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儲能前沿技術 引領世界能源變革

發布時間: 2014-11-12 09:30:09    來源: 電氣中國雜志 
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[摘要]過去30年,中國經歷了高速的經濟發展,但也為此付出了沉重的環境代價,能源轉型迫在眉睫。伴隨我國新能源產業的迅速發展,儲能技術及其產業的發展日漸成為各方關注的重點。

  國家電網公司近期確定的智能電網重點投資領域中包括了大量儲能應用領域,如發電領域的風力發電和光伏發電中應用儲能技術項目,配電領域儲能技術,電動汽車充放電技術等。無論是風電還是太陽能發電,其自身都具有隨機性和間歇性特征,其裝機容量的快速增長必對電網調峰和系統安全帶來不利影響,所以,必須要有可靠的儲能技術作為支撐和緩沖。先進儲能技術能夠在很大程度上解決新能源發電的波動性問題,使風電及太陽能發電大規模的安全并入電網。

  并網逆變器作為光伏電池與電網的接口裝置,將光伏電池的直流電能轉換成交流電能并傳輸到電網上,在光伏并網發電系統中起著至關重要的作用。并網逆變器性能對于系統的效率、可靠性,系統的壽命及降低光伏發電成本至關重要。

  儲能技術發展有利于推進風電就地消納,在當前產業梯度轉移的大背景下,可考慮在大型風電基地附近布局供熱、高耗能產業,同時加快建立風電場與這些大電力用戶和電力系統的協調運行機制。國家電網近期確定的智能電網重點投資領域中包括了大量儲能應用:發電領域如風光并網及儲能項目,配電領域如儲能技術、電動汽車充電和配電自動化等。

  根據國家關于新能源產業的規劃,預計到2020年,國家將累計投資3萬億元大力發展可再生能源。屆時,我國可再生能源在全部能源消費中將達到15%。按照市場普遍預期,2020年我國電力裝機達到1500GW,風電占比10%,即150GW。配套儲能裝置的功率按照風電裝機容量的15%計算,約為22.5GW。如果儲能裝置單位千瓦造價按照4000元/kW計算,至2020年的10年間,儲能市場規模約為900億元。

  這是一筆龐大的投資,但這筆投資無論如何都得考慮其經濟性。目前的鋰離子電池壽命一般為5年,攤薄至每年的投資接近400億元。倘若這個配備比例提高10個百分點,則攤薄至每年的投資將達到600億元,況且這還不算每年新增的風電規模機組和其他可再生能源。

  積極開發新能源和儲能技術,減少人類對化石能源的依賴,已成為業界和科技界研究的熱門課題。在可再生能源中,風能和太陽能因來源豐富、取之不盡、用之不竭,并在利用過程中無環境污染或污染很小而特別引起關注,但風能和太陽能存在間歇性、不穩定性和不可控性等缺陷,為保證其供電的均衡性和連續性,儲能裝置成為風力發電、光伏發電系統的關鍵配套部件。因此,在利用太陽能和風能的同時,必須重視儲能技術的開發。近年來,特別是在《中華人民共和國可再生能源法》出臺之后,我國風力發電和光伏發電產業發展迅速,但大規模發展新能源仍存在技術瓶頸,主要是風力發電、光伏發電的并網技術、發電的間歇性問題需要成熟的儲能技術加以解決。因此,在新能源裝機容量提升的同時,必須同步提升儲能容量,有效地改善其電能輸出質量。

  北京大學先進電池技術研究所執行所長鄧楠先生表示,可再生能源的特點決定了這種能源要大規模的應用必須依賴于智能電網和儲能技術的發展,而我國在智能電網領域已經取得了發展。

  首先建立大容量電力儲能裝置對電網的合理使用能起“削峰填谷”作用,即通過儲存電網夜間用電低谷時充足的閑余電能,然后到白天用電高峰時反饋輸出平抑,這樣可大大提高發電設備的利用效率,為國家節約巨額投資。我們知道為應對因城市發展出現的用電快速遞增而造成電網不堪負荷的狀況,電力系統每年都要新增大量投資用于為電網擴充容量的基本建設,但實際利用率卻非常低。以上海2004年~2006年間統計數據為例,為解決全市每年約200小時的高峰用電負荷,僅對電網側的投資每年就超過200億元之多,而為此形成的輸配電能力的年平均利用率卻不到2%,造成了很大的浪費。

  其次大容量電力儲能裝置的建立和發展還對提高供電可靠性和電能質量起了關鍵作用。我們知道隨著煤、石油等天然能源的日益枯竭和環境污染日趨惡化,極大地促進了世界各國競相開發新能源,其中最具代表性的風能、太陽能等清潔能源發展極為迅速,但風能和太陽能發電受季節、氣象和地域條件的影響,具有明顯的不連續、不穩定性,發出的電力波動較大,可調節性差。這給傳統電網帶來了不少的麻煩。經測算,如果風力發電裝機占電網容量比例達20%以上,則電網的調峰能力和安全運行將面臨巨大挑戰,而電力儲能技術恰恰就是在很大程度上解決了風力發電和太陽能發電的隨機性、間隙性和波動性等問題,可以實現其發電的平滑輸出,并能有效調節因發電引起的電網相關參數波動,使大規模風力發電和太陽能發電能方便可靠地并入常規電網。

  綜上所述,大力發展電力儲能技術,為智能電網配套建設大規模高效儲能裝置,這既可以緩解發電與用電的時差矛盾,又可以解決風能和太陽能等間歇式可再生能源發電直接并網對電網的沖擊,調節電能質量。很明顯電力儲能技術的重要性不容置疑。沒有電力儲能,智能電網的實現是根本不可能的,并且隨著可再生能源發電技術的快速發展,電力儲能技術必將成為電網安全、穩定、高效運行必不可少的技術支撐,具有非常巨大的潛在市場。

  當然電力儲能現還存在著需要解決的這樣那樣問題,在技術上還有待于進一步地完善和提高,尤其對儲能電池來說,其性能提高和成本降低將是影響儲能產業發展的最為關鍵因素。我們深信前途是光明的,道路是曲折的,只要我們堅持不懈地去為之努力,電力儲能應用的輝煌明天就一定會早日到來。

  儲能技術任重道遠

  李俊峰表示,儲能技術的發展目前有兩個方面可以著重推廣。一是電動汽車,儲能電池在電動汽車上的應用,可能是我們提高質量降低成本的一個重要途徑。二是我們的低成本大容量電源電池。國家電網在華北專門進行了風光儲各種電池技術的測試。但是現在看來遠遠不夠,可能還要考慮一些更可靠的,更安全的儲能技術。同時還必須是低成本的,所以我們儲能技術現在來看它是任重道遠。

  智能電網必然需要儲能系統來提高接納能力,抑制功率波動。某電網的內部人士告訴記者,發展智能電網,儲能方面的問題比較大。一是儲能容量有限。“調峰的時候處理用電量小的用戶,儲能容量還可以保證,但是給想調節用電大戶的供電,比如大型工業企業,就很難做到。”他還表示,在技術層面上還存在儲能效率方面的問題。“充電往往需要很長時間,而充、放電的時間與應急的要求也會存在矛盾。”

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