电从哪里来?

以电力大规模应用为代表的第二次工业革命开创了电力时代。随着人工智能、物联网、大数据、云计算技术的发展,一批批科技新秀层出不穷。在现代社会高速发展的今天,人们对电力的依赖越来越强,快递、外卖、网上购物、打车软件,各个领域都必然用到电。一旦发生长时间停电,那无疑就是灭顶之灾,甚至严重影响到人类的生存。

那么电究竟是怎么来的呢?

从传统意义讲,电一般都是由发电厂来发出的,主要包含水力发电,风力发电,火力发电和太阳能发电等等。发出来的电经过高压线路传输到用电端,由于远距离的传输会存在着一些损耗,损耗来源主要为线路电流的大小,功率不变的情况下,电压越高,电流就越小,损耗也就越小,因此根据不同输电线路的要求,发电端的电由变电站将电压升高,通过输电站传输到用电地区。然后经过用电地区的降压变电站的逐级降压,最后通过配电传到用户家中。

图1电从哪里来

因此,保证电网的稳定并正常工作显得尤为重要。全球历史上发生过一系列重大停电事故,这些停电事故每次都会影响几百万人甚至上千万人,其中发生于印度的停电事故甚至造成了地球上1/10的人口无法用电。电对于现代社会来说,如同水和阳光,一时一刻也缺少不了。因此,储电也变得十分关键。
发展储能的必要性
国内发电基本上用的是煤炭发电,自第二次工业革命以来,路上跑的汽车大多数都是石油驱动的。无论是发电还是奔驰的汽车,两者产生大量的二氧化碳排放到大气中,促使温室效应的加剧,导致全球各种极端天气频发。美国西部大部分地区出现长达20年的干旱,2020年夏季至2021年夏季的高温和低降水量,导致干旱形势变得更加严峻;除此之外,位于巴西东北部、东南部等地区也出现了频繁降暴雨现象,并多次触发洪水和山体滑坡灾害。
中国向全球提出解决方案,明确提出2030年“碳达峰”与2060年“碳中和”目标。2022年5月19日,联合国秘书长古特雷斯在世界气象组织发表《2021年全球气候状况报告》时强调,“人类必须走出化石能源困局”。想实现就要寻找取代传统能源的技术,让光伏太阳能、风能发电取代煤炭发电、让动力电池取代汽车原油。
然而,不少人以为国家只需要多建立光伏电站,就能在发电侧端口全面实现碳中和。但是事情往往不会是想象的那么简单。一方面,光只能在日光充足的情况下才能产生电,而风更是极具不稳定性。不能有太阳有风的时候用电,没太阳、没风的时候就停电。不同时段的供需很难达到平衡,给电网运行调度造成了困难;另一方面,晚上没有办法利用光进行发电,造成晚上电不够用,而白天发出的电没人使用又白白浪费掉,弃风弃光率严重。 而解决上述问题,最直接的方法就是发展储能,配置相应的储能系统。我们可以把储能看作是一个大型充电宝,依靠储能把白天多余的电储存在电池储能系统中,等晚上或者需要的时候再释放。
奥运会、世锦赛、巴黎和会等国内外大型活动的举办,都有储能系统作保障。储能技术无论对于源侧、网侧还有用户侧,都起到非常重要的作用,储能技术的发展可谓也是一片蓝海。
储能技术路线多元化发展
储能技术根据充放电能源转换形式物理储能、电化学储能和电磁储能。
首先是物理储能。物理储能中,抽水蓄能和压缩空气储能是成熟的技术,而抽水蓄能起主导作用。
抽水蓄能电站通常由两个海拔高度差的水库和湖泊组成,多余的电量会通过低处的水抽向高处,到用电高峰期的时候,上面水库又会向下面水库放水发电,抽水蓄能哪里都好,但太考验地理环境了。拿国内最成熟的浙江安吉县天荒坪抽水蓄能电站举例,有一定海坡的山山水水的环境,直接让东北平原、华北平原、长江中下游平原等区域望而却步。 其次是电化学储能。电化学储能包含液流电池、铅蓄电池、锂离子电池、钠硫电池。争议较大的钠硫电池和锂离子电池。
钠硫电池比能量高、可大电流充放电、使用寿命长(10～15年),是目前较经济实用的储能方法之一。但其需要附加供热设备来维持温度,同时过度充电时很危险。
对于锂离子电池而言。国家能源局在2022年6月29日发布的征求意见稿中规定,为防止电化学储能电站火灾事故,中大型电化学储能电站不得选用三元锂电池、钠硫电池。同时锂离子电池不得设置在人员密集场所,不得设置在有人居住或活动的建筑物内部或其地下空间。
根据研究显示,全球电化学储能作为新型储能的一种,其装机持续增长,累计达16.5GW/33.1GWh。2020年全球新增电化学储能5.3GW/10.7GWh,同比+57%,截至2020年底全球已投运电化学储能累计装机16.5GW/33.1GWh,同比+57%,占光伏累计装机的2.3%。
电化学类储能配置灵活、建设期短、响应速度快,且性价比高,已经进入商业化尝试阶段,随着社会和经济的发展,低成本和安全性成为新型储能电池的必然要求。
总结
新型储能技术种类多、建设工艺差异性大,储能技术的应用场景是非常广泛的,比如大型工商业区、科技园区、住宅区、各种交通设施、以及大型场馆、港口、岛屿、海上石油平台、隧道,都可见储能技术的应用。
行业专家们指出,面对不同场景的需求,需要建立涵盖新型储能基础通用、规划设计、设备试验、施工验收等领域的标准体系,并制定新型储能安全相关标准及多元化应用技术标准。
不管储能技术最后使用是哪家或者是多家并用,保障系统安全稳定运行是重中之重。2022年3月18日,《“十四五”新型储能发展实施方案》正式印发,标志着新型储能正式从商业化初期向规模化发展转变,但正如方案中四大基本原则提及的,安全始终是储能发展的生命底线。
在新型储能产业发展初期,一些缺乏核心技术的企业受政策和补贴吸引进入行业,不规范和不专业导致安全问题时有发生,甚至造成人身伤亡和财产损失。纬景储能产品把极安全、不易燃不易爆、极高的稳定性作为选择化学元素的准则。再加上锌铁液流电池独有的安全环保、0起火和0爆炸、长时储能、超20年服务寿命、低度电成本等优势,可完全适应不同场景的能量存储需求,也必然会是未来装机的重要选项。