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能源资讯│风能和太阳能可为美国大部分地区供电

2018-07-23 01:25

  【TheGuardian网3月26日报道】为应对气候变化,需迅速从化石能源转向清洁的可再生能源。可再生能源包括很多,风能和太阳能是其中重要的两种。

  有人质疑风能和太阳能可为一国国家电网提供多少的能量。这个问题很难回答,毕竟在不同的空间和时间,太阳能和风能的效能波动很大。我们都知道,白天有阳光时,太阳能电池板效果很好,但在夜间却效果不佳。而风力涡轮只有在有风时才会转动。

  幸运的是,这两种能源虽不稳定,却可相互补充。太阳能发电主要集中在夏季,冬季则陷入低谷。而风力发电则集中在春秋两季。夜间,太阳能电池板处于休眠状态,风轮机却在工作。那么问题来了——这样的交替互补能否使两种发电技术带来的能量达到平衡呢?

  最近发表在杂志《能源与环境科学》上的一篇论文回答了该问题。肯恩·卡尔代拉(Ken Caldeira)博士是论文作者之一,他以在环境科学和能源领域工作多年,远近闻名。

  作者分析了美国1980年至2015年36年间的每小时天气数据,计算了该时段内可用的风能和太阳能,并统计了美国的电力需求及其全年的变化情况。

  基于这些信息,他们作了两种设想。一种是设想风能和太阳能装置足以满足美国100%的电力需求;第二种是设计更多的风能和太阳能装置,足以满足美国电力需求总量的150%。但他们认为,就算理论上太阳能电池板或风力涡轮机可以满足我们所有的能量需求,现实中也不一定真的能够实现。前面已经讨论过了,无风、阴天的情况时有发生。

  基于此,作者考虑将太阳能和风能结合起来利用。此外,他们也考虑到了不同聚合区域的效果,也就是占用多大的面积来进行组合发电——小到方圆几米,大到几十里以外的区域。

  作者发现,发电容量达100%却无能量储存机制时,侧重风力的组合装置(风力约占75%,太阳能约25%)最为理想,且最好扩大聚集区域。这样就可供应美国电力需求的约75-80%。如果发电容量达150%,则可满足美国电力需求的90%。

  有时装置发电太多,就可以将多余的电量储存起来供以后使用。白天太阳能电池板收集的多余能量可供夜间使用。电能储存方式很多,可以用电池储存,或者将水泵入高架油箱,让水在夜间下落并转动涡轮机,以此发电。

  作者对他们的研究进行了修改,随后发现,发电容量为100%时系统效果最佳(所产能量约占全国能源的90%),太阳能装置占70%而风能占30%的配置才是最好的选择。在这种情况下,如果发电容量超过150%,几乎所有国家的电力需求都可以通过风能、太阳能极其存储来满足。

  上述研究仅考虑了风能和太阳能。如果增加水力发电、生物燃料甚至核电等其他电力来源,达到100%清洁能源相对更为容易。此外,人们正学着更明智地使用能源,或使用更高效的产品,或在非高峰时段购买电力。这些改变也有助于我们实现100%的清洁能源目标。

  关键是,用清洁能源供应整个国家乃至许多国家的电力是可以实现的。再也不能随便说“我们做不到”了。