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英国可再生能源电网面临的挑战

Sam Holland 2019-09-17

为了降低能源成本,满足不断增长的可持续发电需求,减少有毒物质排放,英国现在比以往任何时候都更倾向于使用可再生能源来取代现有的电力系统。然而,从技术角度来看,实施的道路仍然充满挑战......101电子头条

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零碳排放可行吗?101电子头条

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可再生能源来自各种来源,包括阳光、热能、风能和海浪。可再生能源的主要优点是它不会耗尽,也不会释放温室气体(与汽油和柴油不同)。专家认为,风能和太阳能是补充电网的最可行的选择,从长远来看,风能和太阳能比化石燃料更具成本效益。我们现在将重点关注这两个可再生能源,并讨论大规模实施这些可再生能源所带来的好处和挑战。101电子头条

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一个大型风电场项目(总部设在西班牙加利西亚)。图片由Pixabay提供。101电子头条

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风能101电子头条

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风能是最清洁和最可再生能源之一,因为它通过涡轮叶片旋转将机械能转化为电能。这个过程为住宅、工厂、农业设施和许多其他设施提供动力,并且已经在欧洲大约94个风电场投入使用,这仍然是一个更稳定和更具成本效益的发电的巨大机会。丹麦苏塞克斯大学和奥胡斯大学的一项联合研究得出结论,欧洲近一半地区可以用于风能发电。101电子头条

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与20世纪50年代不同的是,当时每瓦特的太阳能成本高达1910美元,而今天它的成本还不到0.80美元。通常,风力涡轮机在其相应的电池中储存电荷,然后为商业消费提供电力。当整合到电网中时,它们可以帮助减少公用事业公司的能源需求,这一技术被称为调峰。此外,风电场的运营和维护(又称O&M)成本通常较低。101电子头条

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根据ISET(又称InstitutfürSolareEnergieversorgungstechnik)(现称Fraunhofer IWES)的数据,风力涡轮机的运营支出随着相关容量的增加而减少,800至100kW的涡轮机运行成本比420至490kW系统低15%。根据这些数据,风能在英国可能是一个重要的能源来源。101电子头条

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大量的光伏(PV)电池。图片由Pixabay提供。101电子头条

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太阳能101电子头条

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太阳能是最突出的可再生能源类型。它利用太阳辐射在光伏(PV)电池中发电。由于太阳能发电厂的大型电力装置拥有大量的光伏电池组合,因此可以扩大现有的电网,甚至作为一个独立的系统。这种大规模的设置可以是陆地的也可以设在近海,大量的光伏电池相互连接,以增加足够的电力输出,为小型社区供电,有时甚至为城市供电。101电子头条

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考虑到最近制造技术的进步,光伏材料的生产成本正在显著降低。一个很好的例子是钙钛矿,钙钛矿是一种廉价的碳材料,转化效率高达23.7%。2018年,刘宗浩博士(日本冲绳理工大学研究生院科学家)用1微米厚的材料层证明了太阳能电池寿命的显著提高。与风力涡轮机一样,太阳能系统也需要足够的储能解决方案。由于频繁的充电/放电循环,深循环电池用于存储白天产生的能量。101电子头条

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实施之路101电子头条

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在全国范围内实施可再生能源涉及许多财政和技术方面的考虑因素。以下是一些最关键的方面:101电子头条

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可再生能源的间歇性问题101电子头条

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化石燃料仍然是主要能源的一个主要原因是它们易于量化。例如,许多行业专业人士可以准确估计一升柴油为发电机内燃机提供动力所需的时间。另一方面,可再生能源,如上述太阳能和风能设施,则受到工程设计无法控制的外部因素的影响。101电子头条

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例如,太阳能电池板在一天中接收到的太阳辐射量会根据当时的天气条件、光伏阵列的位置等而波动。直接的影响是,电力可能在需要时不可用,和/或其容量和实现所需时间可能有所不同。这些问题当然会破坏能源系统的主要目的,即提供可靠的电力。总之,随着可再生能源系统越来越依赖于生产更多的电力,它们都需要大量的能量储存能力来满足需求。101电子头条

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成本考虑101电子头条

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另一个可能增加可再生能源燃料或辅助电网实施成本的重要方面是能源储存。大型太阳能装置和风力发电场需要大量的电池容量。由于目前电池制造技术昂贵,这一挑战给项目带来了额外成本。Theata May政府的前任财政大臣Philip Hammond认为,到2050年转变为可再生能源电网的成本将高达1万亿英镑。101电子头条

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环境影响101电子头条

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虽然比碳氢化合物燃料更清洁,但太阳能、风能和地热等可再生能源在很大程度上间接地影响着环境。一个关键领域是电池生产。这种高功率密度电池含有铅等有毒元素,在这种物质通过土壤渗入公共水源的情况下,铅会对人体造成急性或慢性中毒。此外,风力发电(虽然是最清洁的能源之一)对土地的广泛使用产生了需求,这可能会侵犯动植物的自然栖息地。这项技术也造成了附近居民区的噪音污染。101电子头条

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正在运行的风力涡轮机的特写镜头。图片由Pixabay提供。101电子头条

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总而言之,随着可再生能源技术的普及,在未来几十年内,英国可能确实可以实现全国范围的一体化。随着技术的进步,可再生能源的生产效率越来越高,成本也越来越低,正如我们在钙钛矿基太阳能电池中所看到的那样。101电子头条

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最终,随着英国政府的授权立法的实施,问题不再是“如何”,而是“何时”,英国已经将这一时间定在2050年。101电子头条