電話:02083859919
手機(jī):18025967080
郵箱:542298629@qq.com
地址:廣州市黃埔區(qū)光譜西路TCL創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)園530室
隨著全球電力系統(tǒng)脫碳進(jìn)程加快,風(fēng)電、光伏等新能源裝機(jī)容量和用電比例不斷提高,電力系統(tǒng)對(duì)可靠電力支持的需求不斷增加。近年來(lái),長(zhǎng)期儲(chǔ)能開(kāi)始進(jìn)入公眾視線,并迅速引發(fā)了技術(shù)研究和資本投資的熱潮。
什么是長(zhǎng)期儲(chǔ)能?
到目前為止,長(zhǎng)期儲(chǔ)能仍然是一個(gè)新事物,全球范圍內(nèi)對(duì)長(zhǎng)期儲(chǔ)能還沒(méi)有統(tǒng)一的定義。近年來(lái),長(zhǎng)期儲(chǔ)能開(kāi)始進(jìn)入公眾視線,并迅速引發(fā)了技術(shù)研究和資本投資的熱潮。,美國(guó)桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室發(fā)布的《問(wèn)題簡(jiǎn)報(bào)——長(zhǎng)期儲(chǔ)能》認(rèn)為,長(zhǎng)期儲(chǔ)能是一種連續(xù)放電時(shí)間不少于4小時(shí)的儲(chǔ)能技術(shù)。
最近兩年,美國(guó)能源部將發(fā)布一份關(guān)于支持長(zhǎng)期儲(chǔ)能的報(bào)告,該報(bào)告將長(zhǎng)期儲(chǔ)能定義為連續(xù)放電時(shí)間不少于10小時(shí)、使用壽命為15-20年的儲(chǔ)能技術(shù)。越來(lái)越多的學(xué)者在期刊上發(fā)表文章,將長(zhǎng)期儲(chǔ)能定義為從一天到一季的儲(chǔ)能技術(shù)。為了區(qū)別于目前國(guó)內(nèi)正在大規(guī)模建設(shè)的2小時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng),一些從業(yè)者還將4小時(shí)及以上的儲(chǔ)能技術(shù)歸類為長(zhǎng)期儲(chǔ)能。
為什么要開(kāi)發(fā)長(zhǎng)期儲(chǔ)能?
對(duì)于這個(gè)問(wèn)題,我們必須首先從為什么要發(fā)展儲(chǔ)能說(shuō)起。沒(méi)有儲(chǔ)能的電力系統(tǒng)是相對(duì)不穩(wěn)定的。但目前,以火電為主的電力系統(tǒng)仍有可靠的電力支持,因?yàn)榘葱璋l(fā)電的火電保證了電力系統(tǒng)的運(yùn)行。然而,隨著未來(lái)二氧化碳減排政策的深入實(shí)施,高揮發(fā)性可再生能源(主要是太陽(yáng)能和風(fēng)能)的比例將在一定程度上增加,在沒(méi)有風(fēng)和光的夜晚電力將短缺。
為了提高電力系統(tǒng)的可靠性,開(kāi)發(fā)配套儲(chǔ)能勢(shì)在必行。那么,為什么要發(fā)展長(zhǎng)期儲(chǔ)能呢?例如,如果水電站只調(diào)節(jié)水庫(kù)的蓄水量?jī)蓚€(gè)小時(shí),那么后半夜仍將在黑暗中度過(guò);即使水庫(kù)的蓄水量足夠十個(gè)小時(shí),我們也要祈禱第二天會(huì)是晴天?;蛘吖物L(fēng),如果無(wú)風(fēng)的陰天持續(xù)兩三天,我們就得準(zhǔn)備一個(gè)更大的水庫(kù),也就是長(zhǎng)期儲(chǔ)能。當(dāng)然,未來(lái)的電力系統(tǒng)也將擁有除風(fēng)能以外的其他電源??紤]到發(fā)電的互補(bǔ)性,再加上適當(dāng)持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)期儲(chǔ)能,電力系統(tǒng)將成為一個(gè)全調(diào)節(jié)的水電站,全年無(wú)憂。
中國(guó)使用哪些長(zhǎng)期儲(chǔ)能技術(shù)?
根據(jù)技術(shù)類型,長(zhǎng)期儲(chǔ)能可分為機(jī)械儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能、熱儲(chǔ)能和化學(xué)儲(chǔ)能。接下來(lái),我們將介紹幾種中國(guó)常用的長(zhǎng)期儲(chǔ)能技術(shù),即抽水蓄能、液流電池、熔鹽儲(chǔ)能和壓縮空氣儲(chǔ)能。
抽水蓄能
抽水蓄能有兩個(gè)水庫(kù),上水庫(kù)和下水庫(kù)。為了儲(chǔ)能,水通過(guò)電能被泵送到上層水庫(kù),電能被轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能;為了發(fā)電,水被釋放到下水庫(kù)以驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī),重力勢(shì)能被轉(zhuǎn)換為電能。抽水蓄能電站建設(shè)規(guī)模大、建設(shè)周期長(zhǎng),但能夠?yàn)殡娏ο到y(tǒng)提供更多的能源。目前,抽水蓄能電站單機(jī)容量在30萬(wàn)至40萬(wàn)千瓦之間,總裝機(jī)容量為30萬(wàn)至36萬(wàn)千瓦,蓄水時(shí)間一般為4-10小時(shí)。
液流電池
液流電池是指將電解質(zhì)和電堆分開(kāi)放置,正負(fù)電解質(zhì)流經(jīng)電堆時(shí)發(fā)生可逆化學(xué)反應(yīng),實(shí)現(xiàn)電能和化學(xué)能的相互轉(zhuǎn)換。液流電池的構(gòu)建周期短,通過(guò)調(diào)整電池組或電解質(zhì)的容量,可以放大發(fā)電和儲(chǔ)能能力。液流電池目前裝機(jī)容量為10-100MW,儲(chǔ)能時(shí)間一般為2-6小時(shí)。
熔鹽儲(chǔ)熱
熔鹽儲(chǔ)熱通過(guò)加熱熔鹽來(lái)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能。在能量釋放過(guò)程中,高溫熔鹽熱交換產(chǎn)生高溫高壓蒸汽,驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。熔鹽儲(chǔ)能規(guī)模大、使用壽命長(zhǎng),現(xiàn)階段主要用于CSP發(fā)電廠。目前熔鹽庫(kù)裝機(jī)容量為10-100MW,儲(chǔ)存時(shí)間一般為5-15小時(shí)。
壓縮空氣長(zhǎng)期儲(chǔ)能
壓縮空氣的長(zhǎng)期儲(chǔ)能通常使用鹽穴或容器來(lái)儲(chǔ)存高壓空氣。在儲(chǔ)能過(guò)程中,壓縮機(jī)壓縮并儲(chǔ)存空氣,將電能轉(zhuǎn)換為內(nèi)部空氣能;在釋放能量時(shí),高壓空氣驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)發(fā)電,將內(nèi)部空氣能量轉(zhuǎn)化為電能。壓縮空氣長(zhǎng)期儲(chǔ)能電站建設(shè)周期長(zhǎng)、安全性高,屬于機(jī)械長(zhǎng)期儲(chǔ)能技術(shù)。目前,壓縮空氣儲(chǔ)能電站裝機(jī)容量為10-300兆瓦,儲(chǔ)能時(shí)間一般為4-10小時(shí)。此外,鹽穴或容器可用于儲(chǔ)存氫氣,以實(shí)現(xiàn)數(shù)周甚至數(shù)季的化學(xué)儲(chǔ)能。
還有哪些奇怪的長(zhǎng)期儲(chǔ)能技術(shù)?
許多長(zhǎng)期儲(chǔ)能的前沿技術(shù)仍處于研發(fā)和示范的早期階段,如鐵-空氣電池儲(chǔ)能、熱巖儲(chǔ)能、二氧化碳電池儲(chǔ)能和熔融鋁儲(chǔ)能等。
鐵-空氣電池的長(zhǎng)期儲(chǔ)能
鐵-空氣電池是一種金屬-空氣電池,其基本原理是基于鐵的可逆氧化(生銹)。當(dāng)鐵-空氣電池放電時(shí),空氣中的氧氣會(huì)導(dǎo)致鐵生銹;當(dāng)它充電時(shí),在電流的作用下,鐵銹會(huì)變成鐵。這個(gè)過(guò)程唯一釋放的物質(zhì)是氧氣。發(fā)明這項(xiàng)技術(shù)的Form Energy公司聲稱,使用電池的儲(chǔ)能系統(tǒng)可以持續(xù)100小時(shí)的放電,其成本與現(xiàn)有的化石燃料發(fā)電廠相當(dāng)。
熱巖長(zhǎng)期儲(chǔ)能
這家存儲(chǔ)技術(shù)公司正在研究一種將電能以熱量的形式存儲(chǔ)在石頭中的技術(shù),稱為GridScale。GridScale儲(chǔ)能器由一組或多組裝滿碎石的鋼罐組成。碎石是被壓碎到豌豆大小的玄武巖,可以承受反復(fù)加熱。充放電是通過(guò)壓縮機(jī)和渦輪機(jī)系統(tǒng)完成的,該系統(tǒng)將熱能從裝滿冷石頭的水箱泵入裝滿熱石頭的水箱。冷罐子里的石頭會(huì)變冷,而熱罐子會(huì)變熱,溫度高達(dá)600攝氏度。
能量可以在石頭中儲(chǔ)存很多天,當(dāng)電網(wǎng)需要電力時(shí),熱能通過(guò)渦輪機(jī)從熱罐返回到冷罐,產(chǎn)生電力。由于能量損失低,這是一種高效的長(zhǎng)期儲(chǔ)能解決方案,并且可以根據(jù)所需的儲(chǔ)存時(shí)間和容量選擇儲(chǔ)罐的數(shù)量。
二氧化碳電池的長(zhǎng)期儲(chǔ)能
意大利能源巨蛋公司聲稱,其二氧化碳電池可以提供快速響應(yīng)、廉價(jià)的電網(wǎng)級(jí)儲(chǔ)能。其原理類似于壓縮空氣長(zhǎng)期儲(chǔ)能系統(tǒng)。發(fā)生器將二氧化碳?jí)嚎s成液體并儲(chǔ)存,并儲(chǔ)存壓縮氣體產(chǎn)生的廢熱;當(dāng)它需要支撐電網(wǎng)時(shí),液態(tài)二氧化碳與之前儲(chǔ)存的廢熱一起蒸發(fā),以驅(qū)動(dòng)第二組渦輪機(jī)。發(fā)電后,二氧化碳?xì)怏w返回安全氣囊。
據(jù)Energy Dome介紹,全尺寸二氧化碳電池的容量高達(dá)25兆瓦,可儲(chǔ)存100至200兆瓦時(shí)的能量,最佳充電/放電周期為4至24小時(shí),是日常和日間循環(huán)的理想選擇;其轉(zhuǎn)換效率達(dá)到75%,電池壽命預(yù)計(jì)在25年左右,幾年內(nèi)平準(zhǔn)化成本(LCOS)可低至50-60美元/MWh。Energy Dome將其技術(shù)與壓縮空氣儲(chǔ)能(CAES)和液體空氣儲(chǔ)能器(LAES)進(jìn)行了比較,得出結(jié)論認(rèn)為二氧化碳電池的儲(chǔ)能密度是CAES的10到30倍,盡管只有LAES的三分之二,但它不需要低溫,可以在環(huán)境溫度下儲(chǔ)存。
熔融鋁的長(zhǎng)期儲(chǔ)能
瑞典公司Azelio的實(shí)驗(yàn)技術(shù),即熔融鋁的長(zhǎng)期儲(chǔ)能,已安裝在摩洛哥一個(gè)580兆瓦的太陽(yáng)能發(fā)電廠(510兆瓦CSP和70兆瓦PV)。該技術(shù)使用由回收鋁合金制成的相變材料作為儲(chǔ)熱介質(zhì),一種方法是通過(guò)電阻加熱器將回收鋁加熱到600°C,另一種方法使用集中太陽(yáng)能熱系統(tǒng),利用系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量熔化鋁合金,從而將能量?jī)?chǔ)存為熱量。當(dāng)能量需要釋放時(shí),合金冷卻并重新凝固,釋放的熱量被輸送到發(fā)動(dòng)機(jī),利用導(dǎo)熱油發(fā)電。溫度為65°C的廢熱也可以出售給工業(yè)用戶或當(dāng)?shù)氐膮^(qū)域供暖系統(tǒng)。
熔融鋁長(zhǎng)期儲(chǔ)能系統(tǒng)根據(jù)Azelio的說(shuō)法,當(dāng)同時(shí)使用電力和廢熱時(shí),該過(guò)程的往返效率為90%;該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)達(dá)13小時(shí)的電力存儲(chǔ),可模塊化安裝,可在炎熱或寒冷的天氣中按需提供熱量。它可在所有氣候條件下使用,系統(tǒng)壽命預(yù)計(jì)可達(dá)30年。
同時(shí),該方案的規(guī)??梢詮?00千瓦擴(kuò)大到100兆瓦;并且回收的鋁存儲(chǔ)介質(zhì)可以一次又一次地重復(fù)使用,而不會(huì)隨著時(shí)間的推移而降低容量??傊絹?lái)越多的公司正在加入長(zhǎng)期儲(chǔ)能技術(shù)研發(fā)和競(jìng)爭(zhēng)的道路。然而,長(zhǎng)期儲(chǔ)能的未來(lái)仍需要不斷的探索和研究。