新能源储能系统发展现状及未来发展趋势 联系客服

第三章 国内外在相关新能源储能技术上的发展现状

目前全球储能技术主要有物理储能(如抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等)、化学储能(如钠硫电池、液流电池、铅酸电池、镍镉电池、超级电容器等)和电磁储能(如超导电磁储能等)三大类。下图(图3-1)介绍储能技术的发展现状。

图3-1 储能技术的发展现状

东润环能在储能系统技术领域和应用领域始终与国内外科研机构和企业保持着紧密的联系,包括钠硫电池领域的领先者日本NGK公司、中国科学院上海硅酸盐研究所,超导储能领域的领先者美国Bruker ETS公司、美国超导公司、中国科学院电工所以及磁悬浮飞轮储能领域的领先者美国Active Power公司。

3.1新能源储能系统的实际应用

由于风能、太阳能、海洋能等多种新能源发电受到气候和天气影响,发电功率难以保证平稳,而我们知道电力系统要求是供需一致,电能消耗和发电量相等,一旦这平衡遭到破坏,轻则电能质量恶化,造成频率和电压不稳,重则引发停电事故,为了解决这一问题,在风力发电、太阳能光伏发电或者太阳能热发电等新能源发电设备中都配备有储能装置,在电力充沛时,多余电力可以储存起来,在晚上、弱风或者超大风发电机组停运或者停运机组过多,发电量不足的时候释放出来以满足负荷需求。下图(图3-2)中,储能电池系统在模组连结上,可与市电电网做连结,提供电力在离峰与尖峰之间作为电力需求缓冲,同时与新能源结合,让电力来源可以兼具独立性与环保性。

图3-2 储能系统在新能源中应用的示意图

Source:EnergyTrend2012

3.2创能、节能与储能的完美搭配

一个完整的新式再生能源系统,在过去来说大部分所见是节能与创能模组相结合,例如太阳能搭配LED路灯即是一例,往往忽略掉储能系统的优化与延伸,因此大多选用效能较低的铅酸电池做为其过渡的搭配组合。

新能源可与高效率储能电池做良好的搭配,然而目前的太阳能系统大多是以并网的方式存在,原因在于现行的电力系统并不适合大规模电力反馈的机制,且在升降电压过程的电力回收效率也并不理想,因此大规模的太阳能系统大多是架设在发电厂周遭,以减少其他的电力系统困扰。

事实上,太阳能、发光二极管以及电池都是直流电驱动的元件,因此当创能、节能以及储能系统整合成为一个系统的时候(图3-3),电力使用效率将能够达到最高。然而,在目前的电力结构上,因为考虑到发电成本以及电力传输的流动性,大部分的电力来源仍以交流电为主,使得大城市地区在三种模组系统的整合应用上仍十分少数,而偏远地区受限于电力普及等问题,会因为便利性关系而牺牲成本考量,采用创能、节能、储能三种模组结合的整合式装置架构。

图3-3 完整的绿色能源系统搭配

3.3国内新能源储能技术瓶颈解析 3.3.1新能源科技发展的核心—储能技术 在北京刚闭幕的\风电与电网协调发展\课题阶段性成果发布会上,国家能源局新能源与可再生能源司副司长史立山指出,发展风电是解决我国能源环境问题的重要措施,而解决风电的并网运行问题则是我国风电大规模发展的基础。

中国电力科学院教授戴慧珠指出,对于风电这类具有间歇性的能源产品,与其他产品的不同之处就在于它产品的生产、运输、消耗同时发生。因为没有一个仓库储存。

在转变发展方式、发展低碳经济的要求下,新能源拥有着广阔的前景,而当下面临的瓶颈也促使越来越多的企业和研究人士把目光投向储能技术上。

在研究者看来,储能技术的突破或将能够缓解不同电力之间的利益之争,推动新能源产业的快速发展,更重要的是能够高效利用清洁能源,改变我国能源构成比例,促进节能减排。更大的意义在于大力推动中国的储能技术研发,促进储能产业化应用,这将促进我国新能源科技的发展。

因此,有储能专家认为,解决间歇性和随机性是目前有效利用这类新能源的核心问题之一,而这其中,储能产品的开发和应用又是新能源科技发展中的核心问题之一。

3.3.2新能源无\仓库储能\的尴尬

\现在风力发电的情况,有点像公路上的汽车。车多路少,特别拥挤\,戴慧珠认为,风电并网难题已经成为风电发展的最大瓶颈。她指出,由于我国的风电发展超出预期,而我国的电网设计是按照原有的预想速度发展,所以导致风电项目虽然上马,却不能实现全部电能上网。

如火如荼的风电建设引起了风电是否会过剩的担忧,而真正的根源在于风电上网遭遇两大难题。

首要因素是利益纷争。在电网承载有限的情况下,风电的发展将不可避免地同火电与水电发生运输线路和市场的争夺。史立山曾在公开场合表示,随着我国风电规模的扩大,我国风电发展面临的环境发生了变化。风电发展面临的制约由设备制造能力制约变成了市场制约。究其原因在于风能资源与电力市场不匹配。风能资源丰富的地区用电市场小,在全国的大市场来看,却又面临着风电并网和运行难的问题。他直言,\这既与电网结构和输运能力有关,也与认识水平、管理体制有关,而核心是如何调整好各方面的利益关系。\

其次,部分新能源产业的发展也受自身的特性所限。戴慧珠指出,小的风电会引起电能质量、电压的问题,大规模的电源还会引起稳定性问题和调峰、调频的问题。其他的电源比如说火电、水电,都是可以听从调度的,核电一般是发基荷,就是一个比较稳定的基本负荷,火电、水电是听命令,风电从能源上来说是随机的。

牟峰为本刊分析,以风电和光伏发电为例,其都具有间歇性,并不是在最

需要的时候出现。\甚至是在你不要的时候大量发电\。带来的直接问题是,电力质量受电压波动和频率波动等因素影响,质量难以保证。在电力调频上,频率波动更加频繁。在电力调峰方面,调峰任务更加繁重。电网公司暂时无法接纳这么多的风电,目前的电网从现有基础上无法消纳,进一步的影响则表现为新能源投资效率的低下。

专家指出,风场投资不能有效利用便是一个例子。截止到2009年年底,我国风电并网1613万千瓦,但尚有500万千瓦未能并网。在东北地区、内蒙古大部分地区,冬天风电遭弃现象严重。

甘肃酒泉风电基地是我国规划建设的第一座千万千瓦级风电示范基地,根据建设规划,到2010年,酒泉风电装机容量将达到516万千瓦,2015年将达到1271万千瓦以上。目前,甘肃风电行业发展的瓶颈已经逐渐显现。发电容易输送难、电网调峰能力不足等成为最大的制约,随着未来风电基地的建设,输运难的矛盾将更加凸显。

受访专家说,不止风力发电,未来无论是新能源汽车、电动车还是太阳能光伏发电等,其大规模推广和商业化应用,除政策等宏观环境外,前提和关键在于高效、绿色的储能技术和产品。

3.3.3储能技术的突破效应

业内观点认为,困扰能源业发展的核心问题——新能源并网问题,在近期解决无望。新能源、智能电网、电动汽车,这未来三大新兴产业的发展瓶颈都指向了同一项技术——储能技术。

有专家介绍,储能技术是将电力转化成其他形式的能量,并在需要的时候以电的形式释放。主要包括三方面:一是物理储能,代表技术有抽水储能、压缩空气储能、蓄冰储能等,该种储能方式储能媒介不发生化学变化,效率较低。

二是化学储能,代表技术为铅酸电池、锂电池、钒电池、钠硫电池等。此种方式的充放电过程伴随储能介质的化学反应或者变价,不足之处在于电池寿命相对有限。

三是其他储能,包括超导储能、飞轮储能及超级电容等,这种方式电能以电磁能、动能等形式进行储存,充放电速度快,效率可以非常高。在诸多的储能类型中,燃料电池、液流电池和超导储能等都处于发展中。

储能技术的发展和应用,将有助于打破风电、光伏发电等的接入和消纳瓶颈问题,能够降低配套输电线路容量需求,缓解电网调峰压力。同时还能够消除风电、光伏发电的波动,改善电力质量,降低离网电力系统的运行成本和碳排放。\这也是未来智能电网的重要组成部分。\

中国电力科学研究院电工研究所所长来小康指出,储能电池对国家电网具有重要意义,是实现电网互动化管理的有效手段。

储能电池在电网中的应用主要分跟踪负荷式和跟踪电源式两种,可以保障可再生能源功率的平滑输出,降低功率预测偏差,也可以采用分布式储能技术解决局部电压控制问题,促进节能减排、设备应用充分高效、减少资源浪费、提高用电可靠性、改善电能质量。

对于发展储能技术的重要意义,早在2009年5月26日在北京举行的\首届国际储能技术大会\上,中国工程院院士杨裕生就强调,发展规模储能产业关系