突破技术局限 储能引领“中国式”能源革命
2014-11-3
来源:中国工业新闻网  
点击数: 8382          作者:未知
  • 储能在电网的不同领域,从发电端、到输配电网络、再到用电端都有用武之地。其中,在发电端用于平滑光伏电站、风电场等间歇性电源的出力波动,将是最先启动的主要细分市场。截至2013年底,全球风电和光伏的累计发电装机容量分别约为300GW和135GW,假设以5%的装机功率比例、2小时放电容量的保守参数配置电池储能系统,仅这一个细分市场就意味着近1000亿元的市场。图为比亚迪生产的4MW/2MWh调峰调频储能系统。

    近年来,随着风能、太阳能、潮汐能等可再生能源的开发与应用,与之相配套的大规模储能技术引起社会高度关注。日前,在2014第二届储能技术在微电网及分布式能源中的应用高层研讨会上,与会专家认为,大规模储能技术在电网发电、输电、配电、用电四大环节具有不可或缺的关键作用,未来我国将成为全球最大的储能应用市场,但目前各种形式的储能技术都存在诸多缺陷和局限,阻碍了其作为电网储能系统的规模应用。

    传统电网存在严重风险

    随着20世纪全球各发达国家工业化进程的不断推进,规模经济不断扩大,导致自燃资源特别是能源资源大量消耗,由此带来的能源危机及环境污染问题,使人们逐渐开始重视提高能源的利用效率并开发具有高效、节能、可再生的新能源。国家发改委能源研究所副所长王仲颖指出,在美丽中国的情景下,到2050年我国人均GDP达到3万美元时,能源供应量将达到70亿吨左右标准煤,其中煤炭占三分之一、油气占三分之一、新能源占三分之一。

    随着我国经济发展和社会进步,工农业生产以及民生用电量逐年增加,用电负荷需求呈现出多元化趋势,对电力部门的供电需求越来越高,即长寿命、低成本、可规模化、高安全。国家电网智能电网研究院“千人计划”专家曹均正认为,我国能源很大一部分都损失在了转换和传输过程中。

    事实上,传统电网面临用电高峰发电成本高、供需不平衡导致输电线路阻塞、发电厂与终端用户远距离输电线路损耗严重等诸多问题。目前,我国电力用户地域分散,农村电网负荷密度小且地域差别较大;负荷峰谷差大,用电负荷率低;负荷季节性、时令性强,年最大负荷利用小时数低;送电距离远、送电功率小、输送电能偏少、农村电网变电设备和线路利用率低,造成农村电网的供电成本偏高、经营效益偏低。

    根据调查,我国太阳能、风能等可再生能源发电的年增长速度达到30%以上,但可再生能源发电具有明显的随机性、波动性、间歇性、调峰难、并网难等不连续、不稳定和不可控非稳态特征,大规模可再生能源发电并网将对传统电网的安全、可靠、高效运营带来严重风险。

    储能技术商业化有挑战

    王仲颖认为,中国式的能源革命将跨越油气时代直接进入可再生能源时代,而中国能源革命的核心内涵是大幅度提高终端用能的电气化水平,其中储能技术的开发和应用就是实现这一目标的重要手段之一。

    实际上,储能技术是突破可再生能源大规模开发利用瓶颈的关键技术,是智能电网的必要组成部分,在储能市场商业化雏形阶段,系统性的比较分析各类储能技术的性能特点,为未来市场发展提供筛选技术路线的框架基础至关重要。

    中国电力企业联合会行业规划与信息统计部副主任游敏认为,储能系统是促进电力市场化改革、实现辅助服务多元化、优化电力系统经济运行的重要技术途径,也是发展微电网、分布式能源站、促进可再生能源研发、积极发展电动汽车、实现节能减排、促进电力结构调整、发展新方式转变的重要技术支撑。

    但储能产业在我国还处于发展的初期阶段,储能技术研究、应用示范、效益综合评价等一直是业界关注的热点,面临着成本、性能、技术选择、安全性等问题。目前,我国还没有出台与储能相关的政策体系和价格机制,其中储能电站一次性资金投入基本都能算清楚,可是电站运行成本、维护成本和折旧成本仍没有清晰的界定标准,给储能技术应用的商业化运营带来巨大挑战。

    储能技术引发电力改革

    第三次工业革命开启了以集成电路、可再生能源与互联网为基础,从传统集中式的人类经营活动逐步变换为智能化分散经营方式,储能作为分布式发电与微电网关键支撑技术,承担着承上启下的作用。同时,储能作为未来推动可再生能源产业发展的最前瞻性技术,在可再生能源并网、电动汽车、智能电网、微电网、分布式能源系统、家庭储能系统、无电地区供电工程乃至未来能源安全方面都将发挥巨大作用。

    游敏认为,储能技术改变了电力系统即发即用的传统模式,使电力系统由原来的一组发电侧变量和一组用电侧变量组成的两组时刻保持平衡的简单系统变为了三组变量平衡系统,从而使电力系统的平衡关系变得多样化,可选择控制、可最优化,因此储能技术的引入是对传统电力系统概念的一次变革。

    在储能技术领域,我国与美国和日本相比起步较晚,相关技术水平有很大差距。而且我国对储能技术的研究开发远远落后于风能、太阳能,因此加快储能技术开发并引领和带动储能产业发展意义重大。在我国储能技术没有突破进展时期,将不同储能介质结合起来,利用其优势弥补其不足,将是未来一段时间内的应用方向。在选择储能技术路线时,除了考虑投资成本、运行维护费用等经济因素以及安全和环境因素外,必须衡量的技术指标包括能量密度、功率密度、响应时间、充电效率和使用寿命,并综合考虑各种技术的优劣,做到扬长避短至关重要。

    随着能源结构调整带来的新一轮电力体系变革,大规模可再生能源并网、分布式发电及微电网的迅速发展、电动汽车的蓬勃兴起,都将给储能带来新的发展空间,给储能市场注入新的活力,储能技术在电力领域迎来重大商机。根据所用的能量形式,储能技术分为物理储能、化学储能、电池储能、相变储能。目前,我国大规模储能技术中只有抽水储能技术比较成熟,主要用于电网调峰、调频、应急保障以及辅助核电站进行功率调节,但受地理环境、建设周期的约束。不过,目前还不存在各项特性均优于其他技术的通用型储能技术,未来各种不同的储能技术将共存发展,不同储能技术发展进步的速度及其经济性,将在相当大的程度上决定其应用前景,但在市场经济社会,无论采取什么样的储能模式,最终还是由消费者的选择说了算。

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    储能行业或迎来爆发性发展

    “我想5年、10年以后,甚至可能是20年以后,储能产业会迎来爆发式增长。”国家发改委能源研究所副所长王仲颖在近日参加第二届储能技术高层研讨会时指出:“中国要实现生态梦,只有走高比例的清洁能源、非化石能源这一条发展路径。”而这离不开储能。

    目前,我国对储能的要求已经较为迫切。以北京为例,峰谷差已经达到3倍以上,大量的发电装置实际是为高峰用电装备的,如果有足够的储能技术,将可以大大降低火电的装机容量。

    在目前所使用的主流电能储存技术中,电池储能凭借较高的功率和能量密度、模块化部署能力、未来进一步降低成本的较大潜力,可适用的应用范围最广,已逐渐成为最主流的储能技术路线。

    而在电池储能细分技术路线中,与锂电池已基本确立电动汽车领域的主流地位不同,新型铅酸电池(主要指铅碳电池)、锂电池、液流电池均有机会占据一席之地。尤其是铅碳电池,其设计寿命长达15年。

    现阶段,哪些技术可以替代储能技术为储能发展铺路也引来诸多争论。因为即便有这些技术为储能“铺路”,储能产业自身发展仍面临诸多问题。

    业内人士建议,制定持续的、清晰的储能发展战略,明确储能技术经济发展路线图;吸取前期风电和太阳能的教训,整合科研力量,突破核心技术瓶颈;鼓励国内储能设备企业开拓海外市场;制定相应的财政扶持政策,探索建立与电力市场化运营相配套的储能价格机制。

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