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長期儲能難題及其對清潔能源轉(zhuǎn)型的影響

儲積電發(fā)布時間:2023-03-22 11:02:03

  阻礙從基于二氧化碳密集型化石燃料的發(fā)電向基于清潔(綠色)能源的可持續(xù)生產(chǎn)轉(zhuǎn)變的一個關(guān)鍵因素是如何儲存基本上間歇性產(chǎn)生的能源。

  在 BXD 的獨家專訪中,總部位于英國曼徹斯特的 Storelectric 首席技術(shù)官 Mark Howitt 討論了全球清潔能源轉(zhuǎn)型的現(xiàn)狀、對長期儲能的需求、氫在國家電網(wǎng)中的地位,以及一種方法消除可再生能源間歇性問題,減少能源浪費,提高效率。

  BXD:您如何看待電力系統(tǒng)的能源轉(zhuǎn)型在全球范圍內(nèi)的進展?

  MH:在英國、歐洲和北美,可再生和清潔能源以及短期儲能都有巨大的增長。但是長期存儲還沒有建成,這使得電力成本呈指數(shù)級增長。普京溢價只是錦上添花。

  盡管對化石燃料進行了投資,但中國人還在可再生能源和壓縮空氣儲能領(lǐng)域進行了大量投資,盡管成本較高且效率較低,但他們最近已經(jīng)建造了一個,八個正在籌備中。所以他們的價格并沒有以同樣的方式飆升。

  世界上大多數(shù)其他國家必須迎頭趕上,盡管印度正在努力快速發(fā)展可再生能源發(fā)電。

  BXD:需要做些什么來構(gòu)建足夠的長期存儲?

  MH:首創(chuàng)的植物需要在所有提供潛在解決方案的技術(shù)中得到支持和鼓勵。對他們的支持可能會受到限制,因此只會建造最具成本效益的。然后他們需要適合他們的合同。所有這些技術(shù)都有很長的建設(shè)周期——最大的問題是電網(wǎng)建立連接所需的時間——并且自然是慣性的,向電網(wǎng)提供一系列無法單獨提供的服務(wù),因此應(yīng)該一起承包.

  BXD:請解釋慣性對電力生產(chǎn)的影響。

  MH:當(dāng)慣性發(fā)電和存儲提供能量(包括平衡服務(wù))時,它們的部件會以計算好的頻率旋轉(zhuǎn)。因此,它們完全自然地同時提供慣性、其他穩(wěn)定服務(wù)、無功功率和負(fù)載、電壓和頻率控制以及恢復(fù)服務(wù)。如果不提供所有這些,他們就無法提供能量。

  因此,在這些服務(wù)單獨簽訂合同的情況下,慣性發(fā)電和存儲合同必須聯(lián)系起來。然而,許多人表示,這個問題將通過氫能發(fā)電得到解決。

  BXD:您如何看待氫發(fā)電的未來?

  MH:如果需要季節(jié)性儲能——目前尚無定論——那么氫能發(fā)電將是必不可少的。但除此之外,從可再生能源發(fā)電到電解、氫能發(fā)電、再到電網(wǎng)發(fā)電的循環(huán),充其量只能達(dá)到 40% 左右的效率,目前是 20% 左右,而且實際上可以達(dá)到 30% 左右。

  為此所需的聯(lián)合電解存儲和發(fā)電設(shè)備比我們效率為 68-70% 的“綠色 CAES ”技術(shù)更昂貴,因此我認(rèn)為后者更適合這些應(yīng)用。

  氫氣有多種應(yīng)用,它是最好的。

  BXD:那些應(yīng)用程序是什么?

  MH:氫氣非常適合天然氣網(wǎng)絡(luò):只需對網(wǎng)絡(luò)進行最少的修改和升級,就可以實現(xiàn)高達(dá) 10-15% 的天然氣混合。除此之外,在您達(dá)到 100% 之前,這是不合適的。那是因為混合物只有在燃燒時才有用。但氫氣最適合的應(yīng)用需要 100% 的純度——燃料電池、運輸、燃料和化學(xué)合成、煉鐵、鋼鐵生產(chǎn)等應(yīng)用。

  BXD:那么電網(wǎng)如何從 15% 的氫躍升到 100%?

  MH:通過創(chuàng)建氫工業(yè)中心,氫在其中大量生產(chǎn)和使用。順便說一句,這還將最大限度地降低成本和儲氫需求。

  在氫樞紐內(nèi),它以 100% 的濃度通過管道輸送,與濃度限制在 10-15% 的一般天然氣網(wǎng)絡(luò)隔離開來。然后,這些樞紐可以擴展到鄰近區(qū)域,最終合并為整個電網(wǎng)。

  氫氣生產(chǎn)商可以利用電網(wǎng)來滿足不斷變化的需求,獲取所有多余的輸出,直到可以通過管道輸送給純氫用戶。他們會轉(zhuǎn)而這樣做,讓其他生產(chǎn)商取代他們在電網(wǎng)上的位置。這將大大加速氫轉(zhuǎn)變。

  BXD:現(xiàn)有的天然氣網(wǎng)絡(luò)有很多存儲空間。氫經(jīng)濟也需要它嗎?如果是這樣,怎么辦?

  MH:是的,它需要與天然氣網(wǎng)絡(luò)一樣多的單位需求存儲,但我相信氫經(jīng)濟只需要大約一半的需求。那是因為我相信電力經(jīng)濟將會增長并部分取代它,例如熱泵。

  但這仍然需要大量的大容量存儲,更何況氫的能量密度大約是甲烷的三分之二。目前可用于儲存如此大量氫氣的唯一方法是在鹽洞中,就像我們至少在最初用于儲存空氣以用于壓縮空氣儲能 (CAES) 的鹽洞一樣。

  因此,氫氣可以儲存在相鄰的洞穴中,使綜合項目更加高效和具有成本效益。

  BXD:氫經(jīng)濟會由可再生能源提供動力嗎?

  MH:是的,但不是很多人想的那樣。許多人建議使用電解來消除可再生能源發(fā)電的間歇性。但總的來說,電解 - 以及大多數(shù)使用氫氣的技術(shù) - 不喜歡間歇性,這會降低它們的效率和工廠壽命,同時使所需的投資成倍增加。

  例如,假設(shè)間歇性不會影響效率,如果由 40% 負(fù)載系數(shù)的海上風(fēng)力驅(qū)動,則需要的電解槽數(shù)量是基荷電力驅(qū)動的 2.5 倍;33% 負(fù)載系數(shù)的陸上風(fēng)能的三倍;17% 負(fù)載系數(shù)的太陽能則高出 6 倍。

  因此,使用我們的“綠色 CAES”在間歇性影響電解槽和其他工廠之前消除間歇性是極具成本效益的,同時還能提高效率和工廠壽命。當(dāng)?shù)貧湎嚓P(guān)產(chǎn)業(yè)的整合度越高,整個產(chǎn)業(yè)的效率和成本效益就越高。



氫 CAES TM作為綜合能源系統(tǒng)的一部分。© Storelectric 有限公司

  除了在世界多個地區(qū)的活動外,Storelectric 最近還宣布,它目前正在與中東和北非的一些潛在投資者和合作伙伴進行談判——該地區(qū)雄心勃勃的戰(zhàn)略和對可再生能源的投資正在醞釀之中滿足不斷增長的能源需求、促進經(jīng)濟增長、最大限度地提高社會經(jīng)濟效益和實現(xiàn)脫碳目標(biāo)的需要所驅(qū)動。

  該地區(qū)不僅具有適宜的地質(zhì)優(yōu)勢,而且非常適合利用其幾乎無限的太陽能資源為電力系統(tǒng)和氫經(jīng)濟提供動力,包括出口氨、甲醇、鋼鐵等綠色產(chǎn)品;還為海水淡化和水處理等基礎(chǔ)設(shè)施提供動力。(來源:儲積電)


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