企劃管理部2015年12月25日能源（二）目錄頁碼一、能源簡介 3二、能源革命的緣由 7三

、能源革命的內容 11四、

能源生產 13五、

能源傳輸 40六、

能源儲存 52七、能源消費61本期介紹后三部分五、能源傳輸電力輸送通常都采取高壓輸電的方式，首先在發電廠增加變電站，通過升壓變壓器，將發出的10.5千伏的電升為35KV、110KV甚至1000KV長距離輸送，到了目的地后首先送達到集中的變電站，根據用戶距離，通過降壓變壓器將電壓降到35KV或者10.5KV,再進行短距離的輸送，10.5KV再通過變壓器變成三相電，供用戶使用。除化石能源外，目前人類使用最廣泛的能源就是電力。電力傳輸系統五、能源傳輸我國能源資源與能源需求呈逆向分布，80%的水能資源在西南部，90%的陸地風能主要集中在西北、東北和華北北部，太陽能年日照超過3000小時地區主要在西藏、青海、甘肅、寧夏、新疆等西部省區；而70%以上能源需求在東中部，距離一般在800-3000公里。這就迫切要求電力實現經濟高效的大規模送出和大范圍消納。中國新能源現狀正面我國風電發電裝機量全球第一，光伏發電裝機量也是遙遙領先。反面風電、光伏等具有間歇性、隨時性特性，為需要保持發電、用電實時平衡的調度系統帶來了難題，電網視其為“垃圾電”，且能源生產地的電力需求有限，電網建設又滯后，因此新能源發電并網難，生產出來卻輸送不出去。五、能源傳輸一面是新能源的輸送并網難，另一方面是用電大省的電荒危機和環境壓力。生產與消費的矛盾電不能大量儲存，需要發供用瞬時同步進行，所以必須輸送出來。而從新疆輸送到華東要幾千公里，必須用特高壓，否則已經建成的清潔能源送不出去，造成大面積的棄風棄電。交流輸電電壓一般分高壓、超高壓和特高壓。國際上，高壓(HV)通常指35-220kV的電壓；超高壓(EHV)通常指330kV及以上、1000kV以下的電壓；特高壓(UHV)指1000kV及以上的電壓。另±800千伏及以上的直流電稱為特高壓直流輸電(UHVDC)。五、能源傳輸特高壓“四特”相對于其它高壓，特高壓的優勢體現在“四特”。特高壓電網指的是以1000kV輸電網為骨干網架，超高壓輸電網和高壓輸電網以及特高壓、高壓直流輸電和配電網構成的分層、分區、結構清晰的現代化大電網。長期以來，中國長距離輸電和世界其他國家一樣，主要用500千伏的交流電網，只在俄羅斯、日本、意大利有少量1000千伏交流線路，且都降壓運行。自十二五規劃以來，特高壓在中國取得了高速發展，并走向海外，2014年國家電網獲建巴西美麗山800千伏特高壓直流2092公里的輸電線路項目，總投資約合18億美元。五、能源傳輸特高壓示范線晉東南-南陽-荊門項目是我國自主研發、自主設計和自主建設的世界上電壓等級最高、輸送容量最大、送電距離最遠、技術水平最先進的交流輸電工程。該線路全長654公里，靜態投資約57億元，于2006年8月開工建設，2009年1月投入商業運行。2010年8月特高壓交流輸電試驗示范工程獲得國家驗收通過。通過示范工程實踐，我國建成了世界一流的特高壓試驗研究體系，掌握了特高壓交流輸電核心技術，建立了特高壓交流輸電標準體系，實現了國內電工裝備制造的產業升級，驗證了特高壓交流輸電的技術可行性、設備可靠性、系統安全性和環境友好性，培養鍛煉了技術和管理人才隊伍，自此，特高壓交流輸電工程從示范階段進入大規模建設階段。五、能源傳輸特高壓規劃“十二五”規劃中，聯接能源基地與主要負荷中心的“三縱三橫一環網”特高壓骨干網架和基本完成，形成西電東送、北電南送的能源配置格局。“十三五”規劃中，“四交四直”特高壓工程列入大氣污染防治行動計劃，陸續開工建設中。五、能源傳輸在固有觀念中，電力的傳輸必然會同導體聯系在一起，也就是說，必須要有電線。未來的電能傳輸未來無線電力傳輸將成為生活的常態，顧名思義，即以非接觸的無線方式實現電源與用電設備之間的能量傳輸。技術上，無線輸電技術與無線電通訊中所用發射與接收技術并無本質區別。但是前者著眼于傳輸能量，后者是附載于能量之上的信息。尼古拉·特斯拉（NikolaTesla，1856年-1943年），塞爾維亞裔美籍科學家。早在1891年證實了無線能量傳輸。他發明了“特斯拉線圈”，并試圖將其放大，把地球作為內導體，地球電離層作為外導體，通過他的放大發射機，使用這種放大發射機特有的徑向電磁波振蕩模式，在地球與電離層之間建立起大約8赫茲的低頻共振，利用環繞地球的表面電磁波來傳輸能量。五、能源傳輸特斯拉有生之年沒有實現“全球無線輸電”主張。后人從理論上證實了方案的可行性，只不過涉及到世界范圍內的能量廣播和免費獲取，在現有的政治和經濟體制下，無法實現，估計到“地球聯邦”那時候時機就成熟了。而在電能儲存技術多年沒有得到革命性突破的情況下，近年來無線電能傳輸研究也成為熱點。無線電能傳輸2007年美國麻省理工學院的科學家通過電磁感應成功“隔空”點亮了離電源兩米多遠處的一個60瓦燈泡。2008年多家科研機構和公司組織成立了無線充電聯盟（WirelessPowerConsortium），2010年了無線充電聯盟正式將QI無線充電技術引入中國。五、能源傳輸無線電能傳輸技術無線電能傳輸就是借助于電磁場或電磁波進行能量傳遞的一種技術。目前主要分為電磁感應式、電磁共振式和電磁輻射式。電磁感應式用于近距離傳輸，通常在cm級別電磁共振式適于中等距離傳輸，通常在m級別電磁輻射式可用于遠距離傳輸，通常在km級別五、能源傳輸短距離傳輸應用戴爾Latitude

Z筆記本在PC類產品首次采用了無線技術。海爾發布無尾電視，率先在家電產品中采用無線技術。手機無線充電已經得到初步應用。無線充電對電子產品而言是錦上添花的新功能，但對電動汽車產業，可能是啟動市場的關鍵。在消費類電子產品領域短距離小功率應用方面快速成長。五、能源傳輸遠距離傳輸應用最徹底的革命便是特斯拉提出的“全球無線輸電”的概念。而遠距離大功率電能傳輸技術尚在研究階段，在前述太空太陽能中也作了簡要說明。2015年3月，日本宇航研究開發機構JAXA和三菱公司宣稱在無線電能傳輸技術上取得了突破，演示了長距離無線電能傳輸。這是屬于定向傳輸，使得人類在太空中進行太陽能生產往前邁進了一步。太空太陽能發電預計在2050年間實現。五、能源傳輸未來傳輸應用未來，家用電器設備、醫療設備、可穿戴設備、電動工具、辦公室電器、廚房電器、電動汽車等都可以實現無線充電。其實應該叫“無線供電”，一邊傳輸一邊使用電能，不需要任何類似于電池的電量存儲設備，更不需要提前充電了。到那時電線、插線板、電池都可以消失了，你甚至感受不到電的存在，它就像空氣一樣無處不在。室外室內人體六、能源儲存電能儲存的必要性電力支配和影響了我們的生活，如果停電一個月，這個世界將亂成一團。但是目前人類還無法實現大規模的電能儲存，發電、送電、用電必須是同時進行的。只有在小范圍內，存儲設備將電能轉化為其他類型的能量，特定時間段內，又將此種類型的能量再次反轉為電能以用于生產生活所需。

隨著時代發展和需求提升，儲能技術停滯不前成為當前技術發展的重大瓶頸。平滑間歇性電源功率波動，增強電網調頻、調峰能力；減小負荷峰谷差，提高電力系統效率和設備利用率；增加備用容量，提高用電安全穩定性和質量；大幅提高電網接納可再生能源的能力，促進可再生能源集約化開發和利用；移動類用電產品迎來革命性解放。12345六、能源儲存純電能儲存純電能可以以兩種方式儲存，一種是以電場的方式儲存，一種是以磁場的方式儲存。電是以電離子的定向移動而存在的，電子在介質中移動從而形成電流。電容以電場的方式儲存電能的電子元件是電容，電能以電勢能的形式儲存；以磁場的方式儲存電能的電子元件是電感，即線圈，電能以動能的形式儲存。電感六、能源儲存純電儲存局限性最大的問題點就是損耗，電子在運動過程中也會相互碰撞或與其他原子碰撞而動能降低，超導技術尚無法實現大規模應用，因此電動能形式的直接存儲電能較難實現。磁場的方式儲存理想的介質是不存在的，要提高能量儲存就要提升電極間的電勢差（電壓），電勢差增加，對介質的絕緣要求也更高，對制造工藝也要求更高。因此電勢能的直接存儲也是難以實現的。電場的方式儲存在電磁儲能中的超導磁體和超級電容器研究尚未成功的情況下，目前主要應用的是機械儲能與電化學儲能（蓄電池），這里重點介紹蓄電池。蓄電池分類電池按工作性質可分為一次電池(如干電池)和二次電池。二次電池又稱為充電電池或蓄電池，指在電池放電后可通過充電的方式使活性物質激活而繼續使用的電池。充電電池的充放電循環可達數千次到上萬次，故其更經濟實用。目前市場上主要蓄電池有“鉛酸”、“鎳氫”、“鎳鎘”、“鋰離子”等。鉛酸蓄電池應用最廣，鋰離子電池發展最快，鋁、釩、鎂、石墨稀電池等概念紛至沓來。六、能源儲存鋰離子電池原理六、能源儲存鋰電池大致可分為兩類：鋰金屬電池和鋰離子電池。我們所說的一般都是鋰離子電池。典型的鋰離子蓄電池體系由碳負極(焦炭、石墨)、正極氧化鈷鋰(LixCoO2）和有機電解液三部分組成。鋰離子電池實際上是一個鋰離子濃差電池，充電時，Li+從正極脫嵌經過電解質嵌入負極，此時負極處于富鋰態，正極處于貧鋰態；放電時則相反，Li+從負極脫嵌，經過電解質嵌入正極，正極處于富鋰態，負極處于貧鋰態。因此，在充放電循環時，Li+分別在正負極上發生“嵌入-脫嵌”反應，Li+便在正負極之間來回移動，所以，人們又形象地把鋰離子電池稱為“搖椅電池”或“搖擺電池

”。技術原理優勢高能量密度高電壓污染少循環壽命高無記憶效應快速充電鋰離子電池發展六、能源儲存

1991年，索尼公司推出第一款商業版鋰離子電池，當今的移動世界離不開鋰離子電池，這是目前可充電電池（筆記本電腦、照相機、手機和電動汽車等）的最佳選擇。2014年全球鋰電池產業規模達249億美元。全球鋰電池產業規模中國鋰電池產業規模動力鋰電池主要廠商六、能源儲存隨著電動汽車市場的火熱，動力型鋰離子電池逐步成為驅動鋰離子電池產業的主要力量。2014年，全球電動汽車鋰離子電池產能井噴，產量高達7000兆瓦時，年比增長約54%，日本松下為特斯拉和大眾等供應電池，市場份額遙遙領先，日本日產和NEC的合資公司AESC排第二，韓國LG化學第三，中國的比亞迪、北京普萊德、AirLithium（中航鋰電）和天能四家廠商發展迅速，進行前十。國內知名的廠商還有天津力神、合肥國軒、新能源科技（ATL）、哈爾濱光宇、萬向集團、深圳比克、深圳沃特瑪等。電池的短板與應對六、能源儲存目前鋰離子電池在能量密度、倍率性能上都遠遠高于鉛酸、鎳氫電池，但還是難以滿足快速增長的電子產品、電動汽車等的需求。而對鋰電池性能的利用率已經接近能達到的極限，提升續航能力只能另辟蹊徑或用最笨的辦法了。增加電池容量增大電池體積擴充電量，拆掉特斯拉MODELS外殼，底下是7000顆的松下18650電池，重量為600公斤，接近車總重三分之一。電池快速充電手機朝輕薄方向發展，不可能擴大電池體積，研究快速充電縮短充電時間，達到相對延長電量的結果（廣告“充電五分鐘通話兩小時”洗腦）。未來電池技術發展方向六、能源儲存自1991年鋰電池推出以來，電池技術已經24年沒有迎來新的革命性突破了，未來技術發展的方向在哪里，什么時候到來，鋁、釩、鈉、鎂、鉀、氫、石墨稀等電池誰能獨占鰲頭，或是百花齊放，或者又有新的技術概論出現，這此業內都爭執不下，個人更不得而知。日經技術在線設想的電池技術路線圖能源浪費嚴重七、能源消費我國能源形勢日益嚴峻，主要表現為能源短缺危機、能源安全危機以及環境危機三大問題。與之并存的我國也是世界上也是能源浪費最嚴重的國家。據統計，近年來我國每年浪費的能源在4億噸標準煤左右，占到能源生產量的12%～16%，從能源生產到進入終端消費的過程中無不伴隨著浪費現象。能源密集型產業比重偏大，高耗能產業用能約占一半。GDP占世界總量的12%，卻消耗了世界22%的一次能源，同時霧霾等環境問題開始集中爆發，反映了我國發展方式粗放、產業結構不合理，高能耗、高污染，代價昂貴。在個人能源消費方式方面，我們經常存在“燈下黑”式的忽視行為，沒有節減意識；存在著攀比心理、面子心態，追求高檔次大排量高能耗生活；以為個人消耗有限，不差我一個，卻不知如果人人都這么想，那消費觀念又怎么節能健康環保呢。能源消費革命七、能源消費