机械储能大比拼,谁是最牛玩家?
消息来源:baojiabao.com 作者: 发布时间:2024-05-16
2022 年,储能成为最热门赛道之一,在储能行业研究上,技术方向研究是重要环节。出新推出"产业洞察"栏目,聚焦各细分领域,解析各行业发展前沿等问题。本周推出储能系列,本篇为机械储能研究,盘点机械储能的几种技术路径与发展挑战等问题。欢迎大家转发阅读。
01、抽水蓄能居于主导地位
抽水蓄能从 20 世纪中期开始被大量运用,是最早被使用的大容量储能技术,现已成为世界范围内应用最广泛的储能技术。从全球来看,抽水蓄能占储能总规模的 94%;从国内来看,抽水储能占储能总规模的 89.3%。
抽水蓄能的工作原理是利用水作为储能介质,实现电能的储存和释放,其底层技术是通过电能与水的势能相互转化。具体来看,在抽水蓄能电站运行过程中,当用电量少时,通过电网中多余的电将水抽到水库中储存,把电能转化成水的势能;当用电量大时,再将储存的水放出,水流推动水轮机发电,把水的势能转化成电能。
目前来看,抽水蓄能有两种类型,一是纯抽水蓄能,二是混合型抽水蓄能。前者仅用于储能,在国内使用也最多;后者既可以储能,又能当作常规的水电站使用。
抽水蓄能应用最广泛有多种原因,首先是技术成熟,上世纪六十年代就已经实现商业化;其次是成本较低,虽然初始建造费用高,但抽水蓄能电站使用寿命较长,至少在 50 年以上,成本摊薄后费用仍然较低,平均单位装机投资金额为 6136 元 / 千瓦;再次是开发资源丰富,抽水蓄能电站不仅能沿河而建,也能离河抽水蓄能,增加可开发资源和降低成本;最后是安全性高,不像电化学储能容易发生事故,抽水蓄能利用水作为储能介质,安全性极高。
此外,抽水蓄能还具有储能周期长、安全运营周期长,以及稳定性好等诸多优势。这让抽水蓄能成为目前使用率最高的储能方式,根据公开数据,算上现有水库,目前全球约有 61.6 万个站点。
基于抽水蓄能的优势和现实储能市场需求,抽水储能迎来行业发展机遇。去年 9 月,国家能源局发布《抽水蓄能中长期发展规划(2021-2035 年)》,文件指出,到 2030 年,抽水蓄能投产总规模较"十四五"要翻一番,达到 1.2 亿千瓦左右。粗略计算,未来 10 年时间有望迎来近 3 倍的增长。
02、飞轮储能"打个辅助"
飞轮储能是利用低摩擦环境中高速旋转的转子来存储能量,其工作原理是,利用电能加速飞轮,将电能转化为机械能储存起来。当需要用电时,飞轮带动发电机组,再将机械能转化为电能。
这种方式储能优势很明显,因为是电能与机械能的转化,相对而言污染性较小。此外,飞轮储能能量密度比较高,启动速度也比较快,这对于一些特定场景非常实用,比如数据中心突然断电,为避免数据丢失,就需要储能系统快速响应、快速启动。
不过飞轮储能缺点也很突出,飞轮储能启动一次只能供电十几秒钟,时间比较短,在多数情况下都不会独立使用,需要与其他储能系统配合使用。因此飞轮储能装机量并不高,在市场中占有率不高,截至 2021 年底,飞轮储能在中国累计装机容量为 0.01GW。
目前河北省承德市、山西省长治市、太原市等地区建造有飞轮储能项目,比如山西长治市建造有 30MW 飞轮储能项目,是唯一单独采用飞轮储能技术,实现调频辅助服务的项目;山西运城市建造有 50MW / 100"磷酸铁锂 + 飞轮储能"独立储能调峰调频储能项目;山西太原市建造有 50MW 玫方古交共享储能示范站等。
根据多家机构预测,飞轮储能在提升电网稳定性、安全性及灵活性等方面有明显优势,未来几年随着储能市场的不断扩大,飞轮储能装机量会不断增长,预计到 2026 年,有望达到 88.9MW。
03、压缩空气储能将迎来拐点
压缩空气储能的工作原理,是利用电能把空气压缩到盐穴、金属矿井、油气井、煤矿井或压力容器中,当需要用电时,就释放压缩空气,推动空气透平膨胀机进行发电。
压缩空气储能优势明显,储能设备的使用寿命比较长,不容易损坏,但缺点也很突出,压缩空气储能投资成本相对较高,并且受地质条件影响较大,对建造环境要求较高。
今年 5 月 26 日,中国第一个压缩空气储能国家示范项目正式并网投产,是江苏金坛盐穴压缩空气储能电站,由中国华能、中盐集团、清华大学、三维化工等多家单位合作打造,前后一共经过了十二年研发和建造,首期储能装机 60MW,长期规划 1000MW。
目前在落地的压缩空气储能项目中,青海省建造的项目相对较多,比如新建液态压缩空气储能示范项目、利用已有矿井改造的压缩空气储能示范项目(油气井)、利用已经煤井改造的压缩空气储能示范项目(金属矿井)、新建煤气罐先进压缩空气储能示范项目等,此外,大同市建造有 50MW 大同启迪云冈井田压缩空气储能项目,临沂市建造有国华兰陵压缩空气储能电站示范项目。
根据中关村储能产业技术联盟统计数据,截至 2021 年底,我国压缩空气储能累计装机为 0.18GW。
04、重力储能有望补位
重力储能的介质主要是水和固体物质,其工作原理是通过高度落差对储能介质进行升降,从而实现储能系统充放电,具体来看,通过电力将介质提升至高处,增加其重力势能,完成储能,当需要用电时,再将介质下落利用重力势能将动能转化为电能。
根据其工作原理,可以看到,重力储能固体物质需要能量密度大的物质,比如金属、水泥、砂石等,在储存和发电等各环节,因不涉及化学反应,所以整体运行比较安全,对自然环境影响也较小。
并且,重力储能在选址上没有太大限制,对环境适应性比较强,应用很灵活。再者,像金属、水泥、砂石等物质,在使用过程中损耗比较小,能长时间使用,一般都能循环使用数十年。
在 2019 年以前,重力储能多是技术性探讨,比如,业内先后提出了基于抽水蓄能、构筑物高度差、山体落差、地下竖井等多种技术路线,目前来看,主要有四种技术路线,分别是活塞式重力储能、悬挂式重力储能、混凝土砌块储能塔、山地重力储能。
到了 2020 年 7 月,应用 EV1 技术的瑞士 5MW 商业示范单元(CDU)完成并网,并且实现落地,使得重力储能进入新的实验阶段。2022 年以来,重力储能逐步商业化,EV 和 Gravitricity 重力储能项目率先应用,江苏如东也建造了 100MWh 的重力储能示范项目。
值得注意的是,重力储能的发电效率高达 80% 以上,远高于抽水蓄能的 70%,未来能有效发挥补充功能。
本文来自微信公众号:出新研究 (ID:chuxinyanjiu),作者:飞飞,编辑:唐诗
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