長期儲能難題及其對清潔能源轉型的影響

　　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)轉變的一個關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 首席技術官 Mark Howitt 討論了全球清潔能源轉型的現(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)的能源轉型在全球范圍內的進展?

　　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。所有這些技術都有很長的建設周期——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，因此應該一起承包.

　　BXD：請解釋慣性對電力生產(chǎn)的影響。

　　MH：當慣性發(fā)電和存儲提供能量(包括平衡服務)時，它們的部件會以計算好的頻率旋轉。因此，它們完全自然地同時提供慣性、其他穩(wěn)定服務、無功功率和負載、電壓和頻率控制以及恢復服務。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)，充其量只能達到 40% 左右的效率，目前是 20% 左右，而且實際上可以達到 30% 左右。

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

　　氫氣有多種應用，它是最好的。

　　BXD：那些應用程序是什么?

　　MH：氫氣非常適合天然氣網(wǎng)絡：只需對網(wǎng)絡進行最少的修改和升級，就可以實現(xiàn)高達 10-15% 的天然氣混合。除此之外，在您達到 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。但氫氣最適合的應用需要 100% 的純度——燃料電池、運輸、燃料和化學合成、煉鐵、鋼鐵生產(chǎn)等應用。

　　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，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。這將大大加速氫轉變。

　　BXD：現(xiàn)有的天然氣網(wǎng)絡有很多存儲空間。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 - 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，假設間歇性不會影響效率，如果由 40% 負載系數(shù)的海上風力驅動，則需要的電解槽數(shù)量是基荷電力驅動的 2.5 倍;33% 負載系數(shù)的陸上風能的三倍;17% 負載系數(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?shù)貧湎嚓P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)脫碳目標的需要所驅動。

　　該地區(qū)不僅具有適宜的地質優(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設施提供動力。(來源：儲積電)