伴隨我國(guó)新能源產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，儲(chǔ)能技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的發(fā)展日漸成為各方關(guān)注的重點(diǎn)。目前儲(chǔ)能在我國(guó)的發(fā)展剛剛起步，但隨著我國(guó)新電改方案的實(shí)施，新能源發(fā)電、智能微電網(wǎng)、新能源汽車(chē)等行業(yè)的發(fā)展將不斷提速，儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用將形成新的發(fā)展趨勢(shì)。
解決能源存儲(chǔ)需新方案
當(dāng)前，我國(guó)面臨全球范圍內(nèi)氣候變暖、能源短缺、傳統(tǒng)電網(wǎng)智能化程度低、運(yùn)行效率低等諸多亟待解決的問(wèn)題，積極開(kāi)發(fā)新能源和儲(chǔ)能技術(shù)，減少人類對(duì)化石能源的依賴，已成為業(yè)界和科技界研究的熱門(mén)課題。
安思卓(南京)新能源有限公司營(yíng)銷(xiāo)副總經(jīng)理宋江濤介紹，最近幾年，隨著可再生能源開(kāi)發(fā)利用的急劇增長(zhǎng)，有關(guān)可再生能源發(fā)電并網(wǎng)后是否能夠產(chǎn)生實(shí)際經(jīng)濟(jì)價(jià)值的爭(zhēng)論從未停止。
由于大部分可再生能源，特別是風(fēng)能和太陽(yáng)能坐落在人口較少的地區(qū)，并遠(yuǎn)離電網(wǎng)，導(dǎo)致電力傳給用戶需要巨大的費(fèi)用。同時(shí)，太陽(yáng)能不連續(xù)性的自然特性和其發(fā)電不易并網(wǎng)的特點(diǎn)，導(dǎo)致了嚴(yán)重的電力閑置問(wèn)題，進(jìn)一步增加了可再生能源發(fā)電的生產(chǎn)成本。隨著新能源技術(shù)的發(fā)展和電網(wǎng)的擴(kuò)展，到2018年，風(fēng)能發(fā)電成本預(yù)期將達(dá)到0.14美元/kWh、太陽(yáng)能達(dá)到0.08美元/kWh，比天然氣0.06美元/kWh的售價(jià)昂貴。
有關(guān)專家認(rèn)為，因?yàn)榘l(fā)電過(guò)程中需要更多的煤炭來(lái)維持電網(wǎng)的穩(wěn)定性，風(fēng)力、太陽(yáng)能發(fā)電將產(chǎn)生更多的二氧化碳排放量，因此需要新的有效的能源存儲(chǔ)解決方案。
風(fēng)力發(fā)電儲(chǔ)能效率需提高
宋江濤認(rèn)為，隨著能源存儲(chǔ)系統(tǒng)的幫助，過(guò)多的可再生能源可以在電力需求低時(shí)保留下來(lái)，并用于用電需求高的時(shí)候。據(jù)估計(jì)，可再生能源的利用率可以從30%提高到60%，預(yù)計(jì)將減少一半的電力生產(chǎn)成本。同時(shí)，從能源存儲(chǔ)裝置中產(chǎn)生的再生電力是非常穩(wěn)定、連續(xù)的，所以不需要更多的煤炭來(lái)維持電網(wǎng)的穩(wěn)定性。
宋江濤解釋說(shuō)，目前，電池系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用于儲(chǔ)存多余的太陽(yáng)能，由于相關(guān)技術(shù)的成熟和鉛低廉的價(jià)格以及對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響最小，鉛酸電池系統(tǒng)是最具成本效益的電池系統(tǒng)，但由于電極硫化引起的相對(duì)較短的使用周期，在某種程度上限制了鉛酸電池的應(yīng)用。
不過(guò)，近年來(lái)鋰離子電池吸引了大量的關(guān)注，因?yàn)殇囯x子電池有更長(zhǎng)的循環(huán)使用壽命并且重量明顯減輕。同時(shí)，由于鋰離子電池沒(méi)有記憶，所以不需要定期完全放電，節(jié)省了大量的維修費(fèi)用。然而，由于鋰元素在地球上的儲(chǔ)備較低，鋰離子電池的生產(chǎn)成本非常高。斯坦福大學(xué)的一項(xiàng)研究說(shuō)，大部分的電池解決方案是不適合風(fēng)能儲(chǔ)存的，由于其低儲(chǔ)存生產(chǎn)投資比值(ESOI)為5~32，意味著需要儲(chǔ)存風(fēng)力發(fā)電的能源比實(shí)際存儲(chǔ)的能源成本更高，因此有必要開(kāi)發(fā)新的解決方案來(lái)提高風(fēng)力發(fā)電的儲(chǔ)能效率。
質(zhì)子交換膜燃料電池電源系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)
宋江濤表示，作為地球上最輕的元素，氫具有最高的能源密度，可以通過(guò)電將水分解產(chǎn)生。如果水電解槽與風(fēng)力發(fā)電或太陽(yáng)能電池板集成，氫氣作為能量?jī)?chǔ)存的媒介可由多余的風(fēng)力、太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)生，即通過(guò)制氫設(shè)備將水電解形成氫氣，并與質(zhì)子交換膜(PEM)燃料電池集成發(fā)電。
在電網(wǎng)高峰時(shí)段，可開(kāi)啟質(zhì)子交換膜燃料電池站發(fā)電來(lái)滿足電網(wǎng)要求。由于質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電過(guò)程不涉及氫氧燃燒，因而不受“卡諾循環(huán)”的限制，能量轉(zhuǎn)換率高。而且，發(fā)電時(shí)不產(chǎn)生污染，發(fā)電單元模塊化，可靠性高，組裝和維修都很方便，工作時(shí)沒(méi)有噪音。所以，質(zhì)子交換膜燃料電池電源是一種清潔、高效的綠色環(huán)保電源。
相比傳統(tǒng)的電池存儲(chǔ)系統(tǒng)，質(zhì)子交換膜燃料電池電源系統(tǒng)具有兩個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)：一是循環(huán)壽命長(zhǎng)。制氫設(shè)備通常設(shè)計(jì)為20年的使用壽命，質(zhì)子交換膜燃料電池站通常可以可靠運(yùn)行4萬(wàn)個(gè)小時(shí)。最近，Adzic在Brookhaven國(guó)家實(shí)驗(yàn)室在質(zhì)子交換膜燃料電池穩(wěn)定性上取得突破，將進(jìn)一步增加該系統(tǒng)的壽命。而增加電池ESOI的最可行的方法是提高循環(huán)壽命，因此，質(zhì)子交換膜燃料電池電源系統(tǒng)有效地儲(chǔ)存風(fēng)能具有非常好的前景。二是產(chǎn)氫所需的原材料只有純凈水，質(zhì)子交換膜燃料電池排放的也是純凈的水，非常符合成本效益和環(huán)境友好的宗旨。
質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)提高經(jīng)濟(jì)效益
宋江濤認(rèn)為，在風(fēng)力或太陽(yáng)能混合發(fā)電、制氫系統(tǒng)方案得到應(yīng)用后，現(xiàn)存問(wèn)題都可以有效地解決，但這種方法的問(wèn)題是，傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)電解制氫過(guò)程中需要穩(wěn)定的電流和電壓。
由于風(fēng)力、太陽(yáng)能發(fā)電是間歇性的，連接到該電源的制氫設(shè)備很難正常工作，除非安裝額外的變壓器，但是提高了運(yùn)行成本。
不過(guò)，最近發(fā)明的Verde制氫設(shè)備克服這個(gè)障礙，這項(xiàng)專利技術(shù)使制氫設(shè)備在任何電流和電壓下得以運(yùn)行，尤其提高了在間歇性風(fēng)力、太陽(yáng)能發(fā)電情況下的產(chǎn)氫效率。此外，基于PLC芯片的自動(dòng)控制系統(tǒng)，Verde制氫設(shè)備能強(qiáng)制性地保證這個(gè)系統(tǒng)各個(gè)組成部分之間的相互協(xié)作運(yùn)行。
宋江濤表示，質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)的完善與應(yīng)用對(duì)于我國(guó)“三北”地區(qū)眾多風(fēng)電、光伏發(fā)電企業(yè)來(lái)說(shuō)，可有效地與風(fēng)電、光伏這類不穩(wěn)定的電源結(jié)合，利用棄風(fēng)、棄電來(lái)進(jìn)行電解水制氫，通過(guò)能量的轉(zhuǎn)化來(lái)實(shí)現(xiàn)棄風(fēng)、棄電的有效利用，從而提高風(fēng)電、光伏發(fā)電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。總體來(lái)說(shuō)，質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)與風(fēng)能或太陽(yáng)能一體化的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)，能顯著提高可再生能源的利用效率，給并網(wǎng)發(fā)電帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益。因此，從提高其經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境保護(hù)的方面來(lái)考慮，穩(wěn)步持續(xù)發(fā)展可再生能源和提高可持續(xù)能源并網(wǎng)率是必要的。
