大规模储能技术在低碳电力系统中的前景
摘要
本论文探讨了大规模储能系统在未来电力系统中的潜在作用。研究基于国际能源署（IEA）发布的《能源技术展望2008》（ETP）蓝色情景（BLUE Scenario），该情景预计到2050年，风能和太阳能将分别占全球发电量的12%和11%。这些可变输出的可再生能源技术（如风能和太阳能）因天气因素导致电力输出波动，因此需要采取措施确保电力系统的持续可靠供应。主要关注点在于频率稳定性，即通过平衡供需来维持电力系统的稳定。
主要内容
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背景与基础
- 研究基于IEA的《能源技术展望2008》蓝色情景，预测到2050年，可再生能源和核能将大幅减少化石燃料发电及二氧化碳排放。
- 可变输出的可再生能源技术（如风能和太阳能）存在短期波动（秒至几分钟内）和长期波动（几小时至几天内）。
- 频率变化取决于短期波动，因此重点关注这些技术的短期波动。
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地理分散效应
- 地理分散可以减少风能和光伏电站的净输出波动。如果单个风电和光伏电站的输出不相关，则总电站数量越多，波动越小。
- 但在相对较小区域内，大量风电和光伏电站可能表现出较强的相关性，导致显著的净输出波动。
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灵活性的重要性
- 电力系统的灵活性决定了其能够快速调整供应或需求的能力，以保持平衡。
- 灵活性可以通过多种措施提高，包括储能、负荷平移和电动汽车。
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欧洲西部（WEU）案例分析
- 在WEU，互联电网和电力交易在平衡供需方面发挥重要作用。
- 然而，当多个系统在同一天气系统下运行，且具有高比例的可变可再生能源时，依赖电力交易可能无法迅速应对低风/太阳能时段的需求缺口或过剩电力。
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储能需求估算
- 为了满足WEU在2050年的平衡需求，分析了不同净输出波动情况下的储能容量需求。
- 当净波动为5%时，在2050年不需要额外的储能容量；当净波动为15%-30%时，所需的储能容量从0GW到90GW不等。
- 全球范围内，假设净波动为15%和30%，所需储能容量估计分别为189GW和305GW。
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技术潜力与成本
- 论文附录回顾了钠硫电池、抽水蓄能、氧化还原液流电池、压缩空气储能、电双层电容器、锂离子电池、超导磁储能和飞轮系统的技术潜力。
- 降低储能技术的成本可能是扩大其应用的关键。
结论
准确评估净波动对于确定所需的储能容量至关重要。每个储能系统的具体配置取决于各个国家的具体情况。降低成本并提高储能技术的性能是实现可再生能源增长的关键。
