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    可再生能源發電與儲能技術展望

    2011-10-14 00:54:48 太陽能發電網
    中國“十二五”規劃的7大戰略性新興產業中,節能環保、新材料、新能源及新能源汽車4項產業均涉及到了儲能技術。可再生能源發電的不穩定特性是制約其普及應用的瓶頸,大規模儲能技術是解決這一問題的關鍵核心技術。同時,這對中國智能電網的建設至關重要。   2010年,中國風能與太陽能光伏裝

      中國“十二五”規劃的7大戰略性新興產業中,節能環保、新材料、新能源及新能源汽車4項產業均涉及到了儲能技術。可再生能源發電的不穩定特性是制約其普及應用的瓶頸,大規模儲能技術是解決這一問題的關鍵核心技術。同時,這對中國智能電網的建設至關重要。

      2010年,中國風能與太陽能光伏裝機容量分別是30GW和10GW,2015年的目標分別是150GW和20GW。2020年,可再生能源在全部能源消費中將達到15%,風電裝機容量將達到1.5億kW。

      國家發改委能源研究所副所長李俊峰認為,風能與太陽能等可再生能源的應用比例占能源總量20%以上時,必須應用儲能技術。目前,我國的風電已經存在嚴重的棄風問題。國家電監會《風電、光伏發電情況監管報告》顯示:截至2010年上半年,我國因風電無法上網而導致的棄風達27.76億kWh。

      因此,大規模儲能應用已是箭在弦上。不過,“當前儲能技術比較多,但儲能產業沒有統一標準。因此需要建立具體標準和要求,規定哪種技術更適合在哪個方面發展。當前的儲能技術重要的還是要降低成本,以便推廣儲能技術的應用。”國家能源局新能源與可再生能源司副司長史立山表示。

      中國工程院院士楊裕生、國家973液流儲能電池重大基礎研究項目首席科學家兼中科院大連化學物理研究所研究員張華民及業內眾多技術專家均支持上述觀點,他們認為,對于可再生能源及儲能等新興產業,應該讓不同種類的技術在競爭中發展,未來讓市場作出合理選擇。

      另外,發展大規模儲電技術要重點考慮以下因素:安全性、成本與壽命、能量轉換效率、易維護性、比能量和比功率、環境友好。

      中國新能源儲能技術

      比亞迪的新能源微網系統是以太陽能光伏+磷酸鐵鋰電池儲能為基礎的供電解決方案,功率在100~500kW,主要適用于無電海島、邊遠地區和電網末端。

      比亞迪的分布式儲能系統是以太陽能光伏+磷酸鐵鋰電池儲能為基礎的家庭新能源解決方案,功率在3~5kW,儲能2~4小時,具有(單相)并網和離網帶載功能,是針對德國等歐洲市場開發的產品。其按儲能母線方式可以分為直流儲能和交流儲能兩種方案。

      比亞迪正在或已經參加的大中型項目有:張北1MW*1h風電調功電站;南方電網3MW*4h儲能系統;國家電網風光儲6MW*6h儲能系統;美國某能源公司2MW*2h集裝箱式儲能系統。另外還參加了美國電力科學研究院50kW/45kWh儲能單元項目,歐洲某電力公司15kW/11.5kWh儲能系統等中小型項目。

      深圳雄韜電源開發了VISION納米級磷酸鐵鋰和VISION EV—VRLA鉛酸混合電池,其特點如表1所示。適用于UPS、風光儲能示范系統、太陽能、風能儲能、電動汽車等。

      另外,大連化學物理研究所正在領頭籌備國家電工行業液流電池標準委員會,組織各課題單位參與液流電池行業標準的制定。

      國際新能源儲能市場與技術面面觀

      美國

      為支持美國在儲能技術方面的全球競爭力,2007年,美國能源自主和安全法案要求能源部成立儲能技術咨詢委員會,負責咨詢制定儲能技術研究計劃;創建4個儲能技術研究中心,實施儲能技術的研究開發及應用示范。

      考慮到新能源產業尚處于發展初期,過早集中在選定的一兩項技術上不太明智,故儲能技術研究開發計劃主要包括了以下多個方面:氧化還原液流電池(Redox flow cell);鈉鹽電池、鋰離子電池、高級鉛酸電池、壓縮空氣儲能和飛輪儲能。

      盡管美國的新能源儲能技術實力很雄厚,但其不乏憂患意識,認為中、日等國已經遠遠走在了前面。對此,總統奧巴馬于2009年8月宣布撥款24億美元,資助新一代環保電動汽車與儲能電池的研發與制造。同時明確提出要建設堅強的智能電網。據美國市場研究機構Lux Research近期的預測,2015年,智能電網配備的儲能市場規模將達158億美元。

      2010年6月,美國ChargePoint 充電站網絡計劃中的第一座充電站在佛羅里達州奧蘭多市建成。

      據美國加州能源委員會儲能項目經理Avtar Bining博士介紹,加州的可再生能源法案規定,2020年底之前,每年可再生能源發電量至少要占零售電量的1/3。4200MW規模的太陽能熱電廠已通過審批,其中300MW在建。2020年,加州的可再生能源將達到20GW,分布式發電量將實現12GW。

      由公共能源研究計劃(PIER)負責提供商業化之前各階段的技術開發資金,對于高風險高回報的早期項目可由風險投資介入。美國復蘇與再投資法案 (ARRA)在加州的18個智能電網與儲能項目總值13億美元。

      Primus電廠2012年將在加州Modesto安裝25MW的EnergyFarm風能電廠,目前已基本完成技術和系統開發。

      對于目前業內普遍憂慮的儲能系統成本過高的問題,AES儲能公司認為,要客觀評價儲能系統的價值(見圖1)。成本對電池儲能系統固然重要,但儲能系統可以為電力公司提供多種應用方案,其每千瓦所提供的價值已超出了成本支出。另外,還可以全面提高電力系統的性能,電池系統可以自由放電而不需要任何特定的外部環境限制。因此,電力公司可以節約很多時間和精力,實現對電力的有效管理。而且,隨著今后電動汽車的普及,儲能系統的成本將進一步降低。

      對于電網堵塞問題,C&D公司認為,在邊際成本很低的可再生能源發電中,堵塞限制了低邊際成本的可再生能源發電的流通。在堵塞點部署儲能系統有助于將更多的可再生能源發電輸送至荷載消耗大的城市,提高受限制傳輸區間的傳輸線路容量;減少輸送堵塞;增加低成本發電流量;有利于消費者;提升了風能和其它可再生能源發電和輸電的能力;部分成本可由峰價銷售抵消。

      C&D公司采用鉛碳技術的ALCESS儲能系統可以移動,當堵塞點變化時,可重新部署其位置;循環生命更長,在傳輸利用之外還可提供應急儲電以及實現峰價銷售,無需過度規劃系統規模,降低了成本;鉛碳電池95%使用的是可循環利用材料,報廢后可充分再利用。

      歐洲大陸
      據PikeReseatch的調研數據,2011年至2021年期間,全球在儲能項目上的總投資將超過1220億美元。歐洲輸電協作聯盟(UCTE)預測,以2008年為基準,2020年風電將增長128%,水電增長14%,其他可再生能源增長175%。

      2010年,德國可再生能源占能源總量的17%。風電廠數量在1990年和2011年的分布情況分別如圖2和圖3所示。據德國可再生能源發電規劃,2020年,可再生能源的比例將提升至35%,2030和2050年,將分別升至50% 和80%。
      2011年5月18日,德國經濟技術部,環境、自然保護與核安全部及教研部三部委聯合推出2億歐元儲能技術研究開發計劃。

      丹麥2008年的風電占總需求的20%,預計2020年,這一比例將提高至50%。

      傳統的水電儲能技術是水泵蓄能(HPS),但大型抽蓄電站通常在山區,遠離風電場,這會增加已經超負荷電網的負擔和輸電損失。為了補償非常不穩定的風能,水泵的入力應當連續變化。目前只能在非常昂貴的變轉速機組(雙饋異步電動-發電機)上實現,而且只在歐洲和日本有少量應用。

      奧地利Andritz水電公司開發了一種小型分布式抽水蓄能電站,采用標準變轉速水泵水輪機,同步電動發電機配全容量變頻器。抽蓄電站可在當地建設,靠近風電場。典型水頭范圍在50~200m,典型單機容量為10~25MW(如50MW風電廠需要2至5臺機)。

      由于采用全容量變頻器, 水泵的入力可以在大范圍連續調節,允許更大的水頭變幅,水泵工況和水輪工況的效率特性在很寬的運行范圍內非常平滑。變轉速技術使3個不同的機型就可以涵蓋很大的運用范圍,比定做的小型蓄能機組具有成本優勢。

      對于傳統在高山抽蓄電站到平地和山坡地帶風電場和太陽能電站之間的輸電線路,這種小型分布式抽水蓄能電站允許增加可再生能源的生產而不增加輸電網的容量。

      英國

      2020年,英國15%的能耗將來自可再生能源,2030年會繼續上升至30%。液態空氣儲能系統CryoEnergy System的發明者、Highview(海維尤)儲能公司首席運營官兼創始人Toby Peters認為,上述目標幾乎只能靠風能實現。

      英國國家電網預計,其在儲能方面的年度花費將從2010年的2.6億英鎊增加至2020年的5.5億英鎊。

      Highview研制出的液態空氣儲能技術,其工藝細節如圖4所示。該技術與壓縮空氣儲能(CAES)、泵送水力、流體電池、優質鉛酸和鈉硫電池技術相比,具有成本低、循環次數多和效率高的特點(見表2)。另外,還將開發可以集成較大裝置的100MW單模塊。現有的LNG可以存儲10億度電。

      日本

      目前,日本電動汽車鋰離子電池系統的能量密度和功率密度分別在70Wh/kg和1800W/kg以上。2015年,能量密度和功率密度將分別增至200Wh/kg和2500W/kg。2030年,能量密度將超過500Wh/kg。之后的目標是,能量密度繼續提高到700Wh/kg,功率




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