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细说储能:能源利用方式变革之支点

导读: 从广义上讲,储能即能量存储,是指通过一种介质或者设备,把一种能量形式用同一种或者转换成另一种能量形式存储起来,基于未来应用需要以特定能量形式释放出来的循环过程。从狭义上讲,针对电能的存储,储能是指利用化学或者物理的方法将产生的能量存储起来并在需要时释放的一系列技术和措施。

  压缩空气:传统压缩空气储能系统是基于燃气轮机技术的储能系统。其工作原理是,在用电低谷,将空气压缩并存于储气室中,使电能转化为空气的内能存储起来;在用电高峰,高压空气从储气室释放,进入燃气轮机燃烧室燃烧,然后驱动透平发电,如图3所示。传统压缩空气储能系统具有储能容量较大、储能周期长、效率高和投资相对较小等优点。但是,传统压缩空气储能系统不是一项独立的技术,它必须同燃气轮机电站配套使用,不能适合其他类型电站,特别不适合我国以燃煤发电为主,不提倡燃气燃油发电的能源战略。而且,传统压缩空气储能系统仍然依赖燃烧化石燃料提供热源,面临化石燃料价格上涨和污染物控制的限制。此外,同抽水蓄能电站类似,压缩空气储能系统也需要特殊的地理条件建造大型储气室,如岩石洞穴、盐洞、废弃矿井等。

  飞轮储能:飞轮储能是将能量以飞轮的转动动能的形式来存储。充电时,飞轮由电机带动飞速旋转;放电时,相同的电机作为发电机由旋转的飞轮产生电能。储存在飞轮中的能量与飞轮(以飞轮转轴作为其转动惯量的参考轴)的质量和旋转速度的平方成正比。可见,虽然可以通过提高飞轮总质量来达到更大的储能量,更为有效的方法是提高飞轮的转速。飞轮储能具有储能密度较高(30Wh/kg和1kW/kg)、充放电次数与充放电深度无关、能量转换效率高(可达90%)、可靠性高、易维护、使用环境条件要求低、无污染等优点。图中为一个典型的飞轮储存装置。该装置包括高速旋转的飞轮;封闭的壳体提供了一个高真空环境(~大气压力)以减少阻力损失,并保护转子系统;轴承系统为转子提供低损耗支撑;以及电源转换和控制系统。

  五、制约储能发展的因素

  有人会问,储能这么重要,为什么储能市场还没起来呢?问题在产品本身。现在储能产品尚未达到商业化的地步。当前,市场对储能产品的要求为:2000元/千瓦时,寿命5-10年,免维护或少维护,安全可靠,各家电池技术与工艺成熟度离商业化要求还有些差距。锂电钠硫价格和安全性不够,铅酸寿命不达标,钒电池价格与占地面积稍大,锌溴认知度不高,产品商业化不够等等,我在平台的第二篇文章中有过阐述,这里不再重复。

  六、国内外储能现状与政策

  纵观全球储能政策,国外领先,国内落后,中国至少落后美国5年,证据如下:2011年美国通过法律将储能作为调频服务的单独机构,而这一类似政策在我国的出台时间是2016年。16年前后,中国政府支持储能发展的态度逐渐清晰,针对储能的政策陆续公布13五规划纲要明确提出了发展储能与分布式能源,国家能源局也在三月份印发了“储能参与三北地区调峰”的文件:规定明确了10MW以上,充电4小时的储能系统可参与调峰。这是有史以来最为明确的储能政策。储能前景进一步明朗其他各国政策和时间各有差异,见下表。

  美国:美国计划2030年光伏发电占比达到10%,美国政府、能源部以及地方政府在2010年后密集出台法律和政策,扶持储能技术,美国能源部制定了2011-15年储能发展计划,美国能源委员会通过《为效果付费政策》正式将储能列为调频服务的单独机构,给予储能平等的竞争机会。加州政府对储能的支持更为直接,出台AB法,规划储能发展路线,通过《SGIP计划》给与储能系统单独补贴。

  德国:德国政府一直重视新能源发展,德国依靠强大的电网运行管理实力,在没有储能的情况下,新能源的接入比例高达30%,接近饱和,政府计划2050年新能源占比达到100%,为此,储能补贴已经开始,目前,针对户用光储系统进行600欧元的一次性补贴。除此之外,德国对储能规模和储能方案作了界定,以100kwh为界限,以下用铅酸和锂电,以上用液流电池。

  日本:日本10年通过能源基本法,大力扶持储能技术进步,投入规模超过100亿日元。11年大地震后,为推进能源安全,又加大了对储能技术开发的拨款。

  澳大利亚:澳大利亚对储能的发展也是先立法,后补贴,比如05年出台的先进储能技术计划,集中补贴了一批储能项目,包括Redflow和zbb等,金额共计超过2000w美元,09年以后,成立两个部门,扶持储能技术发展,一个负责储能技术的前期研发示范,一个为具有成熟技术或商业化潜力的新公司提供帮助。

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