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淺談德國能源革命中儲能的經驗
2019-07-29 | 編輯: | 【 】| | 供稿部門:規劃戰略與信息中心
    

  可再生能源是德國最重要的電力來源,德國的EEG法案就是為了增加可再生能源的份額而誕生的。截止到2019年初,德國的可再生能源所占的比例已經達到38%,根據EEG法案的要求,到2025年可再生能源所占的比例將達到40%-45%。

   

  (圖中綠色部分為可再生能源所占比例)

  通過右圖可以看到,風能16.3%,水電3.1%,生物質發電和太陽能分別為6.9%和6.1%。其中風能和太陽能占22.4%。那么問題來了,風能和太陽能都是看天吃飯的能源,具有很強的不穩定性。隨著可再生能源的擴張,這種不穩定性會逐漸擴大。如何保證電網或者能源的平穩安全,就成了德國能源革命的重要目標。解決這一問題的其中一個有效方法就是儲能技術。

  目前德國儲能方面有哪些技術措施呢?主要有如下幾種:

  1.光伏電池儲能(power to battery),也就是戶用光伏發電系統配備鋰電池儲能。隨著德國電價的上升,電池價格的下降,越來越多的用戶選擇鋰電池作為儲能設備。有些用戶甚至可以做到電費0支出。

  2.電動汽車電池儲能,技術原理就是將汽車電池作為儲能電池使用。電動車的普及也使得這種技術大規模推廣成為了現實。

  3.最經典的抽水蓄能,電力富余時,通過水泵將電能轉化為勢能。電力不足時,勢能轉化為電能。

  4.熱儲能,將電能轉化為熱能,比如說,通過蓄熱罐,將通過電加熱后的熱水存儲起來,用于供熱。德國2018年可再生能源在供熱制冷方面所占的比例為14%,這也使得蓄熱罐作為儲能手段具有了很強的可行性。目前,德國研究人員又提出了一種新理念,將可再生能源產生的熱量存儲在巨大的液態鹽箱中,其溫度可達到400-500℃,可以代替鍋爐。這樣,對于利用現有火電廠汽輪機設備,再將熱能轉為電能。由于技術,成本,設備等諸多因素,還沒有實現量產。但是我個人非常看好這個技術手段,我國是工業大國,目前的工業廢水處理技術是通過蒸發結晶得到純度很高的單組分鹽,一方面變危廢為寶,另一方面降低成本。

  5.電轉氣儲能,將可再生能源轉化為氫氣,電解水后得到氫氣。

   

  上圖為電解水制氫的原理圖

  對于我國來說,鋰電池的成本相對還是過高,單獨將鋰電池作為儲能手段不太現實,如果通過廢舊電池回收或者電動汽車電池回收,那另當別論。對于熱儲能,具體來說是再生能源供熱,山西的熱價格也是相對很低的,因此也不現實。抽水蓄能已經有很多案例了,但是山西不具備這樣的條件。電轉氣儲能對于山西來說可能是最可行的措施。德國氫氣儲能技術中,非常具有參考性的就是施普倫貝格多能互補集成發電系統(Multi-Energie-Kraftwerk Sperenberg)項目位于德國布蘭登堡州小鎮施普倫貝格。系統采用先進的能源管理技術,將風電和光電耦合,一部分電量可以直接并網,多余的電量制得的氫氣可以儲存或者并入當地燃氣管網。非常具體創新性,也非常符合我國目前能源結構的要求。

   

  該系統主要由以下組成:

  1. 5 MW電解水制氫設備2.光伏電站3.風力電站4.燃氣電廠5.儲氣系統6.系統內變電站及現有中高壓變電站(并網使用)

  項目位于德國布蘭登堡州小鎮施普倫貝格,緊鄰一回220kV電源,一回380kV電源,為并網發電提供了有利條件。同時項目緊鄰一條當地的天然氣管道,為氫氣并網也提供有利條件。

  

 

  

 

  風力場及光伏電站,風力發電機數量有45臺,每臺發電機功率約為3-4 MW,可為12萬戶家庭提供足夠的電量。電站功率主要集中在0-36MW之間,峰值功率可達到120MW。

  光伏電站裝機容量為10MW。

  

 

  電解制氫裝置:模塊化5MW電解系統,采用3D電極,氣體-液體兩相流,有效增加點解效率。該裝置可利用盈余電力生產氫氣,通過管路,送往儲氣罐。

  氣體管道及儲氣裝置:通過氣體運輸管道,可將制得的氫氣送入燃氣網供市政供熱。或通過儲氣裝置將氫氣儲存在Thyhof燃氣發電站,儲氣罐容量為48萬m3,可單獨儲存氫氣使用。

  燃氣輪機機組:一方面,該設備可為氫氣適配的燃氣輪機做相關研究;另一方面,該燃氣輪機機組可消納制得的氫氣,起到到調峰作用。

  該系統的主要特點如下:1.風/光互補-更多的清潔能源2.更均勻的電力輸出3.更好的經濟效益4.充分利用電力盈余5.氫氣用于交通6.大規模儲能(氫氣的能量密度很高)7.氫氣可由燃氣電廠再轉換為電能。

  Multi-Energie-Kraftwerk Sperenberg項目的主要難點有兩個,一個是控制系統,一個是氣體系統。如何保證各個電源有效配合,靈活適應用電側負荷,同時保證供電的安全性,對控制系統提出了極高的要求。同時氫氣的存儲,以及燃氣輪機在天然氣與氫氣之間的切換,也是一個難點。我們山西有著極其豐富的煤層氣資源,瓦斯發電站裝機容量也在逐年增加;晉北地區天高云淡,是光伏發電的理想環境,太行呂梁二山山巔上的風電廠也在為百姓提供清潔的能源。很多條件都與本項目類似,不難看出,Multi-Energie-Kraftwerk Sperenberg項目中確實有許多值得我們借鑒的經驗。

 

  參考資料:

  https://www.bmwi.de/Redaktion/DE/Dossier/erneuerbare-energien

  https://www.eti-brandenburg.de

 

  編輯:規劃戰略與信息中心 圖書館

  信息來源:https://www.china5e.com/news/news-1064136-1.html

 
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