2013-16 科技工作大家谈——中国的风车为何转不起来？——风电弃风问题及对策

 “风电弃风”是指在风力条件符合风机正常发电的情况下, 由于电网接纳能力、输电能力限制或风电出力不稳定等原因, 导致风电场部分或全部风机无法上网供电, 造成风机暂停发电的现象。国家能源局最新数据显示, 截至2012年底, 中国风电弃风限电超过200亿kWh, 相当于浪费了670万t标准煤, 直接损失超100亿元。国家发改委预计中国2020年风电装机容量将突破1亿kW, 弃风现象愈演愈烈, 将对中国风电产业发展带来严重影响, 中国的节能减排努力也将大打折扣。     

弃风限电对中国风力发电环境效益的影响——以呼和浩特为例

通过清单分析,对风电场的生命周期能源需求及温室气体(GHG)排放进行了研究。在此基础上,根据内蒙古呼和浩特某风电场的风速及弃风数据,对风电场上网电量进行了模拟计算;并对比了弃风与不弃风情景下风电的能源回报比与GHG排放强度。结果表明:风电机组生产阶段对能源需求及温室气体排放贡献最大;弃置阶段因材料回收,有一定节能减排效果。在内蒙古,风电的GHG排放强度不到火电的1%。对于一个2 MW的风电机组,弃风限电会导致发电系统整体GHG排放在一个生命周期碳排放比不弃风的情景增加2.3×10~4t CO_2e。因此在进行各区域风电建设规划时,应当将其作为风力资源的一个校正因素纳入考虑。     

弃风限电对中国风力发电的环境效益的影响研究——以呼和浩特为例

通过清单分析,对风电场的生命周期能源需求及温室气体(GHG)排放进行了研究。在此基础上,根据内蒙古呼和浩特某风电场的风速及弃风数据对风电场上网电量进行了模拟计算,并对比了弃风与不弃风情景下风电的能源回报比与GHG排放强度。结果表明：风电机组生产阶段对能源需求及温室气体排放贡献最大;弃置阶段因材料回收,有一定节能减排效果。在内蒙古风电的GHG排放强度不到火电的1%。对于一个2MW的风电机组,弃风限电会导致发电系统整体GHG排放在一个生命周期碳排放比不弃风的情景增加2.3万吨CO2e。因此在进行各区域风电建设规划时应当将其作为风力资源的一个校正因素纳入考虑。     

可再生能源开发及多能互补分析——以青海为例

积极开发可再生能源是中国实现“双碳”目标的重要途径之一。该文总结了2020年中国各类电力装机容量，对比了中国与世界的电力“绿色程度”,提出了可用于模拟计算梯级水库群水电调峰能力的一种方法，给出了进行多电源互补的过程，通过对黄河上游梯级电站的模拟，获得了青海省在2030规划水平年逐月的调峰电量和电网多能互补分析结果。负荷的逐月平衡分析表明：丰水年份，风电和光伏发电产生较多弃电，而平水年、枯水年的发电能力与电网负荷需求基本匹配。典型日逐时多能互补分析表明：丰水年夏季，风电、光伏入网将导致负荷峰谷差变大，风、光产生较多弃电；枯水年冬季，水电和火电的电量与调峰能力不足，需要从外网购电，但这同时会导致弃光和弃风。青海电网应推动储能建设及其他电源的建设，秉持电网基荷电量和调峰能力建设并重，以减少网内弃电和外网购电。该文所介绍的水库群电力调节能力模拟方法和多能互补过程可用于其他电网，所得结论对青海的电源发展具有一定的参考价值。     

2013-25 科技工作大家谈：要风“盛”,不要风“剩”——我国风电设备产能过剩问题及对策

 中国可再生能源专业委员会发布的《中国风电发展报告2012》显示,2011年中国主要风电设备制造行业产能已达到30GW,而2011年国内新增风机装机容量仅为18GW,这意味着国产设备40%以上的产能处于闲置状态。受国家政策扶持及高利润率的驱动,过去7年我国风电产业取得了飞速的发展。2006—2012年,全球风电装机容量年均增长率为25%,而我国这一数字达到了87%。2011年开始,随着愈发严重的“弃风”和风电设备产能过剩问题的出现,中国风电新增装机年均增长率同比下降6.85%,这是我国近10年来首次出现负增长。2012年中国新增风电装机容量为12.96GW,同比下降了26.5%,年新增装机量首次下滑至第2位;大量风机出现空转现象,吉林等地机组利用小时数甚至低于盈亏平衡点,参照2011年产能计算,2012年的产能过剩率已经超过55%。在国家能源局刚刚下放风电项目审批权至地方后,为防止新一轮由风电盲目开发引起的产能过剩现象的发生,合理分析并解决风电设备产能过剩问题已经刻不容缓。     

京津冀居民生活用煤“煤改电”政策的健康与经济效益评估

针对以电力等清洁能源替代居民散煤的“煤改电”政策, 构建可实现京津冀区域“十三五”规划中“煤改电”政策目标的技术选择以及电力供应来源的相关情景, 利用综合评价模型分析并估算不同情景下实施“煤改电”政策对环境质量、健康效益和经济效益的影响。研究结果表明, 通过在该区域实施居民生活“煤改电”政策, 2020年京津冀区域PM_2.5年均浓度可以下降6~15 μg/m³, 可因此避免约2.22万人过早死亡和60.78万致病例。如同期在京津冀区域采用一致性的政策实现“煤改电”政策目标, 可以获得187.31~198.69亿元的社会净效益。基于对3个地区净效益的分析结果, 并考虑地区间的差异, 提出具体的技术选择建议: 北京市和河北省宜采用“空气源热泵+可再生能源供电”方式, 天津市则宜采用“蓄热式电暖器+可再生能源供电”的方式。在3个地区均采用各自净效益最大化的政策情景下, 整个京津冀区域的净效益约为203.41亿元。     

中国风电产业发展分析

分6个阶段回顾了中国风电产业的发展历程,并从法律法规规划、财税电价政策两方面简述了国家风电产业的相关政策,指出这些政策对产业发展起到了重要的支撑和调节作用。用风电装机及增长率、发电量及增长率数据分析了中国风电产业发展现状,用2013年大陆企业国内市场占有率、进入世界风电设备15强的国内8家企业的全球新增装机容量等数据,说明国内风机制造商已经发展壮大起来。分析指出了缺乏顶层设计、弃风限电严重、自主研发能力不足、部分主要零部件依赖进口和风电设备存在质保"困局"五个亟待解决的主要问题。最后分析了风电产业发展前景。     

深耕“蓝色沃土”，海洋能助力实现“碳中和”——访浙江大学教授李伟

 2021年3月15日,习近平总书记主持召开中央财经委员会第九次会议并发表重要讲话强调,实现碳达峰、碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革,要把碳达峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局,拿出抓铁有痕的劲头,如期实现2030年前碳达峰、2060年前碳中和的目标。“十四五”时期是碳达峰的关键期,大力发展清洁可再生能源成为必然趋势。在海洋这片“蓝色沃土”中,蕴藏着丰富的可再生能源--海洋能,“碳达峰、碳中和”将为海洋能发展带来怎样的机遇与挑战？围绕海洋能的发展,《科技导报》专访了中国可再生能源学会海洋能专业委员会主任、浙江大学教授李伟。     

“三生”空间格局演化“碳流”分析——以唐山市为例

 生产空间、生活空间和生态空间（“三生”空间）碳代谢分析研究,对实现区域“三生”空间要素整合和结构优化具有重要的科学意义。以唐山市为例,通过构建显性“碳流”模型和生态网络效用分析方法,定量化跟踪、评估了2010-2015年唐山市“三生”空间碳要素的流动过程、途径及其影响。结果显示：2010-2015年,唐山“三生”空间格局演变造成了区域碳排放量的增加,净“碳流”为负值;其中,消极“碳流”主要由于生态空间向生产空间的转变;而积极的“碳流”主要来自生产空间向生态空间的转变。唐山市“三生”用地类型在碳代谢系统中的生态关系主要以限制掠夺关系为主,其中以生活空间城镇用地以及生态空间未利用土地占主导。     

可燃冰——替代化石燃料的清洁能源?

 2014年2月初,中国南海可燃冰研究通过验收,建立起中国南海天然气水合物基础研究系统理论。中国在可燃冰钻探开发领域又向前迈进一步。可燃冰最早发现于英国科学家戴维的实验室,距今已有200多年历史。虽然这种可以燃烧的“冰”一度被认为是可以替代化石燃料的清洁能源,但由于开采困难,可燃冰一直难以被启用。近二三十年,石油能源的过度消耗以及环境污染的加剧,使得许多国家逐渐重视清洁的替代能源,可燃冰就是其中之一。但可燃冰能否替代化石能源成为未来能源利用的“ 主角”,科学界一直争议不断。     

“一带一路”区域气象灾害时空变化特征

 根据1980-2019年“一带一路”区域气象灾害数据，统计分析了该区域气象灾害时空变化特征。研究表明，1980-2019年“一带一路”区域气象灾害发生次数、经济损失和死亡人数分别占全球比重的54%、43%和81%，且均呈上升趋势。空间上，南亚和东南亚地区最为严重；其中，气象灾害发生次数方面，东南亚占全球36%，南亚占29%；经济损失方面，南亚占40%，东南亚占39%；死亡人数上，南亚占48%，东南亚占37%。21世纪以来，“一带一路”区域气象灾害发生次数加速增长，2010-2019年气象灾害次数较2000-2009年增长了约2.8倍，但死亡人数减少了将近76%。建议尽早尽快开展“一带一路”区域气象灾害监测、预警和预报研究，为灾害风险管理提供有效的气候服务。     

风电和光伏发电行业分析

在全球气候变暖的背景下,作为减排温室气体和延缓气候变化的重手段之一,可再生能源成为各国能源发展的战略选择,这其中又以风电和光伏发电为重中之重,全球风电、光伏装机近年一路高歌猛进,中国的风电、光伏发电发展更为举世瞩目,当前我国风电和光伏发电发展凸显国外双反、限电及并网瓶颈等新状况,风电和光伏发电长期趋势向好,在近期放缓的形势下,新能源企业如何走出困境,抓住机遇,成为一个值得探讨的课题。     

封面图片说明：“科创中国”技术服务与交易平台

 “科创中国”技术服务与交易平台是以“互联网+技术交易”模式构建的数宁化服务平台。通过建设动态运营的“问题库”“项目库”“开源库”,面向“政产学研服用金”创新主体,开展技术创新全链条专业化服务,把技术供给与技术需求的对接在“手牵手”基础上再增加“线联线”,以技术服务与技术交易推动国内外科技成果精准落地。     

新时期微生物学研究的“知”与“行”

 中国科协第381期青年科学家论坛--新时期微生物学研究的“知”与“行”于2019年9月21日在西南大学举行。此次论坛由中国微生物学会承办。本刊摘录部分学者的主要观点，以飨读者。     

理性看待“慕课”的时代意义与局限

 “慕课”是“大规模网络在线开放课程”的简称（英文全称为Massive OpenOnline Course，一般简写为MOOCs）。2011 年秋，斯坦福大学2 位教师创立的一个在线免费课程平台，挑拨起了人们对于网络技术参与当代教育变革的敏感神经。这种被定义为“慕课”的教育模式迅速得到世界诸多知名高校的响应，大家纷纷推出自己学校的品牌“慕课”。近2 年，中国各大高校也纷纷推出“慕课”，成立专门的开发部门，掀起了一股“慕课”热。     

“双碳”目标下的生态城市发展战略与实施路径

 为应对世界范围内的气候变化、积极推进生态城市发展建设,中国提出了碳达峰、碳中和目标。通过解析“双碳”目标产生的背景和内涵,结合国内外相关理论和实践探索,总结了低碳目标下的城市发展策略,从空间环境、绿色交通、低碳产业、能源循环利用、支撑体系等方面提出了新时期生态城市的发展战略与实施路径。     

一带一路,地热先行

 “一带一路”是“新丝绸之路经济带”和“21世纪海上丝绸之路”的简称，目前已成为中国综合性发展战略。中东、中亚各国虽然煤炭、石油、天然气等传统化石能源十分丰富，但污染严重，加剧环境恶化，急需大力开发包括地热能在内的各种新能源和可再生能源。     

水电-风电联合运行优化调度研究

风电出力的非平稳性是目前制约风电并网运行的关键因素,将水电和风电联合运行调度是一种新的思路。本文以黄河上游5座百万千瓦级的梯级水电站与甘肃河西千万千瓦级的风电站为研究对象,综合考虑各种复杂约束条件,以弃风电量最小为目标,建立了水电-风电互补运行优化调度数学模型,采用改进的量子粒子群算法对该模型进行求解。实例研究表明:经过风水互补后,风电出力基本平稳,最大的波动偏差为1.65%,最小的仅为0.04%,满足了电网稳定性的要求。因此,将水电风电联合运行优化调度合理、可靠,以期为大规模风电并网运行提供了一条有效途径。     

精细结构常数α发生改变的唯象分析

最近实验显示精细结构常数α＝ｅ２/ｃ是可变的,ｅ,,ｃ ３个量中哪一个改变而导致α改变是当前难题之一.在电子取静质量的情况下,由Dirac大数D、Planck质量mPl和Planck大数A算得α≈１/１３７．３１３,与惯用值α≈１/１３７．０３６符合很好.在动态情况下,电子的电量e将随电子质量的增加而增加,则精细结构常数α是可变的.据轻子结构的亚夸克动态模型,轻子将出现“反常质量”、“反常电荷”、“反常磁矩”等效应,计算得到的与“反常电荷”相关的“反常磁矩”和实验值相符,可以认为电子电荷改变是由电子的“反常电荷”引起的.     

“石头剪刀布”科研引争议

 2014年4月21日,浙江大学、浙江工商大学和中国科学院理论物理研究所的研究人员以一项“石头剪刀布”游戏作为研究模型的研究论文“石头剪刀布游戏中的社会循环和条件反射”发表在电子预印本文献库（arXiv.org）中。论文中称所发现的“赢家留,输家变”的策略,可以带来更多人类决策模式的研究。科学网、果壳网、人民网以及美国《麻省理工科技评论》（MIT Technology Review）、英国广播公司（BBC）等媒体均报道了此项研究。随后不少网友暗讽其为“无用”科研：“这项研究没有任何价值”、“科研人员不应做如此‘无厘头’的研究”,更有网友提出这是在“浪费国家科研经费,涉嫌学术腐败”等。但科学界对此项研究的价值却持肯定态度,并指出研究有待进一步深入。一项看似“简单而有趣”研究,由此引起不小争议。