未来储能比想象更深远

发表时间:2024-04-15 10:42

在今年的《政府工作报告》中,发展“新型储能”首次被写入。

  事实上,中国人的“储能”意识古已有之,但随着储能技术的日新月异,其场景、效率和方式等都发生了巨大的变化。

  那么,你知道历史上,人们是如何“储能”的吗?与传统储能相比,新型储能“新”在何处?它又将如何影响人们的生活?

古人的“储能”之法

  在古代,人们进行储能的手段十分有限,算得上“储能”的应用主要有两种。

  一种是储存冰块,隆冬时节采集天然冰,储藏于冰窖,待夏季炎热之时取出,用以消暑度夏;一种是储存木柴、炭火、煤炭等,通过燃烧供应人们在生产生活中所需的能量。

  据《周礼》记载“凌人掌冰正(政),岁十有二月,令斩冰,三其凌”,早在西周时期,我国便出现了专门负责管理储藏冰块的部门“冰政”。有专家认为,这可以算是中国古代最早的储能方式之一。

  燃料的储备和利用则更为复杂。炭作为我国古代主要的植物燃料,主要来自天然生长的木、竹等。白居易的《卖炭翁》写有:“卖炭翁,伐薪烧炭南山中。”这表明唐朝时,制炭卖炭已经发展成为一门十分成熟的职业。此时,从山区向城内运送炭的筐和篓,可以被看作是最简单的“储能”容器。

  而煤炭则是我国较早利用的化石燃料,其制作、储备和运送受到历代朝廷的关注。汉代时,冶铁技术发展,用煤量大幅提升,出现了燃烧效率更高的煤饼、煤球。

  另外,由于我国煤炭储备量较大,其“质重而值贱”,因此煤炭多以水运为主。史志记载,黄河、长江、运河、洛河、渭河、赣江、湘江、松花江、滏阳河等河流,都曾用船装运煤炭,许多溪流利用夏秋水涨通舟之便运输煤炭,这些运输船也成为早期能源运输的载体。

  除了以上这些常规“储能”方式,一些特别的“储能”智慧也不容小觑。

  在宋代的《朱子语类》中,曾记载了一种用水轮机鼓韛(一种皮囊)为炼铁炉鼓风的操作。有专家认为,这可以被看作最早的压缩空气储能,由于它是用水能进行驱动的,因此被不少现代能源专家看作是可再生能源“储能”的发端。

  在西方,公元前1600年,欧洲西台人发明的耐火砖也带给了现代科学家一些灵感。麻省理工学院核科学与工程学系教授查尔斯·大众伯格就利用这项古技术开发出“FIRES”蓄热系统,可将太阳能、风能高峰产电时的过剩电力转换成热能储存在耐火砖里,这些热既可直接用在燃料工业,也可在需要时转换回电力出售给电网。

传统与创新并行

  随着工业化的发展,电力逐渐成为现代能源的核心,人类对“储能”的探索也开始围绕“电”展开。

  1882年,世界上首座抽水蓄能电站在瑞士苏黎世建成,利用153米的落差,这座电站在汛期将下游水量抽取到上游湖泊,然后在枯水期进行发电。

  这种“物理储能”方式直到二战结束后才得到广泛应用。当时,家用电器快速发展,电器种类增多、普及率提高,城市的电力负荷的峰谷差逐渐扩大。此时,抽水蓄能电站作为一种调峰填谷的方式得到了快速发展,世界各国纷纷开始建设大型蓄水电站,抽水蓄能成为了传统储能的代表。

  在传统储能方式外,一些新的储能技术也开始崭露头角。

  早在19世纪初期,人类便开始探索将电能转化为化学能、热能等形式进行储存。从19世纪50年代,法国科学家加斯顿·普朗特发明铅酸电池,到20世纪90年代,约翰·古德诺、吉野彰等人在磷酸铁锂电池领域取得突破,开启可携带式电子设备的新时代,电池技术的发展让能源利用逐渐摆脱了特定时间和空间的束缚。

  1978年建成的德国Huntorf电站则是世界上第一个商业运行的现代压缩空气储能电站。在用电低谷时,它通过压缩机将空气压缩存储在储气洞穴内;而在用电高峰时,高压空气将被释放,与燃料燃烧产生的高压、高温空气一起驱动膨胀机进行发电。这座电站至今已平稳运行近40年。

新型储能,落在何处

  “储能是第三次工业的技术支撑,对人类能源发展具有重要的战略意义。”杰里米·里夫金在《第三次工业革命:新经济模式如何改变世界》一书中这样指出。

  当前,随着可再生能源发电规模不断增大,我国的能源结构正发生重大变化。预计到2030年,全国风电和太阳能日最大功率波动预计将达4亿—6亿千瓦。

  然而,风力发电、光伏发电等新能源高度依赖自然资源,呈现出随机性、波动性和反调峰特性。以光伏发电为例,产能在午间高峰期极大,但夜间下降至零,与用电需求极不匹配。

  因此,发电与消纳之间的矛盾迫切需要新型储能技术的出现与应用。

  相较于传统储能,新型储能类似于大型“充电宝”,能在用电低谷时“充电”、高峰时“放电”,更具环境适应性,有效解决供需不平衡问题,提升电网稳定性。

  近年来,中国也正在探索新型储能技术的落地。

  2022年7月,江苏常州,曾经废弃的盐穴通过再利用,成为压缩空气的天然储存罐,这个空气“充电宝”每天充电八小时,放电五小时,可为电网提供30万度电。

  2023年2月,我国在内蒙古成功试运行了首个兆瓦级铁—铬液流电池储能示范项目。该项目通过化学特性储存电能,6小时内可储存6000度电,标志着我国储能技术迈出重要一步。

  与此同时,这种实用的新型储能系统正深入改善人们的生活和工作方式。中国铁塔的分布式锂电储能系统为外卖骑手、快递员提供换电服务,提升工作效率。比如,上海市的快递员老陈通过这项服务,每天可以多完成数十单订单,每天收入至少增加一两百元。

  据国家能源局科技司副司长刘亚芳预计,到2025年底,新型储能在电力系统中的装机规模将达到3000万千瓦以上,年均增长超过50%。这将有效支撑我国清洁低碳、安全高效的能源体系建设。而随着新型储能场景加速落地,未来人们对能源的利用将更加稳定,更加自由。

来源:解放日报

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