今年夏天,中國多地氣溫突破了40℃,老百姓都靠空調續命。此時此刻,最怕發生停電。你有沒有想過,電從哪里來?如何保障充足的電?或者在停電狀態下如何保障生活正常進行下去?

電從哪里來?

以電力大規模應用為代表的第二次工業革命開創了電力時代。隨著人工智能、物聯網、大數據、云計算技術的發展,一批批科技新秀層出不窮。在現代社會高速發展的今天,人們對電力的依賴越來越強,快遞、外賣、網上購物、打車軟件,各個領域都必然用到電。一旦發生長時間停電,那無疑就是滅頂之災,甚至嚴重影響到人類的生存。

那么電究竟是怎么來的呢?

從傳統意義講,電一般都是由發電廠來發出的,主要包含水力發電,風力發電,火力發電和太陽能發電等等。發出來的電經過高壓線路傳輸到用電端,由于遠距離的傳輸會存在著一些損耗,損耗來源主要為線路電流的大小,功率不變的情況下,電壓越高,電流就越小,損耗也就越小,因此根據不同輸電線路的要求,發電端的電由變電站將電壓升高,通過輸電站傳輸到用電地區。然后經過用電地區的降壓變電站的逐級降壓,最后通過配電傳到用戶家中。

圖1電從哪里來

因此,保證電網的穩定并正常工作顯得尤為重要。全球歷史上發生過一系列重大停電事故,這些停電事故每次都會影響幾百萬人甚至上千萬人,其中發生于印度的停電事故甚至造成了地球上1/10的人口無法用電。電對于現代社會來說,如同水和陽光,一時一刻也缺少不了。因此,儲電也變得十分關鍵。

發展儲能的必要性

國內發電基本上用的是煤炭發電,自第二次工業革命以來,路上跑的汽車大多數都是石油驅動的。無論是發電還是奔馳的汽車,兩者產生大量的二氧化碳排放到大氣中,促使溫室效應的加劇,導致全球各種極端天氣頻發。美國西部大部分地區出現長達20年的干旱,2020年夏季至2021年夏季的高溫和低降水量,導致干旱形勢變得更加嚴峻;除此之外,位于巴西東北部、東南部等地區也出現了頻繁降暴雨現象,并多次觸發洪水和山體滑坡災害。

中國向全球提出解決方案,明確提出2030年“碳達峰”與2060年“碳中和”目標。2022年5月19日,聯合國秘書長古特雷斯在世界氣象組織發表《2021年全球氣候狀況報告》時強調,“人類必須走出化石能源困局”。想實現就要尋找取代傳統能源的技術,讓光伏太陽能、風能發電取代煤炭發電、讓動力電池取代汽車原油。

然而,不少人以為國家只需要多建立光伏電站,就能在發電側端口全面實現碳中和。但是事情往往不會是想象的那么簡單。一方面,光只能在日光充足的情況下才能產生電,而風更是極具不穩定性。不能有太陽有風的時候用電,沒太陽、沒風的時候就停電。不同時段的供需很難達到平衡,給電網運行調度造成了困難;另一方面,晚上沒有辦法利用光進行發電,造成晚上電不夠用,而白天發出的電沒人使用又白白浪費掉,棄風棄光率嚴重。

圖2 削峰填谷原理圖

而解決上述問題,最直接的方法就是發展儲能,配置相應的儲能系統。我們可以把儲能看作是一個大型充電寶,依靠儲能把白天多余的電儲存在電池儲能系統中,等晚上或者需要的時候再釋放。

奧運會、世錦賽、巴黎和會等國內外大型活動的舉辦,都有儲能系統作保障。儲能技術無論對于源側、網側還有用戶側,都起到非常重要的作用,儲能技術的發展可謂也是一片藍海。

儲能技術路線多元化發展

儲能技術根據充放電能源轉換形式物理儲能、電化學儲能和電磁儲能。

首先是物理儲能。物理儲能中,抽水蓄能和壓縮空氣儲能是成熟的技術,而抽水蓄能起主導作用。

抽水蓄能電站通常由兩個海拔高度差的水庫和湖泊組成,多余的電量會通過低處的水抽向高處,到用電高峰期的時候,上面水庫又會向下面水庫放水發電,抽水蓄能哪里都好,但太考驗地理環境了。拿國內最成熟的浙江安吉縣天荒坪抽水蓄能電站舉例,有一定海坡的山山水水的環境,直接讓東北平原、華北平原、長江中下游平原等區域望而卻步。

圖3 儲能技術的分類

其次是電化學儲能。電化學儲能包含液流電池、鉛蓄電池、鋰離子電池、鈉硫電池。爭議較大的鈉硫電池和鋰離子電池。

鈉硫電池比能量高、可大電流充放電、使用壽命長(10～15年),是目前較經濟實用的儲能方法之一。但其需要附加供熱設備來維持溫度,同時過度充電時很危險。

對于鋰離子電池而言。國家能源局在2022年6月29日發布的征求意見稿中規定,為防止電化學儲能電站火災事故,中大型電化學儲能電站不得選用三元鋰電池、鈉硫電池。同時鋰離子電池不得設置在人員密集場所,不得設置在有人居住或活動的建筑物內部或其地下空間。

根據研究顯示,全球電化學儲能作為新型儲能的一種,其裝機持續增長,累計達16.5GW/33.1GWh。2020年全球新增電化學儲能5.3GW/10.7GWh,同比+57%,截至2020年底全球已投運電化學儲能累計裝機16.5GW/33.1GWh,同比+57%,占光伏累計裝機的2.3%。

電化學類儲能配置靈活、建設期短、響應速度快,且性價比高,已經進入商業化嘗試階段,隨著社會和經濟的發展,低成本和安全性成為新型儲能電池的必然要求。

總結

新型儲能技術種類多、建設工藝差異性大,儲能技術的應用場景是非常廣泛的,比如大型工商業區、科技園區、住宅區、各種交通設施、以及大型場館、港口、島嶼、海上石油平臺、隧道,都可見儲能技術的應用。

行業專家們指出,面對不同場景的需求,需要建立涵蓋新型儲能基礎通用、規劃設計、設備試驗、施工驗收等領域的標準體系,并制定新型儲能安全相關標準及多元化應用技術標準。

不管儲能技術最后使用是哪家或者是多家并用,保障系統安全穩定運行是重中之重。2022年3月18日,《“十四五”新型儲能發展實施方案》正式印發,標志著新型儲能正式從商業化初期向規模化發展轉變,但正如方案中四大基本原則提及的,安全始終是儲能發展的生命底線。

在新型儲能產業發展初期,一些缺乏核心技術的企業受政策和補貼吸引進入行業,不規范和不專業導致安全問題時有發生,甚至造成人身傷亡和財產損失。緯景儲能產品把極安全、不易燃不易爆、極高的穩定性作為選擇化學元素的準則。再加上鋅鐵液流電池獨有的安全環保、0起火和0爆炸、長時儲能、超20年服務壽命、低度電成本等優勢,可完全適應不同場景的能量存儲需求,也必然會是未來裝機的重要選項。