德国能源转型下储能技术发展 优先进行电池储能项目研究

作者: | 发布日期: 2018 年 12 月 03 日 9:24 | 分类: 产业资讯

纵观目前全世界各国能源转型的发展,德国无疑可以作为全球能源转型的标杆。德国并不是其实一个传统的可再生能源资源大国,无法像挪威一样大力发展水电,其次德国是一个传统能源生产和消费大国,著名的鲁尔区一直都是煤炭开采和消费的主要地区,在这样的背景下,德国的可在生能源发电量在2017年达到38.2%,而这其中68%的贡献来自风能和太阳能这样不稳定的一次能源,而这个比例依然还有上升得趋势。不稳定的可再生能源发电比重迅速上升,使得德国成为了一个再理想不过的储能试验田。德国储能技术的爆发,可以说是德国能源转型下的一次伟大壮举。

电池对人类和地球的危害

电池市场的规模已经引起了人们关于电池原材料以及电池生产和处理对人和环境的副作用的关注。

根据德国交通转型智库AgoraVerkehrswende的一项研究表明,虽然锂和钴等关键电池成分的资源储备足够支撑当前电池的发展,但它们的开采制作过程,本质上还是会造成一定的社会问题和环境问题。这个领域所产生的问题是多方面的,包括采矿作业的高能耗,酸性矿山排水,采矿公司与当地居民之间的用水冲突,以及矿山的恶劣工作条件等等。尤其是刚果小型钴矿的不人道开采条件,工人们赤手空拳地挖掘原材料的情况,引起了媒体的广泛关注。“可持续性不仅仅意味着'长期可用性'。它还意味着确保整个供应链中工人的环境标准和可行条件。”

另一方面,镍和锂的开采也带来了高昂的环境成本。二手车电池的处理也可能造成严重的环境问题,但二手电池处理这个新行业正在逐渐兴起,将会成为一个十分必要的售后市场。

在这里举一个典型的例子就是汽车制造商通过二次利用电池来赋予电池新生命。各种德国汽车制造商已经将数百个二手电动汽车电池组合在一起,形成电力系统的大型储能装置,以帮助保持电力供需平衡。梅赛德斯汽车制造商戴姆勒在2018年7月开设了第三个由二手电动车电池组成的大型电池储能设备,总容量约为10兆瓦时。同为德国著名汽车制造商的宝马公司也参与了类似的项目。

大型电池提供配电网服务

无论是二手还是全新电池,它们的价格正在不断下降。目前,大型电池已经成为配电网稳定的重要工具。德国储能协会BVES的数据显示,德国大型商用电池的总容量将在2018年几乎翻倍至约320兆瓦,而所有家用电池的总容量将增加到380兆瓦左右。

在一些地理位置比较孤立的国家,例如英国和澳大利亚,大型电池提供配电网服务的使用需求更加显著。气候、能源和运输国际顾问Diaz-Bone认为:“作为一个岛国,英国几乎没有与国际互联的配电网,却拥有巨大的风力发电潜力。因此,它应该受益于其配电网中的电力存储部分,而德国对大型配电网储能的需求不那么明显,因为德国有一系列可能更便宜的灵活性替代方案 - 例如跨境电力贸易。因此,德国不会像英国那么依赖电化学储能。”与英国相比,德国的配电网可以利用阿尔卑斯山的水电站来储存电力,并且很快可以使用目前正在建设中的水下电缆NordLink,将风力涡轮机产生的电力输送到挪威水电站。在德国风力发电量较低的时候,挪威水坝可以将电力输送回德国配电网。

大型电池储能项目也成为绿化远程住宅能源供应的关键工具,让住宅供能不依赖于集中式配电网。德国在北海的岛屿为这些涉及储能的智能小型配电网提供了完美的试验场。例如,欧盟支持博尔库姆岛的一个试点项目,旨在用太阳能电池板发电和配备有一系列储能技术的连接到智能配电网的风力涡轮机发电取代化石燃料发电。

储热和季节性储能

电池并不是解决能量转换后所需的大规模储能的唯一灵丹妙药。这是因为电池不适合长时间储存电力,并且电池的容量远远不能满足风力和日照较少的长时间需要。从尺寸上看,世界上最大的电池拥有129兆瓦时容量,由特斯拉在2017年在澳大利亚建造,可能仅能为上海提供大约几分钟的电力。因此季节性的大规模储能往往需要人们考虑到如何将整个夏季的太阳能发电量储存几个月,供冬季使用。

许多德国专家认为,在没有风或太阳的较长时期内稳定的能源供应是德国能源转型的核心挑战。在能源转型的背景下,一个新的德语词语应运而生:Dunkelflaute,一种黑暗、平静期,正是描述这种无风或者无阳光的天气情况。

大规模储能的问题仍然存在争议。经济学家Hans-Werner Sinn认为:由于储能需求巨大,无法全面过渡到间歇性可再生能源。但德国经济研究所(DIW)的经济学家反驳说,Sinn的假设是不现实的 - 例如,他们认为不是每一瓦的可再生能源都必须投入使用。 也仍有许多能源专家认为,几十年内都不需要大规模储能技术,因为还有其他更便宜的灵活性选择,例如需求响应和电力交易。

但对于大规模储能技术的现阶段发展来说,德国德国工程师协会(VDI)表示,已有能够较好解决这一问题的技术。“已经存在完成能量转换所需的储能技术。它们处于不同的发展阶段,但从技术角度来看,储能问题可以得到解决。”具体有以下两种比较成熟的解决方法:

1. Power to Gas:电可用于制造可无限期储存的氢气或其他气体,然后在常规燃气发电厂中燃烧气体发电,或用于给家庭供热。但该技术目前价格昂贵,因为在转换过程中会损失大量能源。具体内容请关注交能网稍后推出的Power to Gas专题文章。

2. 储热:以热量的形式大规模储存能量。储热的方法有很多种,例如以大型地下含水层储能的形式储能-这实际上是一个巨大的保温瓶。德国汉堡市已经完成了一个大型地下含水层蓄热系统的试验阶段,该系统应该取代一个燃煤电厂,可以为冬季的8000户家庭提供热能。将水加热至80摄氏度并泵入地下以保持温度,以便在城市的区域供暖中使用。

德国政策制定者对“Made in Germany”的储能技术的态度

政策对于许多能源细分行业的发展至关重要,技术的未来在很大程度上取决于政策,储能行业也不例外。

欧洲经济研究中心调查的能源行业专家一致认为,目前德国的政治框架对促进储能行业的发展几乎没有好处。尽管德国的可再生能源在全国范围内迅速推广,但电池大力推进的同时其实是没有政策激励的,政策仍需要迎头赶上。首先,能源税制就需要进行根本性的改革,目前高电价是德国电气化进程的严重阻碍,许多储能专家认为:降低能源税才能更好地利用Power to Gas等关键技术。“储能行业被挤进一个过时且狭窄的监管框架,现状是许多技术无法盈利 ,因为他们必须多次支付税款,”储能行业协会专家Gottke 解释道。“这一切都是因为监管框架落后于技术发展。”

在这样的行业情况下,主要由中小型企业组成的德国储能行业表示,他们现在已经高度以出口为导向,并坚信这有利于全球市场增长,例如应对美国和澳大利亚大型配电网电池、以及非洲小型配电网和离网电池等需求。

当然,德国政府也意识到需要进行改革以促进国内储能的发展,这也是德国储能行业目前依然是世界市场的一块基石的原因,但德国政府依然想尽量避免进行复杂的税制改革。“我们需要新的商业模式和价格,以提供电力储存的动力,”德国国务秘书Bareiß说。他表示,政府将在未来几年变得“非常活跃”,以帮助储能行业保持竞争力。

德国联合政府已经在其最新预算中大幅增加了电池研究的资金,Bareiß表示还会有更多的预算。“能源转型也是一个技术项目。我们希望知道,在未来几年,我们可以在德国使用哪些技术来促进新的增长和繁荣。”

来源:交能网

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