2020-09-11 10:11

全球能源新格局,中国如何突围?

21世纪初人类正面临的两大危机:


一是人为因素导致的气候变化,包括最近的地球两极地区气候反常。


二是传统化石能源的枯竭,而这些能源是属于不可再生资源,并且咱们国家的“缺油少气”是公认的事实。

 QQ图片20200901165121.jpg

那么在后化石能源时代,咱们应该如何应对呢?


今天小鲸就来跟大家聊聊这个话题。



页岩气开采


我会从三个方面来分析:页岩气开采、光伏发电和特高压技术。


首先来说说页岩气开采。


页岩气是啥?它跟咱们日常用的天然气有啥区别呢?


从专业上讲,咱们把天然气称为常规天然气,而页岩气称为非常规天然气,它们的主要区别在于存储方式和开采难度上面。


常规天然气是以游离状态存储在岩石的孔隙中,聚集程度较高,就类似存储在仓库中的粮食。而页岩气的存在形式主要以吸附气和游离气为主,聚集程度相对低,就类似于散落在田间的粮食。


1560130404vlY20n.png


而在开采难度上面呢,常规天然气开采中,钻机垂直钻至储气层,就可以将天然气开采出来,难度较小。而页岩气开采需要钻水平井,并进行水力压裂,难度较大。


具体难度有多大?


咱们平常的天然气开采,类似你喝椰子汁。你把这个吸管插到椰子里的时候,直接吸就可以把椰汁吸出来了。


而页岩气开采呢,就比如说,现在把椰子换成菠萝,你还能很容易吸出来吗?


页岩气关键技术


我们来看看页岩气开采的关键技术。


一个是水平井技术,它也叫智能旋转导向技术。


通俗的说它可以随时根据地层密度、电阻率等参数,在页岩气最适合开采的那一层自动实现上下左右调整钻井角度、方向以打水平井。这个技术此前一直被国外公司所垄断,而现在咱们自己就能生产了。


a5b6ce04d202ba44195aa05fa74d450a_b.jpg


另外一个就是水平井分段压裂技术。


通俗的说就是把水平井每隔一段距离,分段用高压对水平井管道进行压裂,使水平井周围的页岩石形成一系列网状裂缝。页岩气通过这些网状裂缝流经水平井,并通过垂直井,最终被采集到地面。


W020190123331273148111.jpg


这就好比是修了一条高速公路,网状部分就相当于是修了一个县道,然后再修无数的村村通,让这些村村通的页岩气,先到县道,再到高速公路来。


核心技术说完了,接下来就是咱们的自主研发的开采设备。


国外开采的页岩气主要分布在平原地区,地形平坦,人烟稀少,而咱们的主要分布在丘陵、山地地区,如果完全照搬国外技术,不仅很难落地,而且成本很高。


20200106060437443 (1).jpg


所以呢,咱们的工程师们经过十多年的攻关研发,制造了一系列国产化页岩气开采设备,使开采成本大幅降低。



光伏发电


页岩气的开采毕竟还是属于传统化石能源,在新能源中,我国在光伏发电方面也做了很大的布局。


光伏发电就是一种利用太阳能电池半导体材料的光伏效应,将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电系统。


bB5f-hcscwxa2309966.jpg


太阳能电池经过串联后,并进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件,再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。


同时太阳能光伏发电系统有两种,一种是集中式,例如大型西北地面光伏发电系统。还有一种是分布式,例如企业厂房屋顶、居民屋的顶光伏发电系统。


v2-611b8010198594fdafcf6aaaff92f22d_r.jpg


从技术水平看,咱们的光伏产业化技术处于全球领先水平,天合,隆基,晶科,汉能等领军企业多次在光伏组件效率上打破世界纪录,各种高效电池技术均已在我国实现规模化生产,制造装备的国产化率超过95%。


截止到2019年底,中国光伏累计装机量达到205GW(吉瓦),占到全国电力装机的10.2%,发电量达到 2240亿 千瓦时,占全国总发电量的3.1%,在我国能源转型的道路上迈出了坚实的一步。


57039ccef9bb429b90d412afe2c50957.jpeg

我国在大西北以及北部地区,风电和光伏发电的资源极为丰富,但是用电大户却在中国东南部。


按照传统的电能传输方案,会有大量能源在长距离传输过程中被白白浪费掉,还不如在发电当地使用,但是中国西北地区,用电需求量又不大,就造成了“弃电”现象,也还是被浪费了。


那么如何有效运输这些能源?



特高压输电技术


这个问题已经被咱们成功攻克了,那就是特高压输电技术。


特高压,顾名思义,就是特别高的电压。


有多高呢?


咱们的输电电压一般分为高压、超高压和特高压。国际上,高压通常指35到220千伏的电压,超高压则指330千伏及以上、1000千伏以下的电压,而特高压则是交流1000千伏、直流800千伏及以上的电压。


20171121085600957.jpg


可能大部分人对于这些数字完全没有概念,那我就举个栗子来说说。


假设你为了喝牛奶,从内蒙古拉了一根管子到上海,内蒙古那边倒了一杯鲜奶,你在上海这边吸,最终可能一滴都喝不到。原因很简单,传输过程中挥发了,损耗了,输电线路也是类似的情况。


那么如何减少这个损耗呢,就是修建特高压线路。


unnamed (54).jpg


由于损耗和电压平方成反比,修建了特高压线路之后,在同等距离下,如果是500千伏,损耗在5%,800千伏电压的损耗在2%。


少喝3%的奶茶,你可能觉得无所谓,但是,如果要喝一亿杯,光损耗的奶茶就有300万杯。考虑到特高压线路传输的电量都是百亿级别,所以节省的电量还是相当可观的。


用一句话解释就是:电压越高,传输的效率就越高,传输的损耗就越少。



直流电特高压


说完了特高压的优势,我们再回过头来看看特高压的定义。前面说到特高压是指交流1000千伏,直流800千伏及以上的电压。


细心的粉丝是不是发现了什么?


咱们日常的电力系统都是交流电啊?怎么又出现直流电呢?


e62f5f79c5a148f408171746ce453544.jpg


从尼古拉特斯拉时代以后,交流电可以轻易地被上升到几千伏,传输十几公里根本不是问题,所以它也自然取代了直流电。


而现在咱们就可以用交流电先把电压升高,再用整流器把交流变成直流,这不就可以远距离的直流输电了嘛。


那么直流电到底有啥好呢?


首先!便宜!


我们都知道,交流电一共有三相,那么传输就要有三根线,但是直流不用啊~!直流就正极、负极。那么一下子就少了一根线。


而且,直流的电线也可以做的比交流更细,拉上好几千公里,可以省不少钱呢。


另外,直流输电的效率也更高,为啥特高压直流的标准是800千伏,而交流要1000千伏呢?因为800千伏的直流电就可以完成1000千伏的交流电的输电任务,这又降低了成本。


unnamed (55).jpg


所以你看,在能源的传输方面,电力要远胜于传统化石能源。因此人们就想方设法把各种能源转化成电能。比如火力发电、水力发电、风力发电、光伏发电、核能发电、潮汐发电等等。


renewable-energy_water_normal-lowres.jpg_1720117770.jpg


目前全球只有咱们掌握1000千伏交流电传输技术,使用这种技术最远输电距离可超过5000公里,并且每千公里输电损耗降至约1.5%。


现在发电厂一般都是建立在用电区域,也就是中国的东南部经济发达区域。而中国煤炭资源和现有生产力呈逆向分布,从而形成了“北煤南运”和“西煤东调”的基本格局。


unnamed (56).jpg


大量煤炭自北向南、由西到东长距离运输,给煤炭生产和运输造成很大压力。如果把发电厂建立在煤炭资源区域,同时利用特高压技术输电,就节省了大量煤炭运输成本。


据国家电网发言人估算,2020年特高压输电仅节约火电燃煤成本这一项,节约成本将在 1400亿 元以上。并且1000千伏特高压交流输电线路,输送功率约为500千伏线路的4至5倍。


在输送相同功率的情况下,损耗只有500千伏线路的25%至40%,并且还可节省60%的土地资源。这里面就包括了沿路线杆建设成本和环境影响等等。


cd7563eeb959416c9645c720ef53110a.jpeg


另外呢,要使用特高压直流输电技术,还离不开一些关键设备。具体包括:换流阀、换流变压器、平波电抗器、直流滤波器和避雷器。其中在换流阀和换流变压器上,中国的制造技术国际领先。



最后小鲸想说:


能源是人类生存和文明发展的重要基础,未来的世界能源格局,将会是清洁能源的天下。随着中美贸易的冲突加剧,美国对中国的技术封锁加紧,能源安全将是我们的核心保障。


目前咱们已经全面掌握了页岩气开采、光伏发电和特高压核心技术,大幅提升了咱们在国际电工领域的影响力和话语权。


特高压方面,咱们共完成180项关键技术课题研究,形成429项专利,建立了包含7大类79项标准的特高压交流输电标准体系。并且咱们的特高压交流输电标准电压已被推荐为国际标准电压。


80j2KIKtJecUX5ovbs1=jDMPJgn9H6u=kfpyA02UVajNS1549010119922compressflag.jpg


如今咱们的特高压技术也走出国门,已成为继高铁、核电之后中国在世界范围内的第三张高科技名片。


这让咱们能够完全有底气地喊出“中国标准就是世界标准”。

本内容为作者独立观点,不代表虎嗅立场。未经允许不得转载,授权事宜请联系hezuo@huxiu.com
如对本稿件有异议或投诉,请联系tougao@huxiu.com
正在改变与想要改变世界的人,都在 虎嗅APP
赞赏
关闭赞赏 开启赞赏

支持一下   修改

确定