新能源發(fā)電和儲(chǔ)能技術(shù)結(jié)合的發(fā)展越來越受全世界的關(guān)注。本號(hào)此前介紹過海上風(fēng)電與儲(chǔ)氫技術(shù)結(jié)合、風(fēng)電與新型“納米鹽”儲(chǔ)熱技術(shù)結(jié)合，引起了各位海粉兒的關(guān)注。近日，西門子歌美颯宣布在德國北部的漢堡正式投運(yùn)了用火山石將過剩的電能轉(zhuǎn)化為熱能的新型電熱儲(chǔ)能（ETES）示范項(xiàng)目，設(shè)計(jì)儲(chǔ)存容量為130MWh，進(jìn)一步推進(jìn)儲(chǔ)能和新能源發(fā)電結(jié)合、與電網(wǎng)結(jié)合技術(shù)的發(fā)展。
引言
顯而易見，電力已經(jīng)是人類生產(chǎn)生活不可或缺的一部分，日常生活中電子設(shè)備用電、夜晚照明，工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備供電，甚至越來越多的交通工具也轉(zhuǎn)向使用電力。幾十年來，能源利用格局在變化，電力行業(yè)也呈現(xiàn)出一些新的特點(diǎn)：
·為應(yīng)對(duì)環(huán)境問題，全球正在致力于發(fā)展建設(shè)一個(gè)全新的可再生能源系統(tǒng)，發(fā)電側(cè)的結(jié)構(gòu)在變化；
·高電壓和離網(wǎng)解決方案技術(shù)的突破，使電力遠(yuǎn)距離輸送越來成熟，原來越充足；
·“智能建筑”等數(shù)字技術(shù)的發(fā)展和需求側(cè)管理日益完善，幫助用戶可以更高效地使用電力；
對(duì)于電力可靠性的要求和電力系統(tǒng)智能化要求越來越高。
但是，現(xiàn)在的電網(wǎng)和很多大型火電廠一樣，大都是幾十年前建成（當(dāng)然國內(nèi)電網(wǎng)的建設(shè)還是日新月異、發(fā)展迅速的），這樣的系統(tǒng)在應(yīng)對(duì)未來能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型中“前景黯淡”。
特別是隨著近些年可再生能源發(fā)電的不斷增長和傳統(tǒng)能源發(fā)電的逐步式微，可再生能源在電力系統(tǒng)中的“滲透率”越來越高。電網(wǎng)作為一個(gè)精密控制的系統(tǒng)，需要時(shí)刻保證電力供需雙方的平衡，而風(fēng)電和太陽能發(fā)電具有間歇性的特點(diǎn)，給電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和運(yùn)行效率帶來了不小的麻煩。
可再生能源滲透率的影響
這就要求現(xiàn)有的電網(wǎng)能夠及時(shí)靈活調(diào)整，以適應(yīng)用電需求變化以及可再生能源發(fā)電的波。辦法之一就是增加儲(chǔ)能，這樣如果夜間風(fēng)電發(fā)出的電力高于用戶需求時(shí)，可以把剩余電力存儲(chǔ)起來；當(dāng)用電需求高于發(fā)電出力時(shí)，系統(tǒng)可以通過儲(chǔ)能設(shè)施及時(shí)補(bǔ)充出力，提高電網(wǎng)運(yùn)行效率。因此儲(chǔ)能對(duì)平衡電力系統(tǒng)具有非常重要的作用，可以使電網(wǎng)系統(tǒng)更加穩(wěn)定、可靠。
儲(chǔ)能技術(shù)選擇
西門子歌美颯在選擇儲(chǔ)能技術(shù)路線時(shí)，認(rèn)為好的儲(chǔ)能技術(shù)最好具有以下特點(diǎn)：
·可以利用現(xiàn)有電力基礎(chǔ)設(shè)施
·技術(shù)簡單可靠
·效率高、經(jīng)濟(jì)可行
·可以大規(guī)模應(yīng)用
·不受地理環(huán)境限制（例如在山區(qū)）
·有利于環(huán)境保護(hù)
基于以上原因考慮，雖然現(xiàn)今普遍使用的儲(chǔ)能電池是未來能源轉(zhuǎn)型中的一支重要力量，但是很明顯不能滿足西門子歌美颯的要求。
經(jīng)研究考慮，西門子歌美颯選擇采用熱儲(chǔ)能的發(fā)展路線。
幾種儲(chǔ)能技術(shù)的比較 Source：SGER
由上圖可以看出，受系統(tǒng)造價(jià)及運(yùn)行成本的影響，電池（包括液流電池）比較適合于中小規(guī)模的儲(chǔ)能系統(tǒng)；抽水蓄能雖然裝機(jī)容量比較高，但是系統(tǒng)建設(shè)受到自然條件的影響，大規(guī)模推廣存在困難；H2 /甲烷儲(chǔ)能受到能量循環(huán)效率限制，效率不高；而熱儲(chǔ)能方式可以在儲(chǔ)能規(guī)模、儲(chǔ)能時(shí)間長度、循環(huán)效率以及使用壽命上優(yōu)于其他幾類儲(chǔ)能技術(shù)，非常適合電力儲(chǔ)能系統(tǒng)。
西門子歌美颯電熱儲(chǔ)能技術(shù)
大約10年前，西門子歌美颯的技術(shù)人員開始開發(fā)研究一種低成本、大規(guī)模的儲(chǔ)能系統(tǒng)解決方案，用火山石將過剩的電能轉(zhuǎn)化為熱能存儲(chǔ)起來 —— 即電熱儲(chǔ)能技術(shù)(ETES)，其實(shí)這項(xiàng)技術(shù)是基于John Ericsson 19世紀(jì)50年代提出的想法基礎(chǔ)上開發(fā)。
這種技術(shù)的儲(chǔ)能原理很簡單，就是將可再生能源產(chǎn)生的多余電能，通過用一種巨大的“吹風(fēng)機(jī)”，將成千上萬噸的火山碎石加熱到600攝氏度，從而將電能轉(zhuǎn)化為熱能；當(dāng)電網(wǎng)需要儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)電時(shí)，通過的傳統(tǒng)的蒸汽輪機(jī)就可將儲(chǔ)存的熱能轉(zhuǎn)化為電能。如果與外界隔離好的話，火山石的熱能可以儲(chǔ)存幾個(gè)星期。
理論上講，這類項(xiàng)目的裝機(jī)規(guī)模沒有上限。據(jù)了解，最早2025年可以實(shí)現(xiàn)1GWh規(guī)模的儲(chǔ)能項(xiàng)目投產(chǎn)。
采用這種儲(chǔ)能方式不僅能與可再生能源相結(jié)合，而且可以與傳統(tǒng)的發(fā)電廠結(jié)合，因此不需要浪費(fèi)資源將舊發(fā)電廠處理。基本上熱力發(fā)電廠都可以使用這種儲(chǔ)能技術(shù)，只需要將電廠的熱島部分進(jìn)行升級(jí)改造，其余的部分都可以重新使用，提高了現(xiàn)有社會(huì)資源的使用。當(dāng)然也可以和能源密集型行業(yè)結(jié)合，比如鋼鐵行業(yè)等。
西門子歌美颯ETES項(xiàng)目介紹
·西門子歌美颯ETES示范項(xiàng)目于2019年投入試運(yùn)行，項(xiàng)目基本情況：
·項(xiàng)目獲得了德國經(jīng)濟(jì)能源部的經(jīng)費(fèi)支持
·使用了超過1000噸的火山石，火山石溫度可被加熱到600攝氏度，存儲(chǔ)能量高達(dá)130MWh
·系統(tǒng)可通過傳統(tǒng)蒸汽輪機(jī)將熱能轉(zhuǎn)化成電能
·發(fā)電機(jī)能夠以1.4MW的額定功率連續(xù)發(fā)電24小時(shí)
結(jié)語
本號(hào)此前介紹的“納米鹽”儲(chǔ)能技術(shù)也是一種熱儲(chǔ)能的方式，相比較，小編認(rèn)為“納米鹽”儲(chǔ)能技術(shù)的儲(chǔ)能保存時(shí)間較長且儲(chǔ)能效率高，而火山石儲(chǔ)能的系統(tǒng)規(guī)?？梢宰龅母蟆?/div>
