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可再生能源发电与储能技术展望 已有15人参与
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可再生能源发电与储能技术展望 2011/10/13 00:00 中国“十二五”规划的7大战略性新兴产业中，节能环保、新材料、新能源及新能源汽车4项产业均涉及到了储能技术。可再生能源发电的不稳定特性是制约其普及应用的瓶颈，大规模储能技术是解决这一问题的关键核心技术。同时，这对中国智能电网的建设至关重要。 2010年，中国风能与太阳能光伏装机容量分别是30GW和10GW，2015年的目标分别是150GW和20GW。2020年，可再生能源在全部能源消费中将达到15%，风电装机容量将达到1.5亿kW。 国家发改委能源研究所副所长李俊峰认为，风能与太阳能等可再生能源的应用比例占能源总量20%以上时，必须应用储能技术。目前，我国的风电已经存在严重的弃风问题。国家电监会《风电、光伏发电情况监管报告》显示：截至2010年上半年，我国因风电无法上网而导致的弃风达27.76亿kWh。 因此，大规模储能应用已是箭在弦上。不过，“当前储能技术比较多，但储能产业没有统一标准。因此需要建立具体标准和要求，规定哪种技术更适合在哪个方面发展。当前的储能技术重要的还是要降低成本，以便推广储能技术的应用。”国家能源局新能源与可再生能源司副司长史立山表示。 中国工程院院士杨裕生、国家973液流储能电池重大基础研究项目首席科学家兼中科院大连化学物理研究所研究员张华民及业内众多技术专家均支持上述观点，他们认为，对于可再生能源及储能等新兴产业，应该让不同种类的技术在竞争中发展，未来让市场作出合理选择。 另外，发展大规模储电技术要重点考虑以下因素：安全性、成本与寿命、能量转换效率、易维护性、比能量和比功率、环境友好。 中国新能源储能技术 比亚迪的新能源微网系统是以太阳能光伏+磷酸铁锂电池储能为基础的供电解决方案，功率在100～500kW，主要适用于无电海岛、边远地区和电网末端。 比亚迪的分布式储能系统是以太阳能光伏+磷酸铁锂电池储能为基础的家庭新能源解决方案，功率在3～5kW，储能2～4小时，具有（单相）并网和离网带载功能，是针对德国等欧洲市场开发的产品。其按储能母线方式可以分为直流储能和交流储能两种方案。 比亚迪正在或已经参加的大中型项目有：张北1MW*1h风电调功电站；南方电网3MW*4h储能系统；国家电网风光储6MW*6h储能系统；美国某能源公司2MW*2h集装箱式储能系统。另外还参加了美国电力科学研究院50kW/45kWh储能单元项目，欧洲某电力公司15kW/11.5kWh储能系统等中小型项目。 深圳雄韬电源开发了VISION纳米级磷酸铁锂和VISION EV—VRLA铅酸混合电池，其特点如表1所示。适用于UPS、风光储能示范系统、太阳能、风能储能、电动汽车等。  表1 深圳雄韬电源的VISION纳米级磷酸铁锂和VISION EV—VRLA铅酸混合电池的特点 另外，大连化学物理研究所正在领头筹备国家电工行业液流电池标准委员会，组织各课题单位参与液流电池行业标准的制定。 国际新能源储能市场与技术面面观 美国 为支持美国在储能技术方面的全球竞争力，2007年，美国能源自主和安全法案要求能源部成立储能技术咨询委员会，负责咨询制定储能技术研究计划；创建4个储能技术研究中心，实施储能技术的研究开发及应用示范。 考虑到新能源产业尚处于发展初期，过早集中在选定的一两项技术上不太明智，故储能技术研究开发计划主要包括了以下多个方面：氧化还原液流电池（Redox flow cell）；钠盐电池、锂离子电池、高级铅酸电池、压缩空气储能和飞轮储能。 尽管美国的新能源储能技术实力很雄厚，但其不乏忧患意识，认为中、日等国已经远远走在了前面。对此，总统奥巴马于2009年8月宣布拨款24亿美元，资助新一代环保电动汽车与储能电池的研发与制造。同时明确提出要建设坚强的智能电网。据美国市场研究机构Lux Research近期的预测，2015年，智能电网配备的储能市场规模将达158亿美元。 2010年6月，美国ChargePoint 充电站网络计划中的第一座充电站在佛罗里达州奥兰多市建成。 据美国加州能源委员会储能项目经理Avtar Bining博士介绍，加州的可再生能源法案规定，2020年底之前，每年可再生能源发电量至少要占零售电量的1/3。4200MW规模的太阳能热电厂已通过审批，其中300MW在建。2020年，加州的可再生能源将达到20GW，分布式发电量将实现12GW。 由公共能源研究计划(PIER)负责提供商业化之前各阶段的技术开发资金，对于高风险高回报的早期项目可由风险投资介入。美国复苏与再投资法案 (ARRA)在加州的18个智能电网与储能项目总值13亿美元。 Primus电厂2012年将在加州Modesto安装25MW的EnergyFarm风能电厂，目前已基本完成技术和系统开发。 对于目前业内普遍忧虑的储能系统成本过高的问题，AES储能公司认为，要客观评价储能系统的价值（见图1）。成本对电池储能系统固然重要，但储能系统可以为电力公司提供多种应用方案，其每千瓦所提供的价值已超出了成本支出。另外，还可以全面提高电力系统的性能，电池系统可以自由放电而不需要任何特定的外部环境限制。因此，电力公司可以节约很多时间和精力，实现对电力的有效管理。而且，随着今后电动汽车的普及，储能系统的成本将进一步降低。  图1 峰值容量下储能系统的价值评估 对于电网堵塞问题，C&D公司认为，在边际成本很低的可再生能源发电中，堵塞限制了低边际成本的可再生能源发电的流通。在堵塞点部署储能系统有助于将更多的可再生能源发电输送至荷载消耗大的城市，提高受限制传输区间的传输线路容量；减少输送堵塞；增加低成本发电流量；有利于消费者；提升了风能和其它可再生能源发电和输电的能力；部分成本可由峰价销售抵消。 C&D公司采用铅碳技术的ALCESS储能系统可以移动，当堵塞点变化时，可重新部署其位置；循环生命更长，在传输利用之外还可提供应急储电以及实现峰价销售，无需过度规划系统规模，降低了成本；铅碳电池95%使用的是可循环利用材料，报废后可充分再利用。 欧洲大陆 据PikeReseatch的调研数据，2011年至2021年期间，全球在储能项目上的总投资将超过1220亿美元。欧洲输电协作联盟(UCTE)预测，以2008年为基准，2020年风电将增长128%，水电增长14%，其他可再生能源增长175%。 2010年，德国可再生能源占能源总量的17%。风电厂数量在1990年和2011年的分布情况分别如图2和图3所示。据德国可再生能源发电规划，2020年，可再生能源的比例将提升至35%，2030和2050年，将分别升至50% 和80%。  图2 德国1990年时的风电厂分布情况  图3 德国2011年7月时的风电厂分布情况，总容量已增至27500MW。 2011年5月18日，德国经济技术部，环境、自然保护与核安全部及教研部三部委联合推出2亿欧元储能技术研究开发计划。 丹麦2008年的风电占总需求的20%，预计2020年，这一比例将提高至50%。 传统的水电储能技术是水泵蓄能(HPS),但大型抽蓄电站通常在山区，远离风电场,这会增加已经超负荷电网的负担和输电损失。为了补偿非常不稳定的风能，水泵的入力应当连续变化。目前只能在非常昂贵的变转速机组(双馈异步电动-发电机）上实现，而且只在欧洲和日本有少量应用。 奥地利Andritz水电公司开发了一种小型分布式抽水蓄能电站，采用标准变转速水泵水轮机，同步电动发电机配全容量变频器。抽蓄电站可在当地建设，靠近风电场。典型水头范围在50～200m，典型单机容量为10～25MW(如50MW风电厂需要2至5台机)。 由于采用全容量变频器, 水泵的入力可以在大范围连续调节，允许更大的水头变幅，水泵工况和水轮工况的效率特性在很宽的运行范围内非常平滑。变转速技术使3个不同的机型就可以涵盖很大的运用范围，比定做的小型蓄能机组具有成本优势。 对于传统在高山抽蓄电站到平地和山坡地带风电场和太阳能电站之间的输电线路，这种小型分布式抽水蓄能电站允许增加可再生能源的生产而不增加输电网的容量。 英国 2020年，英国15%的能耗将来自可再生能源，2030年会继续上升至30%。液态空气储能系统CryoEnergy System的发明者、Highview（海维尤）储能公司首席运营官兼创始人Toby Peters认为，上述目标几乎只能靠风能实现。 英国国家电网预计，其在储能方面的年度花费将从2010年的2.6亿英镑增加至2020年的5.5亿英镑。 Highview研制出的液态空气储能技术，其工艺细节如图4所示。该技术与压缩空气储能（CAES）、泵送水力、流体电池、优质铅酸和钠硫电池技术相比，具有成本低、循环次数多和效率高的特点（见表2）。另外，还将开发可以集成较大装置的100MW单模块。现有的LNG可以存储10亿度电。  图4 海维尤利用液态空气储能技术的工艺  表2 液态空气储能与其他储能技术的比较 日本 目前，日本电动汽车锂离子电池系统的能量密度和功率密度分别在70Wh/kg和1800W/kg以上。2015年，能量密度和功率密度将分别增至200Wh/kg和2500W/kg。2030年，能量密度将超过500Wh/kg。之后的目标是，能量密度继续提高到700Wh/kg，功率密度则下降到1000W/kg。（记者 恩平） |
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