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储能系统新发展——损有余而补不足

北极星电力会展网 来源:知社学术圈 作者:知社 2020-12-01 09:47:11

可再生能源近年来得到了快速的发展,不仅仅是由于这是促进减少碳排放的有效途径,更因为风能和太阳能是全球普遍存在的能源资源:本地开发,本地使用,无需运输,更不用考虑国际市场的波动。在相关成本不断降低的背景下,很多之前经济性不算好的地方也能使用风能和太阳能了。但是由于这两种发电方式天然的间歇性和不稳定性,可靠、低成本的储能系统也越来越受到重视。

(来源:知社学术圈;ID:zhishexueshuquan;作者:知社学术圈)

除非地球不自转,太阳能面板每天最多工作十几个小时,而且雨雪雾霾都有可能导致发电效率大幅下降;风能的工作时间会更多一些,但是强度则很不确定——有时微风习习,有时会来10级台风。最初的调节储能系统都是使用电池,但是成本非常高,对电池的性能要求也很高。随着近年来新能源汽车的快速发展,电池领域的创新和改进,让大功率的电池系统成本降低到了一个可能接受的区间。

1大功率锂电池储能系统

澳大利亚准备利用特斯拉的锂离子电池技术建造世界上最大的电池系统之一,这个足球场大小的电池将提供高达300 MW的输出功率和450 MWH的存储能力。该电池被称为“维多利亚大电池”,项目位于澳大利亚人口第二大地区维多利亚州。

之前维多利亚州严重依赖燃煤发电厂,该州希望未来十年内50%的电力由可再生能源提供。这个巨大电池可在系统判断电网供电不足时,在一分钟内投入使用,为一百万户家庭提供一小时的电力供应。

这个大型电池组由Tesla Megapacks组成,每台电池的额定功率为3 MWh,预计将布设150台设备。

巨型电池组的优势显而易见:不受地形和环境因素影响,大部分地方都可以使用,安全高效,可控性极强,缺点就是贵:该项目投资预计超过8000万美元,约合人民币5.28亿元。虽然有分析显示,每投资1美元的电池,将会为维多利亚州的家庭和商业用户带来2美元的收益。但是这种储能方式显然更适合发达国家使用。

2重力储能系统

利用重力将能量积攒起来并不算新鲜,古代战争时使用的滚木礌石便是如此。平时使用人力、畜力将重物慢慢拉到高处,到了合适的时机稍微推动一下,重力会帮忙杀死敌人。而在最近,一家英国能源初创公司通过开始建造由重力驱动的储能系统,在重力史上写下了属于自己的篇章。

正如该公司在其网站上所说:“我们的专利技术基于一个简单的原理:升高和降低重物来存储和释放能量。”Gravitricity公司将在高大的竖井中操纵巨大的重量,以根据需要存储和释放能量。竖井深度接近一英里,重量将在500至5000吨之间。

在项目测试中,演示者使用悬挂在钢缆上的两个25吨重物,在不到一秒内实现了全功率输出,进一步的测试则使用两个重物,一个接一个地下降,让系统输出的电力更加平稳可控。

该系统的输出功率最大可以达到20 MW,可连续工作时间长达8小时。与电池系统不同,它们的存储原理令其可以每天多次充电和放电,转化效率为80—90%,并且二十年之内不会降低存储容量和功率,理论上可以使用长达半个世纪。

这套系统的成本明显低于巨型锂电池解决方案,最大的可变成本来自于矿井——如果选址地有废弃的矿井,并且足够深,那么很显然发电机和绞盘、钢缆花不了多少钱。

3盐穴压缩空气储能系统

压缩空气储能是利用剩余电力压缩空气,并将其储藏在高压密封设施内,需要时再释放出来驱动汽轮机发电。这种技术多年前就已经出现,关键在于成本:大容量、密封性好的容器是很贵的。利用开采盐矿后剩余的矿洞来储存压缩空气是这一领域最新的发展趋势,我国目前已有示范性项目即将建成。

盐穴,即盐矿开采后留下的矿洞,是一种宝贵的不可再生资源。我国盐穴资源丰富,大部分体积巨大且密封性良好,适于储存石油、天然气等重要战略物资,也是储存高压空气的理想场所。

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金坛盐穴压缩空气储能项目是目前空气储能领域唯一国家示范项目、国内首个盐穴储能发电项目和世界首座非补燃式压缩空气储能商业电站,本期建设1套6万千瓦×5小时的盐穴非补燃式压缩空气储能发电系统,发电年利用小时数约为1660小时,电换电效率为60%以上,使用寿命超过30年,二期规划建设规模为35万千瓦,终期规模将达100万千瓦。项目除供电外,还能利用压缩热和透平的低温排气实现供热、供冷,能量综合效率可以达到85%。随着技术研发的推进,未来的储能效率有望突破70%。

4液态空气储能系统

利用天然矿洞来储存压缩空气成本当然很低,但这种矿洞资源属于可遇而不可求,可以使用的地方很有限。同样是使用压缩空气作为储能方式,英国的这家公司试图让这种方案具有更广的适用范围。

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艺术家对液化储能系统的想象图

利用剩余电力将空气降温到零下196℃,空气将被液化,这样体积便缩小了近700倍,极大地降低了对储存装置容量的需求。需要输出电力时,空气膨胀驱动发电机即可供电,转化效率约为60-70%。这比电池效率略低,但是储罐的成本非常低,而且不需要补充耗材,使用寿命很长,具有大规模推广的潜力。

该系统是由来自英国赫特福德郡的自学成才的“后院发明家”彼得·迪尔曼设计的,已获得英国政府的1000万英镑资助,建成的50 MW储能设备将为为曼彻斯特附近大约50000个家庭存储5个小时的电力。

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