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西门子歌美飒致力打造电热储能技术

作者: | 发布日期: 2019 年 06 月 27 日 10:09 | 分类: 产业资讯

新能源发电和储能技术结合的发展越来越受全世界的关注。本号此前介绍过海上风电与储氢技术结合、风电与新型“纳米盐”储热技术结合,引起了各位海粉儿的关注。近日,西门子歌美飒宣布在德国北部的汉堡正式投运了用火山石将过剩的电能转化为热能的新型电热储能(ETES)示范项目,设计储存容量为130MWh,进一步推进储能和新能源发电结合、与电网结合技术的发展。

引言

显而易见,电力已经是人类生产生活不可或缺的一部分,日常生活中电子设备用电、夜晚照明,工业生产设备供电,甚至越来越多的交通工具也转向使用电力。几十年来,能源利用格局在变化,电力行业也呈现出一些新的特点:

为应对环境问题,全球正在致力于发展建设一个全新的可再生能源系统,发电侧的结构在变化;

高电压和离网解决方案技术的突破,使电力远距离输送越来成熟,原来越充足;

“智能建筑”等数字技术的发展和需求侧管理日益完善,帮助用户可以更高效地使用电力;

对于电力可靠性的要求和电力系统智能化要求越来越高。

但是,现在的电网和很多大型火电厂一样,大都是几十年前建成(当然国内电网的建设还是日新月异、发展迅速的),这样的系统在应对未来能源结构转型中“前景黯淡”。

特别是随着近些年可再生能源发电的不断增长和传统能源发电的逐步式微,可再生能源在电力系统中的“渗透率”越来越高。电网作为一个精密控制的系统,需要时刻保证电力供需双方的平衡,而风电和太阳能发电具有间歇性的特点,给电力系统的稳定性和运行效率带来了不小的麻烦。

这就要求现有的电网能够及时灵活调整,以适应用电需求变化以及可再生能源发电的波。办法之一就是增加储能,这样如果夜间风电发出的电力高于用户需求时,可以把剩余电力存储起来;当用电需求高于发电出力时,系统可以通过储能设施及时补充出力,提高电网运行效率。因此储能对平衡电力系统具有非常重要的作用,可以使电网系统更加稳定、可靠。

储能技术选择

  • 西门子歌美飒在选择储能技术路线时,认为好的储能技术最好具有以下特点:
  • 可以利用现有电力基础设施
  • 技术简单可靠
  • 效率高、经济可行
  • 可以大规模应用
  • 不受地理环境限制(例如在山区)
  • 有利于环境保护

基于以上原因考虑,虽然现今普遍使用的储能电池是未来能源转型中的一支重要力量,但是很明显不能满足西门子歌美飒的要求。

经研究考虑,西门子歌美飒选择采用热储能的发展路线。

由上图可以看出,受系统造价及运行成本的影响,电池(包括液流电池)比较适合于中小规模的储能系统;抽水蓄能虽然装机容量比较高,但是系统建设受到自然条件的影响,大规模推广存在困难;H2 /甲烷储能受到能量循环效率限制,效率不高;而热储能方式可以在储能规模、储能时间长度、循环效率以及使用寿命上优于其他几类储能技术,非常适合电力储能系统。

西门子歌美飒电热储能技术

大约10年前,西门子歌美飒的技术人员开始开发研究一种低成本、大规模的储能系统解决方案,用火山石将过剩的电能转化为热能存储起来——即电热储能技术(ETES),其实这项技术是基于John Ericsson19世纪50年代提出的想法基础上开发。

这种技术的储能原理很简单,就是将可再生能源产生的多余电能,通过用一种巨大的“吹风机”,将成千上万吨的火山碎石加热到600摄氏度,从而将电能转化为热能;当电网需要储能系统发电时,通过的传统的蒸汽轮机就可将储存的热能转化为电能。如果与外界隔离好的话,火山石的热能可以储存几个星期。

理论上讲,这类项目的装机规模没有上限。据了解,最早2025年可以实现1GWh规模的储能项目投产。

采用这种储能方式不仅能与可再生能源相结合,而且可以与传统的发电厂结合,因此不需要浪费资源将旧发电厂处理。基本上热力发电厂都可以使用这种储能技术,只需要将电厂的热岛部分进行升级改造,其余的部分都可以重新使用,提高了现有社会资源的使用。当然也可以和能源密集型行业结合,比如钢铁行业等。

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