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【干货】几种关键储能技术在能源互联网中的应用前景

导读: 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。

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。

(4)增加能源系统灵活性。传统电网要求发输配用功率时刻达到平衡,能量要即发即用,不能存储,而这样的特性显然无法有效应对以能源互联网为代表的未来能源转型发展趋势,因此需要提升系统的灵活性,以应对新形势下能源系统发展面临的新特点和需求。

提高能源系统的灵活性有很多种支持技术:比如燃煤电厂的灵活性改造,增加燃气轮机灵活机组,开发支持能量灵活双向流动的柔性直流输配用电技术,以及部署储能。很多储能技术具有响应速度快,出力准确,可以为系统提供正负功率的双向调节等一系列优点,在增加电力系统灵活性方面具有很好的前景。因此,储能在电力系统中的作用不仅限于削峰填谷,为系统提供各种综合辅助服务可以更好地发挥其特长,而且更容易取得经济效益,美国PJM市场,欧洲电力辅助服务市场已经有相当多的储能提供综合辅助服务的实例,证明了储能在提供辅助服务、增加能源系统灵活性方面的技术和商业可行性。

(5)促进能源和信息交融,依靠信息化的支持协助能源的优化调配。传统能源系统的发输配用环节呈现出高度的集中管理与刚性特性。在新形势下,能源体系中多种业务的互动开展要求可以广泛收集参与系统互动各方的信息,参考其它领域的“互联网+”变革的经验,依靠信息来指导、协助能源的优化配置。在此方面,储能运行的信息数据可以接入能源信息网络,为系统提供重要的能源消纳信息。与此同时,储能系统也可以接受新一代能源网络的云监控系统的统一调配,基于分布式资源的聚合甚至可以起到更大的作用,比如虚拟电厂(VPP)服务等。

(6)促进能源市场化,还原其商品属性,依靠市场的力量协助能源系统的优化运行,平衡能源供需,并激发带动经济增长的活力。电能传统上是即发即用不能存储的,这极大的限制了电力市场的能源交易的可用业态种类。而加入储能,可以使得电能可以储存起来,在随后需要的时刻甚至地点进行利用,对于电力市场服务、商品的多样化将有至关重要的支持作用。此外,能源互联网中涉及多种能源的共同利用和互相融合,基于不同种能源互相转化、储存的技术同样可以促进能源在种类、时间段上的优化配置,通过转化存储的方法减少能源的丢弃浪费,而且在市场需要的时候再参与市场互动以获取利润。总体来说,能源互联网需要多种样的能源服务,而储能的存储转化特性可以有效地支持在需要的时间地点提供相对应的服务种类,具有良好的应用前景。

3、几种关键储能技术在能源互联网中的应用前景分析

储能技术有很多种,在本文中我们将重点关注已经具有一定成熟度的技术,分析其技术发展方向和在能源互联网中的应用前景。笔者将几种储能技术在能源互联网领域中应用时需要关注的核心指标进行了整理汇总,如下表所示,并将对每种技术做分别介绍:

(1)锂离子电池

在众多储能技术中,锂离子电池的突出优点是能量密度、功率密度都比较高,对于辅助可再生能源消纳,提供系统需要的灵活性等多种用途都能胜任。目前锂离子电池已经有了中大规模(MW级)电站应用的实例,但是相比之下因为其能量密度高,占地面积小,在中小规模储能、分布式应用领域可能会更有优势。另外锂离子电池较强的功率爬升(ramprate)特性使得其在调频等辅助服务领域具有良好综合效果,广泛参与辅助服务是其重要的发展方向,并且很有可能率先实现商业模式,达成良好的经济效益。

在此方面,锂离子电池发展的迫切需求是进一步降低成本,提高寿命,以提升该技术的经济性。此外,即将到来的大量动力电池的退役也将为储能领域带来机遇和挑战,提升电池品质,研发物联网技术追踪电池使用历史,开发标准化模组以降低梯次利用难度,开展园区-电池企业-电动汽车-能源服务企业四方合作的模式,开发碎片化能量管理技术等可能是解决电池梯次利用的主要解决方案。

(2)钠硫电池

钠硫电池技术在世界范围内的装机比例较高,但是近年来增长略显乏力。导致该现象的部分原因是钠硫电池技术具有较高的垄断性,主要被日本NGK掌握。该技术主要适合MW级的储能,在可再生能源发电侧并网方面应用实例很多,但该技术占地大,运行温度高,具有一定的危险性,从本质上并不太适合小规模分布式用电及用户侧的需求。因此对于建设中等规模的储能电站,为能源系统提供综合服务支撑方面,该类技术具有良好的应用前景。

(3)铅酸电池

铅酸电池是电化学储能领域中的老兵,其成本低廉性价比高,一直是储能领域的重要支柱,只是在近年才被风头更盛的锂离子电池超过。铅酸电池能量和体积密度低于锂离子电池,因此在最为看重空间和承重条件的用户侧末端不如锂离子电池适合,但是在规模稍大的场合(MW左右)以及有条件进行维护保养的情况下,其性价会更高。

该类技术发展的主要方向是进一步基于铅碳电池的技术,提高其寿命和可用能量部分(支持深度放电),以减少实际电池的用量。此外,进一步规范铅酸电池的回收利用,减少回收过程中尤其是不规范小作坊带来的污染,对于全社会都具有重要的意义。

(4)钒液流电池

钒液流电池体积能量密度较低,能量转换效率大约为70%左右,但是支持深度放电,安全性好,容量和功率可以分开设计,循环寿命很长,电池回收较为简单,而且近年来随着产业链的成熟其成本还有望进一步下探,国内也产生了像大连融科、北京普能这样的优秀企业,因此该类技术在中大规模(MW级)应用方面,不论是作为独立电站为电网提供综合服务,还是在大规模新能源发电站处提供平滑、消纳服务都具有良好的应用前景。

该类技术的主要发展方向是进一步完善产业链,降低成本,并提高系统效率。此外,开发新一代的液流电池技术(比如锌溴、有机体系等)对于扩展该类技术的适应面,提升技术的综合水平也是很有意义的。

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