1　概述

1.1　可再生能源利用和能量儲存

化學電源是儲能中介，它將能量的產生和能量的使用串接起來，起著承上啟下的作用，如圖1.1所示。可再生能源產生的電屬于“質量很差”的電，直接利用的可能性很小，并且產生時間和使用時間常常會錯開，化學電源將電能產生和使用兩個過程串接起來，是重要的中介。由化石燃料或者可再生能源產生的電能在使用之前以化學能形式儲存在化學電源中，在需要的時候化學能轉化成電能釋放出來。

日常用電情況呈現周期變化，在用電峰谷，電網有多余電力，如圖1.2所示，這部分多余的電需要被儲存起來以節省能源，儲能系統正可以勝任此項工作。據統計美國總電力的10%需要平峰處理，歐洲比例占15%。

其他儲能形式包括很多，如將水抽到高水位儲存（PHS），壓縮空氣儲存（CAES），超導磁能儲存（SMES）等。各種儲能形式的特性、資本成本對比，如表1.1和表1.2所示，其中VRB代表釩液流電池，ALTES代表低溫熱能儲存，CES代表低溫儲能系統，HTTES代表高溫熱能儲存，PSB代表多硫溴化物電池。

圖1.3給出了各個系統的效率對比，鋰離子電池、超電容和超導電磁儲能系統的效率最高，在90%以上，目前常用的鉛酸電池效率低于80%。

除了可再生能源來源，電能的另一個產生過程就是利用不可再生能源，也就是化石類能源，假設是煤發電，假設最初煤燃燒的能量為100%，那么這100%的能量都到哪里去了呢？發電過程的效率是38%，其余62%以熱能形式最終進入大氣層，電網傳輸過程中有2%損失，其余36%為用戶所使用，如果用戶單純用于照明的話，轉換成光的有2%，其余34%以熱形式散發。

地球溫度變暖，主要罪魁禍首是CO2，世界各國對CO2的排放控制越來越重視。圖1.4是各種發電技術伴隨的CO2氣體的排放量。各種形式的能源中，煤和天然氣的CO2排放最明顯，在可再生能源系列中，太陽能發電技術的CO2排放量是最大的，其SO2和NOx的排放也最明顯。圖1.5和圖1.6分別是各種發電技術伴隨的SO2和NOx排放量。

從平均占地面積來看，生物質能發電模式使用土地面積最大，每年每兆瓦時的發電量需要300～400m2土地，太陽能為8～10m2，核能發電為6m2稍多，天然氣發電技術占地面積最小，不到1m2，如圖1.7所示，從這些數據來看，生物質能發電技術的實際應用可能性很低。

保護環境，緩解溫室效應，解決潛在的能源危機，主要有兩種途徑可供選擇：節能和開發新型能源，從目前來看，節能技術更為重要，美國和西歐在這方面做得比較出色。美國2012年每1美元GDP消耗的能源僅相當于1980年時的1/2，未見我國這方面的統計數據。