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万物皆可储能
吴彦鹏
2022年08月09日

如果说油价上涨还有积极作用的话,那就是让新能源应用更加深入人心,电动汽车终于从政府引导逐渐变为居民自发购买的选项。

但我们从化石能源向新能源时代“移民”是个系统工程。比如,风能、太阳能这些新能源,环保、可持续,但都要“靠天吃饭”,供电不稳定,就需要巨大的储能系统进行调节。
我们生活中最常用的手机电池、充电宝就是小型的储能产品。有没有发现?自从有了手机用的那种锂电池,我们身边越来越多的产品变成了充电模式。在我们小时候,如果停电了,就得点蜡烛,而现在家里的台灯都是充电的了,停电了还能提供几小时照明。
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几年前,马斯克开始在美国推销他的家用电池储能系统Powerwall,截至2021年5月已经安装了20万户,售价7000美元的普通家用款,能够容纳 13.5 度(千瓦时kWh) 的电力,充好电后可以满足家庭一天基础的电量需求(开空调就算了)。

以上都属于依托个人的分布式储能,而对于国家而言,庞大的电网还需要“超级充电宝”。

比如,2022年北京冬奥会期间,世界规模最大的抽水蓄能电站在河北丰宁投产发电。
抽水蓄能电站有上、下两个水库,在夜间人们用电较少的低谷期,利用富裕的风电、太阳能生产的电能,将水从下水库抽到上水库储存起来,完成蓄能。到了白天或晚上用电高峰期,再把上水库的水放下去,用水电站的原理发电。

丰宁抽水蓄能电站不仅象征性的满足了北京冬奥会全部冬奥场馆100%使用绿色电力,未来12台机组全部投运后,总装机规模360万千瓦,每年可消纳过剩电能88亿度,转化发电66亿度,可满足260万户家庭用电,年节约标准煤48万吨。

据了解,目前多个抽水蓄能电站正在全国各地建设,预计到2030年将装机规模可达1.2亿千瓦,相当于33个丰宁抽水蓄能电站,满足几千万人的用电需要。

抽水蓄能本质上利用的是重力。它的优点很多,但也需要自然环境的支持,至少需要一座高山,才能在高处建水库。如果平原地区呢,有人干脆提出了纯粹的重力储能。

简单来讲,重力储能主要借助竖井、高塔等结构,通过电动机把重力模块提至相应的高度,也就是把电能转化为固体的势能。当电网需要电能时,放下重力块,带动轴承系统将势能转化为转子动能,再通过转子切割磁力线发出电能。

根据最新的消息,中国首个重力储能项目已经开工建设。这个中外合作的重力储能系统应用于江苏省如东县的一个风电场,容量为10万千瓦时,相当于2.5万个家庭的用电需求。

也许在未来,在大城市郊区耸立的高塔,不是水塔,不是烟囱,不是电视塔,而是重力储能电站。

同样是最新的新闻,在江苏常州,一座利用压缩空气储能的电站——金坛盐穴压缩空气储能电站正式投产。这是世界首个“非补燃”压缩空气储能电站。

和重力储能类似,在用电低谷时,储能电站利用过剩的电能把空气压缩,存储在地下盐洞;在用电高峰时,释放高压空气,带动发电机组发电,保障用电需求。金坛盐穴压缩空气储能电站一期工程发电装机60兆瓦,储能容量30万千瓦时,预计年发电量约1亿度。

近年来,随着风、光等新能源的大规模开发,我国清洁能源装机容量迅猛增加。据国家能源局最新消息,截至今年(2022年)5月底,我国可再生能源发电总装机达到11亿千瓦。其中,常规水电3.6亿千瓦、抽水蓄能0.4亿千瓦,风电、光伏发电、生物质发电等新能源发电装机突破7亿千瓦。

但是,前面也说了,风、光等新能源发电需要“看天吃饭”,受环境影响很大。在这样的大背景下,随着新一轮基建投资,各种大规模储能项目,也就是超级充电宝,不断上马。

目前已有的储能技术大致可以分为两大类:一类是物理储能,除了前面介绍的重力储能、抽水蓄能、压缩空气储能,还有飞轮储能、氢储能等;另一类是化学储能,主要包括各种电池,如铅酸电池、锂电池、钠电池等。

在工业革命之前,人们曾痴迷于可以装有发条的机器装置,依靠手动上弦进行蓄能,人们不仅制造出精巧的钟表,会唱歌的八音盒,会跑的玩具车,甚至还有会写字的机器人。甚至有人说,钟表推动的工业革命。今天,中国的“大基建”正在设计建造的各种储能工程,或许正是新一轮工业革命的“发条”。

【责任编辑:吴艳鹏】
媒体人,科普作家。