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胡学浩: 储能解决可再生能源发电并网的问题探讨
发布时间:2017-05-27 14:45:00
关键词:胡学浩储能可再生能源

2、胡学浩2.jpg


  5月23日,由国家能源局科技装备司指导,中国能源研究会、中关村管委会、中关村海淀园管委会支持,中关村储能产业技术联盟(CNESA)主办的“储能国际峰会暨展览会2017”在国家会议中心·北京隆重开幕。中国电力科学研究院首席专家胡学浩发表主题演讲。

  女士们、先生们大家早上好!

广西快3APP下载  今天我给大家介绍的题目,储能技术在应用当中的问题。下面我给大家介绍的内容分六个部分,首先介绍一下概述,讲一下电子储能技术分类,电子储能技术运行和应用,再介绍一下,我们新能源发展情况。重点在第五点上,如何用电子储能技术解决可再生能源发电问题。

  首先讲一个定义,这个定义,什么叫储能?储能实际上就是通过某一个像废电池,获得一个物理能量,把能量储存起来,将来应用的时候可以用,这是广义储能的定义,但是我落讲的不是广义的储能,而是讲电能的储存,就是我们现在大多数电能的储存,所以说电能储存就是智能电网当中电能储存,电能储存和电网当中,和电网相连接的储存,这就是电。在储存起来要转变,转变为其他某种形势,用的时候,回到电,或者直接可以用。电子储存已经有100多年的历史了,但是电池早有了,但是我们一直没有大规模的应用,上个世纪1970年左右,我们核电站建设起来以后,为了配合核电站的运行,我们建设了大量的电站,得到了普遍的应用。但是同时,我们也有一些压缩空气储能技术,但是到目前为止两台。最近这几年,由于我们上个世纪主要应用的能源资源就是煤炭和水,还有核电和天然气,这个世界我们称之为什么?能源变革时期,这个时期我们有驱动力,一个是能源的日益匮乏,温室气体造成全球变暖,环境保护要求越来越高,这样就要求新能源、可再生能源、风能和太阳能不断得到应用,现在可再生能源大的应用,而且尤其是到这个世纪中期或者后期,可再生能源占的比例不断的提高,随着渗透率不断提高以后,电网的运行产生了很大的问题,对于电力系统来说就要减轻这个问题。

  为了更多利用可再生能源,储能是非常好的手段。刚才讲了,我们早就有了发展,但是上个世纪末和这个世纪初,电池类的储能各种各样,锂离子电池得到了发展,电网当中获得了很多的应用。

  下面讲一下分类,这里面分成五大类,大家可以看到,首先第一类就是机械类,有抽水蓄能、压缩空气和飞轮。第二个是废弃类。实际上上面这三种是我们国内普遍运用的,底下这两种是最近应用比较多的,第四个主要就是和太阳能热化相关,最后一类是一个新的,重点要说这个。这个分类的方法,我从REG分类的标准,我建议这个如果我们分类最好还是按照这个分类来,因为这个是接轨的办法。

  关于前面四类大家比较熟悉了,因为时间的关系不再介绍了,第五类重点介绍一下,它是把大量的风电,在西北,二氧化碳再合成成为天然气。而且在内蒙要建设这个基地,它最大的好处,它的储能时间非常长,当然有一些缺点,缺点就是什么呢?它的储能效率比较低,它的好处就是什么呢?它的氢气可以提供甲烷。它最大的缺点就是风电直接输入到上海,输入到广州,那么这样情况下,往损10%,效率还是90%以后。这个风电如果做成氢气,然后再做成甲烷以后,加入甲烷以后,它的效率只有30%,也就是它的效率也就是1/3了。德国奥迪汽车制造厂,你可以看到这个厂,这么大一个规模,实际上就是二氧化碳真正结合是非常小,非常容易的。

  它的作用可以看出来,我们这个电气储能技术,可以有这样一个结论,不存在任何一种技术,可以看到所有的应用,也就是说我们现在各种各样的储能技术都有应用的场合,我们怎么选择呢?我们从八方面选择,能源力度、工业力度、响应时间、效益、寿命(充放电次数)、成熟度、经济因素主要这些方面,我们要从这些方面,这是我们的需求,选择它的准备,它的安装地点,它的容量,还有选择不同技术的配比。

  这个就是以往我们大家很熟悉的,就是这么分,所有的产能技术都是这样分,基本上配备系统,是用飞轮这些技术,但是我们最新就是REC,2012年白皮书,就采用这个最新的分类,但是又增加了第四类就是氢气和甲烷。如果按照矿业的实业来分,按照四大类,就是超导组织和飞轮,就是功率性的。第二种中等方面,飞轮就是几秒钟到1分钟,电子储能是几个小时,又要长时间压缩空气,一般可以达到一天的数量。但是如果超过一天,达到一个周或者一个月,这个是我要特别说明的。按照时间长短可以分为功率型、能量型的。

  为什么锂离子电池得到非常大的宠爱呢?就是因为第一个锂离子电池现在价钱下降的很快,我们手机、电脑都要用,电路汽车也都要用,技术发展非常快,价格下降也非常快。而且它根本一个特点,锂离子电池既是能量型又是功率型的。密度很高的,所以得到广泛的关注。它的储能的作用,我们基本上按照这样几大块分:

  这也是IEC2012年白皮书的分类,作用从发电、输电、配电和用户侧各个领域,这么分类好像思路比较清楚一些,发电设备来说,它可以平滑可再生能源的过度,这样使得原来不可控的风力和太阳能变成部分可控,这样减少气能、提高渗透率、可控性,提高电力系统的效率。

  这个就是一个我在2005年的时候,2006年的时候,我听了NEC公司的研究,我把PPT拷贝过来,实际上是这个意思,储能电池是多少呢?是400KW一个储能纳入电池,补上500KW的风能,一台机组,这个它也适用,它的好处就是将来的输出能够平衡、平稳,恒定的,非常好的效果,但是代价就是价钱比较高。这个情况是这样。

  储能刚才讲的是发电侧的,在输电侧也是可以得到应用,风能一会儿有,一会儿没有,这样就会输电系统家家陷入的过载,和堵塞。这个情况在我们国家现在还不常用,但是在美国,因为这些欧洲一些电力市场,上来以后,它用的非常之多,为什么储能电池都能用,在美国、欧洲用的非常多,他们的国家电力市场很快,电力市场保证用户用电,如果你不保证的话,它就要罚的,它要建很多的储能手段。调节潮流。

  它也可以推迟了电网中建设这种常规的,当电网当中的扰动的时候,也可以做一种电源稳定系统。

广西快3APP下载  在配电系统当中的应用也是非常多的,我们现在为什么讲储能电池在配电系统应用当中非常多,它再一个孤立的微电网,或者和电网相连,微电网最根本一条叫什么呢?叫自制。一旦你独立运行的时候,保证它的电网的稳定性,这个时候储能几乎就是必不可少的,所以当然可以调节微电网的频率,提高电能质量,还有一个很好的好处,它做成移动式装在集装箱里,城市供电可靠性大大提高。

  最后储能还可以在用户侧,就是什么意思呢?以后晚上你把电能储存起来,尤其像欧洲、美国、澳大利亚用的特斯拉这些东西,可以存起来。尤其像医院,医院要求高的,可以作为备用电压,我们在2008年建立了一个飞轮的储能,买的美国的设备,主要就是为了提高医院的可靠性。

  将来这个电动汽车数量会增加很多,电动汽车和电网相连的话,可以通过V2G的功能回馈到电网当中去,现在不太可能,原因两条,第一是电动汽车数量不够。第二V2G价钱不太核算。

  总体上来说,我们有一个统计,储能在全世界有一个统计,2012年有一个统计,就是127GW,这个是总的抽水蓄能就是黑的这么大,总的储能加这些1亿2千8百万,2012年的时候,99%是这些,可是总的1亿2千8百万的储能占全世界总的发电装机能量40亿的3%,说明储能数量还是很少的,将来有大量的发展的前景。

  下面举几个例子,一个是储能的应用,抽水蓄能我们在全世界很多国家,核电装机能量比较多的国家,抽水蓄能比例很大,一般是10%。中国的数量不到2%,现在也就是1%、2%、3%,全世界平均3%,中国也不到,中国将来在抽水需能方面有很大的发展。

广西快3APP下载  日本用储能电池配合风电,像这个情况,我们大连理化所张华民他们开发液流电池,也是在配合风电,也是类似是一样的。还有就是P2G未来型氢气合成天然气,德国非常注意这个公司,E—ON公司在德国已经做了20几个项目了。德国的奥迪公司,2013年已经启用了,直接布入甲烷的管道里面。氢气也可以布入到甲烷的管道里面。刚才我所介绍就是三种,我把它称之为成熟型、现代型就是电池、未来型这三种。不管怎么样,我个人认为,这三种储能技术是储能技术的核心,也是将来发展最快,最多的。

  当然初始性能在发达国家里面,就可能不建了,或者已经建完了,像美国已经建完了,但是日本已经不建了。但是在中国会有大量的发展,储能电池第二类主要用于配电和用电系统,氢气将来可再生的比例非常高的时候,就会用。这个里面我顺便给大家介绍一下,风能和太阳能近期的发展。可以看到,我们去年一年,我们新增的风电装机容量1900多万,将近2000万,这是国家统计出来的数据,中国风电总的累计装机能量已经达到1亿5了,2020年我们的目标是2亿完全没有问题的。

  去年光伏特别大的发展,有3千多万,一年装了3千多万,累计到年底为止,光伏已经有7千多万了,发展非常快。但是可以看出来,有这样几个特点,我们去年一年新增装机容量一半以上54%为可再生能源,太阳能、风能和水电。火电和核电机组还是比较少。这是一个好现象,但是有一个问题,可以看出来,像近一年集中式的光伏这么多,分布式这么少,虽然我们国家注意到这个问题了,把集中式减少,分布式增加,预计到2020年的时候,我们要把分布式大大增加,这是非常重要的。

  这个就可以看出来,我们风资源、光伏资源、沙漠地区全部在北部和西部地区,负荷中心在沿海,所以我们要架线,这样一个问题特别大,这样的话就产生什么问题呢,我们弃风、弃光、弃水问题很大,2016年弃风上升了17%,我的印象当中,2015年大概全国平均弃风、弃光率是8%。2016年弃风率达到17%,弃光率达到10%,所以这个问题,就是非常要解决的。所以,下面我就重点第五个方面,如何解决这样的可再生能源配合的问题。

  第一,我们要搞清楚,到底是我们集中式发电还是分布式发电。

  我个人认为,像中国西北风能资源和光伏发展,我们将来用抽水蓄能用的比较大,你用储能的电池不解决这么大的问题。

  像日本,几乎全部开发就是物理太阳能,这样的情况它的电池应用非常多,像我们国家的电池卖到德国,这些地方大部分是分布式的发电,所以储能应用大部分的类型都是储能电池,我有一个看法,我认为现在大家都期待电池大量卖出去,这样的话,如果要期待电池得到快速的发展,分布式发电,特别是太阳能光伏快速发展,我个人认为是一个前提。

  第二,我们国家建立了9个到10个集中式1000千万风电电站发电基地,像甘肃、新疆、内蒙这些地方,有人说能不能建设抽水蓄能和可再生能源储能技术呢,我认为主要还不是储能技术,像甘肃有1千多万的风电,如果它的负荷比较少,比如说有1千万或者多少发出来,我们要建一个储能电站,可能你建了储能以后,第二天怎么办,你不用第二天还是不行,我的看法是这样的,对于这种大型机电来说,主要解决的问题就是要外送,但是外送有一个问题,甘肃这个地方风电的特点,大多数时间,60%的时间处理30%,不是按满装机发电的,所以这种情况下,我们到底建多少的输电线路比较合适呢?国家电网公司有一个能源研究院,他们研究以后,大概在60%到70%比较合适,这就意味着如果当发电满发的时候发不出来,所以在一些地方要建抽水蓄能机组,配少量的电池储能才能解决。

  第三,我们现在一说,新能源,就是说新能源必须靠储能来解决。不是这样的,昨天下午我听了一个澳大利亚一个演讲,他是这么说的,他们国家2020年的目标是23%,可再生能源,然后他个人认为,在30%以下基本上不太用储能,就是电力系统可以解决。什么意思,我们不要电力系统解决新能源,完全依靠储能技术,我们和电力系统常规技术相结合,比如说安装火电技术、多留备用,比如说美国它用的储能也很少,什么原因,它有30%几是天然气的技术,调节度非常快,然后还可以加一些风光预测功能,加强扩大联络线,加一些(英)技术,也可以调节。比如说加储能可以调节,最后还可以用我们需求侧管理和需求响应的技术,负荷加以调整,最后利用电动汽车来解决。

  比如说这是一个例子,丹麦就是这样一个国家,他们国家的发电已经达到30%—40%了,但是他们国家几乎没有用任何储能技术,什么原因呢?它本身国家自己的火电这些机组,它的总容量已经超过它的负荷,如果当它风电一点都没有的话,这些电场就可以供给,德国和其他国家的联络线,联络线数量和容量大大超过它的负荷,这种情况下,通过自己的火电和联络线的供给,它完全能够满足。因为丹麦只有几百万人,总的负荷不到1千万,他们国家可以这样,像中国这样的情况不行了。我只是说一个例子,用电力系统技术也是可以解决的。这是一个特例。

  第四,储能电动汽车也是作为一个储能手段,IEA2010年做过调查,我们说100兆瓦左右,但是将来它估计会增加到200兆瓦,2亿、3亿储能。这样的话,V2G的功能,随着电动汽车的数量的增加也会增加,它有一个研究,将来我们的电动汽车会有多少辆,这个辆通过V2G的功能会给电网注入这些反馈,研究表明V2G的功能非常有利于它的电网一个降低储能的要求。

  第五,未来当我们的极高比例的情况怎么样,这个情景我们不好预算,昨天周院士讲了,我们在2050年我们国家可再生能源比例可能达到60%,我们以德国为例,德国大概原来有一个目标,2030年,现在还有十几年的时间,它的目标把现在20%提高到60%到80%,原因在2022年把20%的核电机组去核电,把核电20%加起来,它的比例达到60%到80%。它现在只有一台压缩空气,全世界头一台,主要的抽水蓄能大概有700万切割机,它认为抽水蓄能还没有在很多发展数量,这些抽水蓄能要满足2030年小时、天、周和日调节能力,它对后结论认为只能满足小时、天级的,他认为这些数量不够,他认为现有这些的手段,抽水蓄能德国都有的,不断在数量上满足需求,就是总量不够,而且时间上也不够,也就是说抽水蓄能是世界上最强的,只能满足了一天,如果德国将来80%是太阳能,如果三天太阳不出来,这个国家就完蛋了,所以它认为我们天然气是必不可少的。

  最后,我给一个总结,有这么几点:

  第一,我们为什么用好储能,它的驱动力是可再生能源和分布式发电,如果可再生能源不起来,分布式发电不发展,中国储能技术难以获得发展。

  第二,中国储能技术非常之多的,现在没有一个储能技术铅酸电池要淘汰了,任何的储能技术都有它应用的场合,有的用的很多,比如说超导储能,现在恐怕是实验室的,因为价钱非常贵,能量密度非常小,所以应用不太广泛,所以它有多有少,但是都可以用。

  第三,储能技术应用在发电、输电、配电和用电四个环节都可以用。

  我们主要发展解决这样几个问题,集中式和分布式,我们肯定采用不同的储能技术,大规模可再生能源基地,我个人认为不是用储能技术,主要用外送的办法,我们要注意不要解决电力系统的电力,发电和储能系统的不平衡,我们不是单纯考虑储电,还要考虑储能的问题。我们做过一个研究,中国电动汽车假设在2030年大概能够达到几千万辆,这个时候,我们的V2G的功能可以利用了。

  最后一条,也是我最关心的,给大家要说清楚,在未来,我们怎么解决高比例的比如说50%可再生能源,我个人认为开发氢和天然气这个技术必不可少的,这个技术没有开发,等到大量的资源上来以后,一定会有的。谢谢大家!

稿件来源: 电池中国网
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