化石能源呈逐年下降趋势,化石能源在整个 20 世纪所占的份额均在93%以上,其中煤炭能源占为主要部分,2050 年化石能源份额将减至 70%以下。
对新能源和可再生能源的研究和开发,寻求提高能源利用率的先进方法,已成为全球共同关注的首要问题。对中国这样一个能源生产和消费大国来说,既有节能减排的需求,也有能源增长以支撑经济发展的需要,这就需要大力发展储能产业。
日益增长的能源消费,特别是煤炭、石油等化石燃料的大量使用对环境和全球气候所带来的影响使得人类可持续发展的目标面临严峻威胁。据预测,如按现有开采不可再生能源的技术和连续不断地日夜消耗这些化石燃料的速率来推算,煤、天然气和石油的可使用有效年限分别为100年~120年、30年~50年和18年~30年。显然,21世纪所面临的最大难题及困境可能不是战争及食品,而是能源。
储能本身不是新兴的技术,但从产业角度来说却是刚刚出现,正处在起步阶段。到目前为止,中国没有达到类似美国、日本将储能当作一个独立产业加以看待并出台专门扶持政策的程度,尤其在缺乏为储能付费机制的前提下,储能产业的商业化模式尚未成形。
我国现有系统中储能主要分布在新疆、青海和四川。仍能源分布可见能,容量仅占总装机容量1.7%左右,远没有达到东部地区京、津、冀、鲁、苏、沪、浙、闽、粤的合理水平,且尚未建立用于瞬态电能质量管理。近20年来,我国由于系统失稳造成的大停电。事故已达140余起,每次损失数千万元乃至数亿。因此,迫切需要建立起以多点储能装置支撑东西部资源发展不均,有效地支持电网的系统电压和频率,稳定我国特有的电力系统结构。
当前我国储能技术的现实需求有如下几方面:
1.风力发电
风力发电自身所固有的随机性、间歇性特征,决定了其规模化发展必然会对电网安全运行带来显著影响,另外风力发电往往在后半夜进入发电高峰,而此时正是用电低谷,所以弃风现象严重。因此必须要有先进的大容量储能技术做支撑,以稳定风机输出,且能错时发电,提高风力发电机组的利用率,降低损耗。
研究表明,如果风电装机占装机总量的比例在10%以内,依靠传统电网技术以及增加水电、燃气机组等手段基本可以保证电网安全;但如果所占比例达到20%甚至更高,电网的调峰能力和安全运行将面临巨大挑战。目前为了减少对电网的冲击,每一台风机需要配备其功率4%的后备蓄电池。另外还需要大约相当于其功率1%的蓄电池用于紧急情况时收风叶以保护风机。电网对风电输出平稳性的要求已成为风电发展的瓶颈。随着风电的快速发展,风电与电网的矛盾越来越突出。如果需要平滑风电90%以上的电力输出,需要为风电场配置20%左右额定功率的储能电池;如果希望风电场还能具有削峰填谷的功能,将需要配备相当于40-50%功率的动态储能电池;如果风机离网发电,则需要更大比例的动态储能电池。
中国风能协会预计2020年中国风电装机会突破150GW,将占到全国发电量的10%左右。
风电产业的快速发展,特别是我国的多数风电场属于“大规模集中开发、远距离输送”,对电网的运行和控制提出了严峻挑战。大容量储能产品成为解决电网与风电之间矛盾的关键因素。即使按照风电调控最低要求计算,5%的风电储能比例,2009年储能电池的需求就将达到1GW,2020年储能电池的需求将达到5GW;如果需要平滑90%以上的风电输出,储能电池的需求还要增加3倍以上。