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储能科技
浅析几种关键储能技术在能源互联网中的应用前景(一)
2017-05-20 12:37:31 来源:第一电动 刘冠伟 作者: 【 】 浏览:162次 评论:0

导读: 能源与环境、经济发展、人民生活等议题紧密相关,因此近几年来,能源相关的话题不仅持续得到了国家政府的关注,而且已经受到了广大普通民众的极大关切。

能源是人类文明发展进步的根本基石,确保能源的安全供给更是国家核心利益所在。不仅如此,能源与环境、经济发展、人民生活等议题紧密相关,因此近几年来,能源相关的话题不仅持续得到了国家政府的关注,而且已经受到了广大普通民众的极大关切。近年来,国际政治、经济、能源格局有了新的变化,相应的很多国家也已经在能源转型方面开展了行动。

1、世界范围内能源转型的大背景

最为代表性的就是德国的能源转型。德国在风电光伏部署,开发各种可再生能源技术(地热,光热,光伏等),与邻国进行能源互动(丹麦),建设新一代能源系统示范区(例如BDI主导的E-Energy项目)方面取得了很多进展,改革力度很大。

美国在过去几年中,大力推进页岩气革命,从石油进口国变成了出口国,这促进了油价降低,明显改变了世界能源格局,此外美国在部署储能和光伏(代表为加州),推动电动汽车(代表为TESLA),研发和推进下一代电网关键技术(代表为北卡罗来纳大学的FREEDM项目)等方面的进展值得关注。

日本历史上就是一个缺少能源资源的国家,这样的紧迫性使其非常重视在能源材料、器件等方面的研究开发,近年来其在关键技术上取得了许多空出的成果,比如电力电子元件、高性能电池(代表为松下),燃料电池汽车(丰田MIRAI),大量部署的分布式燃料电池三联供系统(代表为ENEFARM),这些都是能源体系的发展变革的重要支撑技术和方向。

我国能源呈现“富煤、缺油、少气”的格局,而近年来随着国际能源供应形势的变化,国内能源环境方面遇到了越来越多的矛盾,能源系统面临着前所未有的转型升级压力。一方面是电力供应面临过剩,可再生能源的利用能力偏弱;另一方面却是各地基于自身利益考虑以及现有体制限制,仍在大规模建设各种火电传统能源,而传统能源的利用清洁程度低也是导致近几年来雾霾污染现象愈演愈烈的根本原因。

在以上挑战、背景下,我国政府近年来非常重视能源领域的发展,大力推进能源转型,已经在国家战略层面上开展了多项系统层面的研究设计任务,并颁布了一系列的文件来推进转型示范项目的开展。国家能源局在16年颁布了《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》,其中就提出了对于发展能源互联网/互联网+智慧能源/中国未来能源系统发展的愿景:“互联网+”智慧能源(以下简称能源互联网)是一种互联网与能源生产、传输、存储、消费以及能源市场深度融合的能源产业发展新形态,具有设备智能、多能协同、信息对称、供需分散、系统扁平、交易开放等主要特征。在全球新一轮科技革命和产业变革中,互联网理念、先进信息技术与能源产业深度融合,正在推动能源互联网新技术、新模式和新业态的兴起。能源互联网是推动我国能源革命的重要战略支撑,对提高可再生能源比重,促进化石能源清洁高效利用,提升能源综合效率,推动能源市场开放和产业升级,形成新的经济增长点,提升能源国际合作水平具有重要意义。”

2、能源互联网重要特点与储能的重要作用

与此同时,能源相关的各公司也都在积极探索能源转型路径(例国网公司的全球能源互联网)。虽然不同机构提出的未来能源愿景精神上有所不同,哪怕是对于同一个概念的解读也会有差异(见《能源互联网概念、关键技术及发展模式探索》一文),但其实其中体现的精神都具有一定相通性,而且与美日德等国的能源转型举措相似,提炼概括主要有以下几个方面:

浅析几种关键储能技术在能源互联网中的应用前景

而在以上的这6个代表方面,储能技术都是有其独特的角色和作用的,可以说,储能是能源互联网发展的一大支柱性技术。主要体现在以下几个方面:

(1) 提高可再生能源的比例可以促进可持续发展,减少化石能源的使用和污染。可再生能源出力具有间隙性,会随时间产生不同时间尺度上的出力变化波动。储能技术可以平抑短时间内的波动,帮助可再生能源向电网的友好接入,从而切实提高可再生能源的利用率,减少弃风弃光,从而减少化石能源的用量。而在过去几年环境污染严重,可再生能源丢弃受到明显关注的大背景下,可再生能源的有效消纳必将逐渐成为国家更为重视的任务,今后在这方面的储能的机会与需求会更多。

(2) 提高分布式能源的比例,改变传统电网的完全垂直式的统治结构。中国传统的电力、油气能源系统体现出了完全的自上而下的治理结构,分布式能源占比很低。而在新形势下,这样的能源结构面临着明显问题:系统刚性较大,无法满足不断发展变化的各种用能用户灵活多变的用能甚至产能需求,重复建设的电站常常来自于行政式的规划,而电网的输送能力又有限,并未足够考虑系统用能侧消纳能力。

分布式能源建设将是接下来几年大力发展的方向,一大核心的考虑就在于:分布式能源的建设常常靠近负荷,可以就近消纳利用,几乎不存在消纳困难而且可以减少电网长距离输电的扩容的需求。此外分布式能源还可以因地制宜建设,综合利用当地的自然、建筑等方面的条件实现资源优化调配(比如屋顶光伏等),因此是目前重点发展的方向。

分布式能源大规模接入电网涉及到诸多技术与体制上改变的需求,而储能对于平抑分布式能源的波动性、支持分布式能源组成局部微网实现局部自给自治(甚至可以在区域内进行能量交易),进而提高整个能源系统的稳定性是非常有用的。在这方面,集中式的储能电站可以在区域范围内为分布式能源的接入提供支持,而配置在用户终端附近的分布式储能也可以就地提高分布式能源的利用率。

(3) 增加多能互补的利用,通过多种能源的综合利用与相互转化提高能源利用效率。目前很多城市、园区都有冷-热-电的综合用能需求,很多园区的空调制冷负荷在夏天峰值时段可以占到总负荷的30~40%,制冷需求为电网造成了很大负担;与此同时,很多可再生能源出力与用能需求不能完全匹配,常常只能丢弃(西南几省弃水,西北几省弃风光)。而如果大力开发多能互补技术,可以让多种类能源互相转化,融合多个能源网络,提高系统的运行稳定性和综合能效,降低峰值负荷减少浪费。比如通过制氢技术可以减少弃风弃光的浪费,而基于储冷储热技术可以提前储冷,以降低峰时的制冷用电负荷。在此过程中,储能技术可以成为多种能源互相转化、存储的枢纽节点,长时间、大容量、低成本的储冷、储热技术,氢能的制备、存储和高效利用技术都是多能互补领域中材料侧的关键支撑技术。

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