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可再生能能源在儲能上面的應用與發展

文章出處:人氣:2816發表時間:2016-12-27

眾可周知,電力輸送網絡是我們日常生活中最普通不過的東西,但是真正認識它的人并不多。它存在于我們日常生活之中,提供給我們亮燈、夏天空調等等的需要。然而,由于電力網絡本身并無任何儲存能量的能力,所以如何管理網絡中能量的流向以保持電力供應與電力需求平衡成了一個很大的技術問題。為了滿足當前電力的需要,發電機組必須時而減速,時而加速來適應網絡電力需求的變化。這種做法需要付出很大的代價。人們曾經設計一些可以儲能的廠房使系統能夠在傍晚時段儲存一些過量的電能,然后在電力需求的高峰時段把電能釋放出來,以期減少昂貴的天然氣的耗費。但是,其實這是很難做得到的。至今仍沒有找出可靠的新方法。
    回顧到十九世紀九十年代,人們用泵水儲能的方法,將暫時多余的電力轉變成水的勢能。其實這就是利用可再生能源技術解決電力輸送網絡儲能問題的一種方法,F在,可再生能源應用日益廣泛再次喚起了人們在這方面的注意力。諸如新能源市場的涌現、廣泛使用插入式復合動力的電動汽車、力求減少對石油進口的依賴等等。

    一些工程師和投資者相信在輸電網絡中加入大容量的儲能裝置能改善其對負荷多變的適應性,能簡化其調節供求平衡的操作。但另一些人卻認為這個投資不值得。因為現今儲存每千瓦電能所需的費用遠遠高于每千瓦電能的發電成本。這確是不爭的事實。但是在這其中引入可再生能源技術,情況就大不相同了。令風力發電和太陽能發電向電網輸入電能就可以達到互相補充、互相調節的目的。任何技術能達到這個目的就能使可再生能源大大增值。這是一個雙贏的戰略。

    鑒于電網中供電高峰期和非高峰期的電價不同,目前廣泛使用的儲能方法是在供電非高峰期用電力將水泵往高處儲存起來。當前美國用這種方法儲能的容量為2萬兆瓦,相當于20個大型發電廠的發電容量。另一個正在使用的儲能方法是壓縮空氣儲能(CAES),這是一個既能發電又可儲能的雙用系統。例如美國阿拉巴馬(Alabama)的系統,它就是把壓縮空氣儲存在地下的鹽穹或地下蓄水層中的一個例子。事實證明,上述兩個方法都適用于100兆瓦或更大的發電系統。在電力需求增加而需要架設新的電力輸送線路的地方加設電解液電池和高溫硫化鈉電池也是滿足電力分站超負荷的辦法之一。有時,有些用戶只需要暫短時間的儲能(例如大功率、小能量的情況),這些情況往往發生在電網頻率的調整、應付瞬間的反應、旋轉起動或某電站突然發生事故等。在超載程度不是太嚴重的條件下,使用飛輪和超大容量的電容器是應付短期儲能的理想方案。改進現有蓄電池的性能將對儲能技術的應用產生巨大影響。它能使儲能更好地應用到摩天大樓、遠離電網的社區、交通運輸事業等。目前在世界各地的許多邊遠地區仍然依賴昂貴的柴油發電和小型的燃燒石油燃料的發電廠。在這些地區,如能用上可再生能源配上小型的送電網絡將可以大大減少石油燃料的使用。即使在市區的建筑物,也可以利用可再生能源技術配合蓄電池儲能改善電網供電的可靠性和供電質量。許多建筑物,由于空調的需要,最大耗電的時段就發生在太陽能光發電最大輸出后的幾個小時。借助于蓄電池的儲能作用,把太陽能光發電的最大輸出時段遲緩幾個小時,就正好能減少建筑物空調對電網電力的需求。這樣就能減少建筑物的電費開支。

    風能是配合電網儲能的重要可再生能源之一。誰都知道:“風總是一陣陣的,從來沒有連續吹的風”。所以在風能發電中必須有儲能的裝置來處理風力的起伏。而且還必須顧及實際供電網中的各種復雜情況。幾乎到處都有風的存在,所以風能利用覆蓋的面積越大,獲得能源的可靠性也越高。不過,目前的許多討論仍然局限于以風力儲能的瞬期利用。其實早已有人提出了新的提案:調整風力發電的輸出,使之與儲能系統相互配合,以達到增加遠距離送電負荷能力的目的。這些儲能利用必須能夠通過儲能成本、輸送成本和緩和電力供求差異起伏帶來損失等等的經濟性審核。

    風力發電是否需要儲存最終取決于經濟成本和所得的利益。當然,好處在于減少了石油燃料的使用及減少隨之而來的污染排放。而代價是建造和運作風力發電成本的增加。

    綜合上述的評論,可以得到以下結論:
 在電網系統中加入高達20%的風力,其整體成本有所增加,但增加程度是適量的,是可以接受的。

    推行這個計劃的最主要障礙是無法在一小時或一天之前就得知有無風力的氣象預報。這大大妨礙了減少系統設備的投資。

    人們建議在不同的地方設立多個風力發電站,同一時間,在不同地方有不同的風力,因而也有不同的電力輸出,連接在同一系統就可以達到互補的作用。
利用可再生能源技術解決電力網儲能問題的一個實用方案是推行復合能源的電力汽車。這已成為消費者市場的一個主流。電動汽車對消費者具有很大吸引力,這是因為無論在電網的任何地方,車主都可以得到比汽油燃料便宜得多和清潔多的電能。與現有的復合動力相似,這種插入式復合動力汽車(PHEV)有一組電池和一個內燃式引擎。所不同的是這種插入式復合動力汽車的電池組更大而且有一個插入式充電器。在汽車停泊的任何地方。電池幾乎都能被完全充電。有一種稱為PHEV-40的電動汽車一次充電后就可以行駛40英哩。當電池電量用完又無處充電時,汽油或柴油引擎就可像傳統復合動力車輛一樣投入運行。根據調查,在美國駕車行駛行程通常不會超過40英哩,這包括平日上下班的人士也是這樣,所以這種PHEV插入式復合動力汽車將可為美國駕車人士節省50%甚至更多的汽油。

    太陽能熱利用是利用可再生能源解決電力網儲能問題的另一個有效途徑。用拋物線槽型太陽能集熱器采集太陽熱能在美國加利福尼亞州和納華達州已有20年的歷史,事實證明這是一種高效、可靠、清潔而廉價的采集太陽熱能的方法,具有儲存熱能的巨大潛力。拋物線槽型和其他聚集型太陽能發電技術利用鏡面或透鏡把太陽光聚集在驅動發電機的工質上,以其熱能使發電機發電。系統用一個絕熱的容器將日間得到的高溫工質儲存起來。這些熱能就可以提供給發電機在必要時使用。儲能的利用可以使太陽能發電的能力加倍。這項技術特別適合于美國西南部的氣候條件,使太陽能電站在入夜幾個小時之后仍然發出電力。研究人員期望,通過改善儲能系統的性能,使太陽能聚集式發電每千瓦電力的成本由$0.16美元到$0.10美元。


此文關鍵字:電力輸送|電力供應|電力需求

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