再生能源“存”在哪儿?多孔岩石潜力大
利用风能、太阳能等可再生能源技术产生的能源量往往取决于天气条件,而为保证持续稳定的供电方式,科学家正想方设法在大自然中寻找各种靠谱的储能材料和方法。
大规模储能技术研究成为热点
据外媒称,英国大多数核电站均将在本世纪20年代末到期退役;而日本日立公司近日也宣布因建设成本上升将暂停其在英国的核电项目;出于减排等因素考虑,英国政府计划2025年前关闭所有火电厂,这将给整个国家的电力供应留下相当大的缺口。
据介绍,所谓多孔介质压缩空气储能技术(PM-CAES),其工作原理是利用可再生能源的电力为产生压缩空气的发动机提供动力,将这些空气以高压状态储存在砂岩孔隙里。在能源短缺时,释放出井里的压缩空气,为涡轮发电机提供动力,然后将电力输送到电网。
英国科学家这次对近海盐湖蓄水层进行了多孔岩石储能潜力的预估,利用蒙特卡罗方法计算了在大量多孔岩石的地点上构建电厂的功率输出和效率。研究表明,进行一次PM-CAES存储可以满足两个月所需的空气流量,其往返效率(RT)介于42%至67%之间。此外,该方法地表损耗较小,这将受到土地表面或水资源有限的地区的青睐,同时这项技术在能源需求旺盛的人口密集地区也更具有吸引力。
一种潜在可行季节性存储技术
“建设智能电网和分布式能源系统等,储能系统是其中的关键技术。迄今,大规模(500兆瓦以上)商业应用的电力储能系统,主要是抽水蓄能电站。抽水蓄能虽然借助高低落差地势,利用势能差能够大量储能和发电,但是受限于地理条件和投资建设周期长,还需要开发其他大规模储能技术,尤其是跨季节储能技术。”陈永翀指出,多孔岩石分布较广,这将使PM-CAES技术能够跨季节运行,从而大大加强了其应用的普适性。
根据论文资料,陈永翀分析道,英国研究人员使用数学模型评估这种储能技术的潜力后发现,北海的地质构造可以储存满足英国3个月电力需求的能量,且大量富含多孔岩石的近海盐湖蓄水层靠近风力发电场,这可以在生成和存储之间产生有价值的协同作用。
论文作者之一、爱丁堡大学的朱利安·穆利-卡斯蒂略指出,这种技术有可能在夏季把可再生能源发电储存起来,留待冬季用电高峰时使用。只是这种方法虽然有可行性,但成本相对较高。另外,多孔岩石储能技术仍存在着不少潜在的问题,未来还需更多研究来完善技术,以便把成本降下来,并提高该技术的应用安全性。
奇思妙想探寻“存储”路径
陈永翀指出,实际上,把可再生能源“存”在哪儿,科学家一直在积极 探索 更多的可能性,如海水蓄能、沙漠储能、人工绿叶等,可谓八仙过海,各显神通。
德国弗劳恩霍夫协会风能和能源系统研究所设计出名为海中蓄能(StEnSea)的新思路,将蓄能主体为多个内直径30米的混凝土空心球,置于600—800米深海床上。每个球内都有一台水轮发电机和水泵,当电网负载低、电力多余时,水泵会抽出海水进行蓄能;当电网负载高、需要峰值发电时,这些球体的阀门即会打开,让涌进的海水驱动水轮发电。
研究人员还向绿叶借智慧,效仿自然界的光合作用,即将太阳能转化为化学能,把能量储存在化学键当中,基本上能够实现碳中和的过程,这样通过一定的反应方式吸收环境中的二氧化碳,达到环保和能量储存的目的。同时,提高过程中的转化效率和稳定性,形成获取可再生能源的一种途径。
另外,有的科学家在尝试抽沙储能的方法,通过皮带将沙子运到高位仓,高位沙子对风叶做功,以沙子的形式储存势能,从而提供发电所需要的动能。(华凌
张添奥 闫欣)
储能技术发展现状与趋势
储能涉及领域非常广泛,根据储能过程涉及的能的形式,可将储能技术分为物理储能和化学储能。物理储能是通过物理变化将能储存起来,可分为重力储能、弹力储能、动能储能、储冷储热、超导储能和超级电容器储能等几类。其中,超导储能是唯一直接储存电流的技术。化学储能是通过化学变化将能储存于物质中,包括二次电池储能、液流电池储能、氢储能、化合物储能、金属储能等,电化学储能则是电池类储能的总称。
当可再生能源成为市场主流之后,能源保障成为新的挑战,无论是规模化后储能技术自身的安全性与能量密度,还是灾害发生后由储能配置引发次生灾害的可能性,目前已有的各项储能技术都还达不到承担超大规模能源战略储备的水平。从能量密度角度分析,未来最具可能性的超大规模储能技术方向是纯化学储能,如氢储能、甲醇储能、金属储能等。大型能源公司在开发超大规模储能技术方面具有一定资源优势,可借此承担大部分能源安全保障任务。
储能技术主要分为电储能、氢储能以及热储能
根据国家能源局的定义,储能是指通过解释或设备将能量存储起来,在需要时再释放的过程。根据能源存储形式的不同,储能又可以分为电储能、氢储能以及热储能,目前主要为电储能。而电储能又可以分为电化学储能和机械储能,其中电化学储能主要为我们熟悉的电池储能,包括锂电池、铅蓄电池、钠硫电池等。而机械能储能主要包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等。
2021年中国储能市场累计装机规模达到43.44GW
据中国化学与物理电源行业协会储能应用分会发布的《2022储能产业应用研究报告》统计数据显示,2021年中国新增储能装机为7397.9MW,累计装机已经达到43.44GW。
2021年抽水储能在中国储能市场中累计装机规模占比超86%
在电力储能中,抽水蓄能是较为传统的储能方式,而电化学储能等属于新型储能方式。从2021年中国储能市场结构看,抽水储能累计装机规模达到37.57GW,占比超86%,而电化学储能累计装机规模达到5.12GW,占比达到11.8%。在电化学储能中,锂离子电池占比达到91%。
2021年中国新型储能市场累计装机容量超过5700MW
根据中国能源研究会储能专委会以及中关村储能产业技术联盟(CNESA)不完全统计,2021年中国新型储能市场累计装机规模达到5729.7MW,较2020年增长74.5%。
2021年中国新增储能装机项目中抽水蓄能仍占多数
2021年中国新增储能装机量为7397.9MW,其中抽水蓄能项目装机规模为5262.0MW,占比为71.1%,电化学储能装机规模为1844.6MW,占比为24.9%。在2021年中国电化学储能新增项目中,锂离子电池储能技术装机规模为1830.9MW,占比为99.3%。
综上所述,近年来,中国储能行业高速发展,2021年新增装机规模达到7.4GW,累计达到43.44GW。抽水蓄能是主要的储能形式,2021年电化学储能累计装机占比达到11.8%,其中锂离子电池占绝大多数。
—— 以上数据参考前瞻产业研究院《中国储能行业市场前瞻与投资预测分析报告》
首先风能、太阳能和海洋能等可再生能源,受季节、气象和地域条件的影响,具有不明显的不连续、不稳定性,而大规模的储能技术可以将不稳定的可再生能源拼接起来,转化为可靠稳定的能源供应。
其次,储能技术也是智能电网建设的坚强后盾,它不仅可以提高智能电网对可再生能源发电兼容量,同时也可以实现智能电网能量双向互动。新能源并入电网后,储能在功率上能够实现实时的平衡,能提升能源的消纳能力,削峰填谷,为能源安全再套上一层保护壳。
2、合理调控,大大降低成本
在使用储能电池时,用“谷电”对储能系统充电,在高峰期应用于生产、运营,电能的利用效率高,不仅可以减轻电网负担,还可以降低运营成本。
储能系统还是未来办公楼宇和家庭必备技术,在办公楼内,它可以削峰填谷,储存好晚上便宜的谷电,在白天高峰期间供电,大大降低电力成本。尤其是在现在电力市场化趋势越来越明显的情况下,储能电站的建设更有优势。
因为目前我国的煤炭经过连年开采储量不断下降,而出于环保考虑政府也不会放开限制,所以在肉眼可见的未来,煤炭价格必定会越来越贵。而由于我国的发电主要都是依赖火电,与之相对应的电价自然也就会越来越贵。目前来看只有两个解决的办法,一个是发展新能源,另一个是合理利用减少浪费,而这两种办法都需要储能电站来进行调控。
3、保障生产生活用电
城市停电了,办公楼内依然有电,这就是储能系统在办公楼的另外一个作用,备用电源与应急电源,它可以远离突然断电、限电、停电带来的各种困扰。与应急使用的柴油发电机不同,储能电站在平时也可以发挥作用,而不是像发电机那样用完就放在角落里吃灰。
还有一个作用就是缓解电动车充电带来的增容需求,现在的新能源汽车是新兴的电老虎,耗电量非常大。电动车充电时会进一步扩大用电波动,从而要求提升电容量,而储能系统,这时就可以利用储存的谷电来填补这一增容的需求,保证楼宇用电的稳定性和安全性。
而储能系统也可以在家庭中应用,不过这种场景一般比较少,除非是在农村有厂房建设或者是在偏远山区大电网无法到达的地方,在这些地方储能电站可以搭配新能源使用满足居民们的用电需求。而一般居民都是大电网供电对此需求有限,更多的是小区的充电桩建设以及路灯等设施使用。
我国能源体量大,但能源结构复杂且具有一定的特殊性,乐驾智慧能源加快储能产业的发展,推动经济发展和建设健康的能源产出。乐驾智慧能源储能系统,可以利用储能系统进行电力调频、可保持用电不间断、电能质量稳定,满足企业等高质量生产需求。
2、生物能:由绿色植物通过光合作用,将太阳能转化为化学能,储存在体内,可沿食物链单向流动,最终转化为热能散失掉.通过燃烧和厌氧发酵获得沼气来取得能量.
3、风能:由太阳辐射提供能量,因冷热不均产生气压差异,导致空气水平运动——风的形成.主要是通过风力发电机来获得能量.
4、水能:由太阳辐射提供能量,产生水循环,来自海洋的暖湿空气,受热上升,太阳能转化为势能,当在高山上形成降水后,水往低处流,势能转化为动能,就是水能.主要是通过水力发电机来获得能量.
5、海洋能:包括潮汐、波浪、洋流等海水运动蕴藏的能量,也是取之不尽用之不竭的.潮汐能主要来自于月球、太阳等天体的引力,波浪、洋流的能量主要是受风的影响.主要是通过潮汐的动能来发电.
6、地热能:来自于地球内部放射性元素的衰变.可以用于地热发电和供暖.
7、氢能:通过燃烧或者是燃料电池来获得能量.
8、核能:通过核能发电站来取得能量.
上述能源都是可再生能源,而且是直接来自于自然界的一次能源.
利用以上这些能源的技术