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储能技术应用将形成发展趋势
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伴随我国新能源产业的迅速发展,储能技术及其产业的发展日渐成为各方关注的重点。目前储能在我国的发展刚刚起步,但随着我国新电改方案的实施,新能源发电、智能微电网、新能源汽车等行业的发展将不断提速,储能技术的应用的发展趋势。

解决能源存储需新方案

当前,我国面临全球范围内气候变暖、能源短缺、传统电网智能化程度低、运行效率低等诸多亟待解决的问题,积极开发新能源和储能技术,减少人类对化石能源的依赖,已成为业界和科技界研究的热门课题。

宋江涛介绍,近几年,随着可再生能源开发利用的急剧增长,有关可再生能源发电并网后是否能够产生实际经济价值的争论从未停止。

由于大部分可再生能源,特别是风能和太阳能坐落在人口较少的地区,并远离电网,导致电力传给用户需要巨大的费用。同时,太阳能不连续性的自然特性和其发电不易并网的特点,导致了严重的电力闲置问题,进一步增加了可再生能源发电的生产成本。随着新能源技术的发展和电网的扩展,到2018年,风能发电成本预期将达到0.14美元/kWh、太阳能达到0.08美元/kWh,比天然气0.06美元/kWh的售价昂贵。

有关认为,因为发电过程中需要更多的煤炭来维持电网的稳定性,风力、太阳能发电将产生更多的二氧化碳排放量,因此需要新的有效的能源存储解决方案。

风力发电储能效率需提高

宋江涛认为,随着能源存储系统的帮助,过多的可再生能源可以在电力需求低时保留下来,并用于用电需求高的时候。据估计,可再生能源的利用率可以从30%提高到60%,预计将减少一半的电力生产成本。同时,从能源存储装置中产生的再生电力是非常稳定、连续的,所以不需要更多的煤炭来维持电网的稳定性。

宋江涛解释说,目前,电池系统已被广泛应用于储存多余的太阳能,由于相关技术的成熟和铅低廉的价格以及对环境的负面影响小,铅酸电池系统是具成本效益的电池系统,但由于电极硫化引起的相对较短的使用周期,在某种程度上限制了铅酸电池的应用。

不过,近年来锂离子电池吸引了大量的关注,因为锂离子电池有更长的循环使用寿命并且重量明显减轻。同时,由于锂离子电池没有记忆,所以不需要定期完全放电,节省了大量的维修费用。然而,由于锂元素在地球上的储备较低,锂离子电池的生产成本非常高。斯坦福大学的一项研究说,大部分的电池解决方案是不适合风能储存的,由于其低储存生产投资比值(ESOI)为5~32,意味着需要储存风力发电的能源比实际存储的能源成本更高,因此有必要开发新的解决方案来提高风力发电的储能效率。

质子交换膜燃料电池电源系统的优点

宋江涛表示,作为地球上轻的元素,氢具有高的能源密度,可以通过电将水分解产生。如果水电解槽与风力发电或太阳能电池板集成,氢气作为能量储存的媒介可由多余的风力、太阳能发电产生,即通过制氢设备将水电解形成氢气,并与质子交换膜(PEM)燃料电池集成发电。

在电网高峰时段,可开启质子交换膜燃料电池站发电来满足电网要求。由于质子交换膜燃料电池发电过程不涉及氢氧燃烧,因而不受“卡诺循环”的限制,能量转换率高。而且,发电时不产生污染,发电单元模块化,可靠性高,组装和维修都很方便,工作时没有噪音。所以,质子交换膜燃料电池电源是一种清洁、高效的绿色环保电源。

相比传统的电池存储系统,质子交换膜燃料电池电源系统具有两个显著的优点:一是循环寿命长。制氢设备通常设计为20年的使用寿命,质子交换膜燃料电池站通常可以可靠运行4万个小时。近,Adzic在Brookhaven国家实验室在质子交换膜燃料电池稳定性上取得突破,将进一步增加该系统的寿命。而增加电池ESOI的可行的方法是提高循环寿命,因此,质子交换膜燃料电池电源系统有效地储存风能具有非常好的前景。二是产氢所需的原材料只有纯净水,质子交换膜燃料电池排放的也是纯净的水,非常符合成本效益和环境友好的宗旨。

质子交换膜燃料电池技术提高经济效益

宋江涛认为,在风力或太阳能混合发电、制氢系统方案得到应用后,现存问题都可以有效地解决,但这种方法的问题是,传统的发电机电解制氢过程中需要稳定的电流和电压。

由于风力、太阳能发电是间歇性的,连接到该电源的制氢设备很难正常工作,除非安装额外的变压器,但是提高了运行成本。

不过,近发明的Verde制氢设备克服这个障碍,这项技术使制氢设备在任何电流和电压下得以运行,尤其提高了在间歇性风力、太阳能发电情况下的产氢效率。此外,基于PLC芯片的自动控制系统,Verde制氢设备能强制性地保证这个系统各个组成部分之间的相互协作运行。

宋江涛表示,质子交换膜燃料电池技术的完善与应用对于我国“三北”地区众多风电、光伏发电企业来说,可有效地与风电、光伏这类不稳定的电源结合,利用弃风、弃电来进行电解水制氢,通过能量的转化来实现弃风、弃电的有效利用,从而提高风电、光伏发电企业的经济效益。总体来说,质子交换膜燃料电池技术与风能或太阳能一体化的能量存储系统,能显著提高可再生能源的利用效率,给并网发电带来经济效益。因此,从提高其经济性和环境保护的方面来考虑,稳步持续发展可再生能源和提高可持续能源并网率是必要的。


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