新能源發(fā)電和儲能技術(shù)結(jié)合的發(fā)展越來越受全世界的關(guān)注。本號此前介紹過海上風(fēng)電與儲氫技術(shù)結(jié)合、風(fēng)電與新型“納米鹽”儲熱技術(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了用火山石將過剩的電能轉(zhuǎn)化為熱能的新型電熱儲能（ETES）示范項目，設(shè)計儲存容量為130MWh，進(jìn)一步推進(jìn)儲能和新能源發(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：
為應(yīng)對環(huán)境問題，全球正在致力于發(fā)展建設(shè)一個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)作為一個精密控制的系統(tǒng)，需要時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，給電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和運行效率帶來了不小的麻煩。
這就要求現(xiàn)有的電網(wǎng)能夠及時靈活調(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能，這樣如果夜間風(fēng)電發(fā)出的電力高于用戶需求時，可以把剩余電力存儲起來；當(dāng)用電需求高于發(fā)電出力時，系統(tǒng)可以通過儲能設(shè)施及時補(bǔ)充出力，提高電網(wǎng)運行效率。因此儲能對平衡電力系統(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。
儲能技術(shù)選擇
- 西門子歌美颯在選擇儲能技術(shù)路線時，認(rèn)為好的儲能技術(shù)最好具有以下特點：
- 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能的發(fā)展路線。
由上圖可以看出，受系統(tǒng)造價及運行成本的影響，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 /甲烷儲能受到能量循環(huán)效率限制，效率不高；而熱儲能方式可以在儲能規(guī)模、儲能時間長度、循環(huán)效率以及使用壽命上優(yōu)于其他幾類儲能技術(shù)，非常適合電力儲能系統(tǒng)。
西門子歌美颯電熱儲能技術(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)化為熱能存儲起來——即電熱儲能技術(shù)(ETES)，其實這項技術(shù)是基于John Ericsson19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)需要儲能系統(tǒng)發(fā)電時，通過的傳統(tǒng)的蒸汽輪機(jī)就可將儲存的熱能轉(zhuǎn)化為電能。如果與外界隔離好的話，火山石的熱能可以儲存幾個星期。
理論上講，這類項目的裝機(jī)規(guī)模沒有上限。據(jù)了解，最早2025年可以實現(xiàn)1GWh規(guī)模的儲能項目投產(chǎn)。
采用這種儲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能技術(shù)，只需要將電廠的熱島部分進(jìn)行升級改造，其余的部分都可以重新使用，提高了現(xiàn)有社會資源的使用。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。
