电技术

我国国土面积辽阔且各类清洁能源非常丰富，同时为了更快、更好的发展新能源技术，我国开展了风能、核能、水能、地热能等多方面的探索。

1.1 太阳能发电技术

太阳能发展技术是我国最早研究的新能源技术之一，不仅可以用于冬季取暖等方面，还可以用于发电等方面。太阳能发电技术的原理是在光照充足的地区建立太阳能电池板，每日将收集到的大量的太阳能存储起来后，通过发电技术将电能输送到千家万户。同时，部分地区政府为了减少能源消耗，修建了太阳能路灯等公共基础设施等，这种方法不仅有效利用了充足的太阳能，还减少石化能源的消耗，缓解了环境污染问题，为促进双碳目标的实现提供了巨大的支持。

虽然太阳能技术的发展前景较好，但有部分技术难题需要克服。如，太阳能并非稳定供应的，而是受自然环境和日照时长等因素影响，若日照不足时易导致发电量减少，从而引起地区用电紧张等问题，所以需要在开发太阳能的同时，将传统发电技术并入到发电环境中。另外，通过将光伏发电与水力发电结合到一起、熔盐热能与光伏发电结合到一起等方式，也可以有效避免太阳能发电的弊端。

1.2 城市生活垃圾制氢

城市的发展和经营必然会制造大量的垃圾，特别是发达城市以及工业城市垃圾产量更是巨大。多数城市处理垃圾的方式为掩埋或集中焚烧等。前者需建立垃圾处理地点，后者需在保证垃圾焚烧处理到位的同时降低垃圾堆环境的污染。垃圾焚烧的过程必然会产生的大量的烟雾，这些烟雾往往含有剧毒和刺激性气味，燃烧的产物还会造成扬尘污染。所以垃圾焚烧不仅会给周边居民的生活环境带来危害，还会引发环境危机，所以如何处理城市生活垃圾就成为了研究的重点。

热解气化技术可用于垃圾、尤其是生活垃圾的处理，采用该技术可有效避免垃圾焚烧给社会带来的危害，因为其最终产物为一氧化碳和氢气，两者均可二次利用。处理后的产物通过用PSA或膜分离后作燃料或化工原料使用，实现生活垃圾处理的无害化和资源化处理，这为碳中和和碳达峰目标的实现提供了巨大的支持。

1.3 风力发电技术

我国拥有丰富的风力资源并建立了大量的陆地和海上风电站，在我国相关专家学者和从业人员的努力下，风电技术已取得较大突破。风力发电技术是一种在风力资源较为丰富的区域布置风电转化设备，使风能有效转化为电能的一种绿色化能源转换技术。我国风电站多建立在人口稀少且风能丰富的荒地或海上地区。但风能的利用和太阳能一般也存在着不稳定的问题，因为风力大小依然受当地环境和天气等因素的影响，若风力等级变化较大等情况则可能引起风电设备不稳定，从而增加设备故障的频率，最终导致发电量持续下降等。

现阶段为切实解决上述问题，当前部分地区在布置风电设备时，会通过将风电设备与光伏发电设备布置在一起，其原理为：当风能资源丰富的同时会持续不断地发电，当风力降低时光能依然发挥作用并将已经存储好的电能传输给用户，避免电网功率下降等，这为实现电能的稳定供应提供了有利的先决条件。

1.4 水力发电技术

水力发电是我国传统发电技术之一，建立水电站不仅可以缓解能源紧张的问题，还可以减少洪涝灾害发生。现今水力发电技术已经扩大到潮汐能等方面。另外，水力发电技术具有以下优势：第一，水电工程不仅可以满足发电需求，还较为稳定，水能转化效率较为优越；第二，一般在修建水电站的同时往往会修建大坝，大坝工程不仅可以减少洪涝灾害，还为农田灌溉等工程提供一定的支持。但是需要注意，水力发电技术的应用需要保证当地的地理环境满足需求。

1.5 地热发电技术

随着清洁能源的开发地热能走入大众视野，地热能来源于地壳层的岩浆等天然热能，在开发地热能的同时满足人类的供暖需求。北方城市多建立了地热系统用于冬季供暖，这种方式不仅减少了电能的使用，还减少了燃煤等化石能源的使用，从而为绿色经济的实现提供了宝贵的帮助。但是地热能的利用同水能利用一般，受到地质环境等方面的限制。

2 新能源技术应用盘点

2.1 家庭智能电网

家庭智能电网管理系统是由美国加州大学设计发明的一种“家庭能源管理系统”，经估算智能管理系统每年能够产生约兆瓦级别的电能裕量，是传统家庭使用量的一半，水资源的消耗也仅是传统家庭的三分之一。其特色是在于安装了10千瓦时的锂电池用于能源储存，晚上用电高峰使用锂电池中的储存能源，白天则使用太阳能板吸收能量发电。智能管理系统可以根据用电的需求进行电量的调节，当家庭中智能电网的能源充裕时，可以向供电网反向输出电力，节约能源的整体消耗。

2.2 铝空气电池技术

铝空气电池技术是一个新型的电池技术，能够为电动汽车提供19小时的供电时间，能够实现1800公里的续航里程，期间无需停车充电。相比目前较为先进比亚迪刀片电池、特斯拉三元锂电池提升不少的性能。铝空气电池由一大块铝制成的厚面板，从空气中吸收的氧气和水参与了铝空气电池的化学作用，氧原子吸附在铝合金表面，将单质铝氧化成氧化铝，氧化反应释放热量，转化成能源，为汽车提供了持续的动力。单质铝的氧化在空气中时时刻刻发生的，没有限制条件，产生的氧化铝包裹了铝单质的表面阻止了深层次的铝单质继续被氧化的可能，因此，新型的铝空气技术新增了电解质将表面的氧化层溶解，让铝的氧化反应持续的发生。

2.3 氢燃料电池汽车

使用氢燃料电池的电动汽车的能够实现500公里的续航里程，并且加注燃料方面三分钟内完成加料，与加油汽车大致相当。原理是将液态氢装入容器中与空气发生化学反应生成水，这一过程会产生电能，电能输送至发动机，汽车获得电能前进。相对于铅酸电池、锂电池，氢燃料电池唯一的产物是水，不会造成污染，氢燃料的来源由新能源（风能、太阳能）发电生产，实现了能源行业到运输行业的零污染。

2.4 晶科Eagle+组件

晶科能源在2016年5月21日在上海某展会上推出“Eagle+”的太阳能新型组件，具有极高的能源利用率。新型太阳能组件“Eagle+”是晶科能认证的“Eagle”组件的升级版本，其中运行60片多晶硅晶片产生的电能可达275瓦，远高于市场同类量化产品的发电功率。晶科能源“Eagle+”系列组件，采用创新的电池片制造技术与组件封装工艺，在环境温度85℃、环境相对湿度85%的条件下，PIDFree性能是国际电工委员会(IEC)标准的10倍。“Eagle+”系列组件的全新技术参数和全新材料能够在长周期使用后不会发生形变或者断裂的现象，十分可靠。

2.5 冷热电三联供

冷热电三联供CCHP是以天然气为主要燃料带动燃气轮机、微燃机或内燃机发电机等燃气发电设备运行，产生的电力供应用户的电力需求，系统发电后排出的余热通过余热回收利用设备向用户供热、供冷。作为传统热电联产CHP的扩展，冷热电三联供CCHP不仅可以满足发电需求，同时释放的热量将成为副产品被回收利用，作为空间加热、水加热以及空间冷却的热源。该技术常应用于建筑物的空调设备，而吸收式制冷机产生的电能与废热之比可通过变化来满足特定的要求。

与独立的供热与电力系统相比，冷热电三联产系统不仅提高了能源效率、节约了能源，也降低了燃料和能源成本，因而更具有经济效益。而CCHP与例如沼气等可再生能源的结合也进一步促进了能源转型，同时通过二氧化碳减排为日益严重的温室效应做出贡献，潜力不容忽视。

热电联产以天然气为主要燃料，驱动燃气轮机、内燃机发电机或微型燃气轮机等燃气发电设备运行，产生的电能提供生产所需。发生燃气机组发电后排出的高温高压余热燃气通过余热回收装置，再次提高能源的利用率，为用户提供冷、热等能源。作为传统能源热电联产模式的延伸，热电联产CCHP不仅可满足电网电量的需求，而且释放的热量余热还会进一步利用作为发电副产品回收，作为空间环境大气加热、水体加热和空间环境大气冷却的热源。

热电联产CCHP常用于建筑群体大型空调设备中，通过改变吸收式制冷机产生的电、热来满足特定的要求。与独立的供热系统相比不仅提高能力利用效率、节约了能源消耗量，而且降低能源使用成本，具有巨大的经济效益。沼气等可再生能源与热电联产结合也推动了能源转型的进一步升级。同时，通过减少二氧化碳排放改善了日益严重的温室效应，其潜力不容忽视。

3 “双碳”政策目标形势下新能源技术发展

3.1 从国家战略发展角度看待新能源

制定长远发展战略规划。新的能源发展形势下，为保证国家能源安全，必须实现能源生产的独立性，为实现我国能源发展的可持续性及长远性，保证国家“碳达峰+碳中和”战略目标顺利实现，新能源行业全产业链参与者必着眼于长远的战略目标，并制定发展规划。针对能源行业无须竞争，加大了能源的消耗，应统一合理规划，在有序竞争、合理竞争的前提下进一步壮大能源产业的国际市场竞争力；强化新能源规划的引导作用。以新能源发电为例，国家能源局与地方政府应合理规划新能源装机容量的增长规模，防止新能源发电企业野蛮、无序发展，有计划的调整风、水、光、火等发电企业存量比例，确保电网能够稳定消纳新能源电力项目增幅，对新能源企业的技术资质严格把关，从而更好地推动行业稳定有序发展。

3.2 持续提升新能源产业研发、创新能力

持续提升研发、创新能力，切实保证新能源行业发展目标与社会发展的需求相适应，改革、创新、优化、升级其产业结构。以新能源汽车生产企业为例，目前我国新能源车辆已突破1000万辆，相关企业共计约46万家，2020年前三个季度新能源汽车相关企业注册数量已突破5.3万家，上涨47%。新能源汽车企业专利数量也正迅猛增长，北京车和家信息技术有限公司实用新型专利已突破380余件，其次为上海蔚来汽车、浙江领跑汽车。新能源汽车行业的发展正处于行业暴发期间，正确引领行业发展方向，是新能源行业发展的一个重要研究课题。

科学整合各类可利用资源，提升行业基础研究水平和前沿技术的研发、产业应用升级，实现水电技术、风能技术、核能技术、太阳能发电技术以及各类节能减排技术和可再生能源技术的综合发展，保证各类新能源资源的可循环利用。

4 结语

在我国促进新能源产业发展的同时，我国逐步实现了现代能源体系的重构。新能源技术为缓解世界能源危机以及环境危机等提供了巨大的支持。面对全球越来越严格的碳减排和环保要求，光伏风力发电、城市生活垃圾制氢技术等，这些新能源技术的综合效益必然会被国家和企业深入挖掘，从而为碳中和和碳达峰目标的实现发挥应有的作用。