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(yùn)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(diǎn)：
·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(diǎn)，給電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和運(yùn)行效率帶來了不小的麻煩。
可再生能源滲透率的影響
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(yùn)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(diǎn)：
·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。
幾種儲能技術(shù)的比較 Source：SGER
由上圖可以看出，受系統(tǒng)造價及運(yùn)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 Ericsson 19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(fèi)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。
西門子歌美颯ETES項目介紹
·西門子歌美颯ETES示范項目于2019年投入試運(yùn)行，項目基本情況：
·項目獲得了德國經(jīng)濟(jì)能源部的經(jīng)費(fèi)支持
·使用了超過1000噸的火山石，火山石溫度可被加熱到600攝氏度，存儲能量高達(dá)130MWh
·系統(tǒng)可通過傳統(tǒng)蒸汽輪機(jī)將熱能轉(zhuǎn)化成電能
·發(fā)電機(jī)能夠以1.4MW的額定功率連續(xù)發(fā)電24小時
結(jié)語
本號此前介紹的“納米鹽”儲能技術(shù)也是一種熱儲能的方式，相比較，小編認(rèn)為“納米鹽”儲能技術(shù)的儲能保存時間較長且儲能效率高，而火山石儲能的系統(tǒng)規(guī)模可以做的更大。
