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編者按：全球的能源危機(jī)問題，使得可再生能源得到全球的重視，對于德國而言，可再生能源是最重要的電力來源，為此德國成立了專門的EEG法案為增加可再生能源的份額，2019年初德國的可再生能源占的比例已經(jīng)接近百分之四十。
可再生能源是德國最重要的電力來源，德國的EEG法案就是為了增加可再生能源的份額而誕生的。截止到2019年初，德國的可再生能源所占的比例已經(jīng)達(dá)到38%，根據(jù)EEG法案的要求，到2025年可再生能源所占的比例將達(dá)到40%-45%。
可再生能源是德國最重要的電力來源，德國的EEG法案就是為了增加可再生能源的份額而誕生的。截止到2019年初，德國的可再生能源所占的比例已經(jīng)達(dá)到38%，根據(jù)EEG法案的要求，到2025年可再生能源所占的比例將達(dá)到40%-45%。
(圖中綠色部分為可再生能源所占比例)
通過右圖可以看到，風(fēng)能16.3%，水電3.1%，生物質(zhì)發(fā)電和太陽能分別為6.9%和6.1%。其中風(fēng)能和太陽能占22.4%。那么問題來了，風(fēng)能和太陽能都是看天吃飯的能源，具有很強(qiáng)的不穩(wěn)定性。隨著可再生能源的擴(kuò)張，這種不穩(wěn)定性會逐漸擴(kuò)大。如何保證電網(wǎng)或者能源的平穩(wěn)安全，就成了德國能源革命的重要目標(biāo)。解決這一問題的其中一個有效方法就是儲能技術(shù)。
目前德國儲能方面有哪些技術(shù)措施呢？主要有如下幾種：
1.光伏電池儲能(power to battery)，也就是戶用光伏發(fā)電系統(tǒng)配備鋰電池儲能。隨著德國電價的上升，電池價格的下降，越來越多的用戶選擇鋰電池作為儲能設(shè)備。有些用戶甚至可以做到電費0支出。
2.電動汽車電池儲能，技術(shù)原理就是將汽車電池作為儲能電池使用。電動車的普及也使得這種技術(shù)大規(guī)模推廣成為了現(xiàn)實。
3.最經(jīng)典的抽水蓄能，電力富余時，通過水泵將電能轉(zhuǎn)化為勢能。電力不足時，勢能轉(zhuǎn)化為電能。
4.熱儲能，將電能轉(zhuǎn)化為熱能，比如說，通過蓄熱罐，將通過電加熱后的熱水存儲起來，用于供熱。德國2018年可再生能源在供熱制冷方面所占的比例為14%，這也使得蓄熱罐作為儲能手段具有了很強(qiáng)的可行性。目前，德國研究人員又提出了一種新理念，將可再生能源產(chǎn)生的熱量存儲在巨大的液態(tài)鹽箱中，其溫度可達(dá)到400-500℃，可以代替鍋爐。這樣，對于利用現(xiàn)有火電廠汽輪機(jī)設(shè)備，再將熱能轉(zhuǎn)為電能。由于技術(shù)，成本，設(shè)備等諸多因素，還沒有實現(xiàn)量產(chǎn)。但是我個人非?？春眠@個技術(shù)手段，我國是工業(yè)大國，目前的工業(yè)廢水處理技術(shù)是通過蒸發(fā)結(jié)晶得到純度很高的單組分鹽，一方面變危廢為寶，另一方面降低成本。
5.電轉(zhuǎn)氣儲能，將可再生能源轉(zhuǎn)化為氫氣，電解水后得到氫氣。
上圖為電解水制氫的原理圖
對于我國來說，鋰電池的成本相對還是過高，單獨將鋰電池作為儲能手段不太現(xiàn)實，如果通過廢舊電池回收或者電動汽車電池回收，那另當(dāng)別論。對于熱儲能，具體來說是再生能源供熱，山西的熱價格也是相對很低的，因此也不現(xiàn)實。抽水蓄能已經(jīng)有很多案例了，但是山西不具備這樣的條件。電轉(zhuǎn)氣儲能對于山西來說可能是最可行的措施。德國氫氣儲能技術(shù)中，非常具有參考性的就是施普倫貝格多能互補(bǔ)集成發(fā)電系統(tǒng)(Multi-Energie-Kraftwerk Sperenberg)項目位于德國布蘭登堡州小鎮(zhèn)施普倫貝格。系統(tǒng)采用先進(jìn)的能源管理技術(shù)，將風(fēng)電和光電耦合，一部分電量可以直接并網(wǎng)，多余的電量制得的氫氣可以儲存或者并入當(dāng)?shù)厝細(xì)夤芫W(wǎng)。非常具體創(chuàng)新性，也非常符合我國目前能源結(jié)構(gòu)的要求。
該系統(tǒng)主要由以下組成：
1.5MW電解水制氫設(shè)備；2.光伏電站；3.風(fēng)力電站；4.燃?xì)怆姀S；5.儲氣系統(tǒng)；6.系統(tǒng)內(nèi)變電站及現(xiàn)有中高壓變電站(并網(wǎng)使用)
項目位于德國布蘭登堡州小鎮(zhèn)施普倫貝格，緊鄰一回220kV電源，一回380kV電源，為并網(wǎng)發(fā)電提供了有利條件。同時項目緊鄰一條當(dāng)?shù)氐奶烊粴夤艿溃瑸闅錃獠⒕W(wǎng)也提供有利條件。
風(fēng)力場及光伏電站，風(fēng)力發(fā)電機(jī)數(shù)量有45臺，每臺發(fā)電機(jī)功率約為3-4MW，可為12萬戶家庭提供足夠的電量。電站功率主要集中在0-36MW之間，峰值功率可達(dá)到120MW。光伏電站裝機(jī)容量為10MW。
電解制氫裝置：模塊化5MW電解系統(tǒng)，采用3D電極，氣體-液體兩相流，有效增加點解效率。該裝置可利用盈余電力生產(chǎn)氫氣，通過管路，送往儲氣罐。
氣體管道及儲氣裝置：通過氣體運輸管道，可將制得的氫氣送入燃?xì)饩W(wǎng)供市政供熱。或通過儲氣裝置將氫氣儲存在Thyhof燃?xì)獍l(fā)電站，儲氣罐容量為48萬m3，可單獨儲存氫氣使用。
燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組：一方面，該設(shè)備可為氫氣適配的燃?xì)廨啓C(jī)做相關(guān)研究；另一方面，該燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組可消納制得的氫氣，起到到調(diào)峰作用。
該系統(tǒng)的主要特點如下：1.風(fēng)/光互補(bǔ)-更多的清潔能源2.更均勻的電力輸出3.更好的經(jīng)濟(jì)效益4.充分利用電力盈余5.氫氣用于交通6.大規(guī)模儲能(氫氣的能量密度很高)7.氫氣可由燃?xì)怆姀S再轉(zhuǎn)換為電能。
Multi-Energie-Kraftwerk Sperenberg項目的主要難點有兩個，一個是控制系統(tǒng)，一個是氣體系統(tǒng)。如何保證各個電源有效配合，靈活適應(yīng)用電側(cè)負(fù)荷，同時保證供電的安全性，對控制系統(tǒng)提出了極高的要求。同時氫氣的存儲，以及燃?xì)廨啓C(jī)在天然氣與氫氣之間的切換，也是一個難點。我們山西有著極其豐富的煤層氣資源，瓦斯發(fā)電站裝機(jī)容量也在逐年增加；晉北地區(qū)天高云淡，是光伏發(fā)電的理想環(huán)境，太行呂梁二山山巔上的風(fēng)電廠也在為百姓提供清潔的能源。很多條件都與本項目類似，不難看出，Multi-Energie-Kraftwerk Sperenberg項目中確實有許多值得我們借鑒的經(jīng)驗。
原標(biāo)題：淺談德國能源革命中儲能的經(jīng)驗
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