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环保

建设新型能源体系难点在哪?专家:需要长时、规模化、安全、无地域限制的储能技术

日期:2022-11-21 来源:中国环境 责任编辑:马东

        四年前,河南省兰考县成为全国首个农村能源革命试点建设示范县。如今,四年过去,全县的电力完全由风能、太阳能和垃圾发电来解决,已经实现了百分之百的可再生能源,成为能源转型的一个典型。

        党的二十大报告提出,积极稳妥推进碳达峰、碳中和,要深入推进能源革命,加快规划建设新型能源体系,加强能源产供储销体系建设,确保能源安全。

        “双碳目标的实现,实际上就意味着革命性的能源转型。未来碳中和时代,我们会有全新的新能源体系,这个体系主要是以光电、风电以及核能等再生能源为主导。”中国科学院院士、南方科技大学讲席教授、碳中和能源研究院院长、中国碳中和五十人论坛成员赵天寿在11月19日举办的中国低碳城市发展论坛上表示。

        不过,尽管建立新型能源体系航向已定,但从现在的能源结构发展到未来碳中和的能源结构,仍然任重道远。

        储能是建设新型能源体系中的关键一环

            “要真正实现碳中和,可再生能源的占比至少要达到60%以上。有了绿色的能量,建筑用能、零碳交通、工业用能等最终能实现真正的碳中和的目标。”赵天寿院士说。

        全新的新能源体系与我国可再生能源紧密相关。然而,就我国资源能源禀赋来看,新型能源能否成为未来我国能源结构的主导?

        “一讲到能源资源禀赋,经常会提到六个字‘富煤、缺油,少气’。但这六个字不能准确地描述我国的资源禀赋。”中国工程院院士、原副院长、国家能源咨询专家委员会副主任、中国碳中和五十人论坛主席杜祥琬指出:“丰富的可再生能源资源,是我国能源资源禀赋的重要组成部分,一定要把这个认识确立起来。”

        据杜祥琬院士介绍,我国丰富的可再生资源也是我国的能源资源禀赋,推动能源低碳转型,资源基础是丰厚的,这是前提。目前我国已经开发的可再生能源不到技术可开发资源量的十分之一。

        规划建设新型能源体系,某种程度上说,也是构建新能源占比逐渐提高的新型电力系统。但可再生能源具有分散性、不稳定性和间歇性等特点,难以输出优质电力。

        对此,杜祥琬院士表示:“需要纵向的源网荷储和横向多能互补相结合,将新能源和智能电网、储能这样一些灵活性资源相集成,使我们的系统具备柔性、平衡,达到优质电力的输出。”

        “实际上,最有效的办法就是要发展储能技术,储能可平移能量的波动,实现能量的平滑、稳定,最终提高实际的利用的水平。”赵天寿院士认为,“将来,储能是新型能源体系中非常关键的一个环节。”

        中长时储能技术缺口成“卡脖子”之困

        据了解,现在我国主要靠火电调整储能,供需的匹配。未来,可再生成为主体的时候,需要储能技术、储能装备来调节供需的匹配。

        赵天寿院士介绍,新型能源体系的储能不同于现在电动汽车或者是手机的电池,而是兆瓦级的大型储能设备,其有若干非常重要的苛刻要求。

        “由于可再生能源,光能和风能是分散的,所以储能装置、储能装备不应该有地域和地理的限制,另外安全非常重要,高效、成本、长寿命,这些都是对储能技术的一些具体的要求。”赵天寿院士告诉记者。

        据介绍,现有的储能技术较多,基本上就是物理和化学的区别。常用的技术包括机械储能、电磁储能、电池储能、燃料储能和冷热储能等。

        例如,抽水蓄能是一种物理机械的储能,主要是通过将不稳定的电把水从低处打到高处,然后再通过水力进行发电,其在所有储能技术里边最可靠,可以实现长时大规模处理。

        但抽水蓄能面临的最大的问题是有地域的限制。一个地方风能、光能非常丰富,不一定有山、有水;有山、有水的地方不一定光能和风能丰富。另外,抽水蓄能设备建设的周期较长,而且要通过严格的环评审批,需要时间长。因此,尽管这种技术比较成熟,但是缺点也很明显。

        其他各类储能技术也存在不同的优劣势。例如锂离子电池作为大型储能存在安全问题,液流电池成本太高,氢燃料储能面临储氢、运氢的技术的挑战……

        “建立新型电力系统,需要各种类型的储能技术,从实践上分秒级的、小时级的还有天、月甚至年的长时储能。”赵天寿院士指出,“目前,对分秒级调频的储能技术,我们基本上能够满足要求,对移动的储能也基本上能满足要求,但中长时的储能技术还存在一些技术缺口,还有储能设备的安全问题也仍是一个难题。”

        探寻变革性的储能技术也是破局之道

        “要实现碳中和,我们最需要需要长时、规模化、安全、无地域限制的储能技术。”赵天寿院士认为,“现有的储能技术有优势,但是也有局限性,在加大科技创新克服现有技术局限性的同时,探寻变革性的储能技术也非常重要。”

        据了解,赵天寿院士及其团队发明了新型电燃料储能技术,是一项极具潜力的技术,可以为未来大规模长时、不受地域的储能技术发展提供新的思路。

        电燃料是一种液态的能量载体,液体电燃料储能系统包含电燃料、电燃料充电器和电燃料电池三部分。这套技术可以随时随地把遍布在大地上的风能、光能变化为电燃料,使用者可以将事先在充电站充好电的载电液体直接灌入电燃料电池中,用于放电和后续使用,让充电像加油一样简单。

        记者查阅资料了解到,电燃料电池的电极专用于放电,因此性能更高、寿命更长。从环保的角度看,液体电燃料充电装置和电燃料电池中不使用有害贵金属,电燃料可回收并重复利用,克服了锂离子电池、铅酸电池等不可回收的缺陷。与传统液流电池既要能充电又要能放电不同的是,在液体电燃料系统中,充电和放电单元是相互独立的。充电过程在专门的电站中实现,放电过程则发生在分散的放电设备上,只需输送液体电燃料就可完成能量在时间和空间上的转移,因此更加灵活,不受地理限制。而液态电燃料包括有机、无机的和物体悬殊在电解液中的纳米的燃料。据报道,纳米电燃料卓越的传热能力使液流电池成为电动汽车比目前使用的电池更安全的选择。

        香港理工大学机械工程系副教授安亮团队曾在《细胞报告—物理科学》发表论文,报道了一种电燃料电池,使用高反应活性电燃料以及不依赖催化剂的石墨毡电极,显著提高了液体电燃料电池的功率密度和能量效率。这也证明了电燃料储能思路的可行性。

        “目前已经研发出千瓦级的电燃料电池充电装置,这个装置还需要进一步扩大成兆瓦级的。”赵天寿院士告诉记者,“我们未来要做的示范,包括光电和风电通过液体电燃料系统进行并网、离网用电等。“

        原题:建设新型能源体系难点在哪?专家:需要长时、规模化、安全、无地域限制的储能技术

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