儲(chǔ)能技術(shù)與現(xiàn)實(shí)生活應(yīng)用

2018-04-03 10:42:38 氣候變化與低碳經(jīng)濟(jì)學(xué) 　點(diǎn)擊量：評(píng)論 (0)

能源儲(chǔ)存是現(xiàn)代能源供應(yīng)鏈中的一個(gè)重要組成部分。這主要是因?yàn)樗芴岣唠娋W(wǎng)的穩(wěn)定性，增加可再生能源的滲透，提高能源系統(tǒng)的效率，節(jié)約化石

能源儲(chǔ)存是現(xiàn)代能源供應(yīng)鏈中的一個(gè)重要組成部分。這主要是因?yàn)樗芴岣唠娋W(wǎng)的穩(wěn)定性，增加可再生能源的滲透，提高能源系統(tǒng)的效率，節(jié)約化石能源，減少能源產(chǎn)生的環(huán)境影響。雖然已有許多文獻(xiàn)回顧了儲(chǔ)能技術(shù)，但這些已被證明用于商業(yè)規(guī)模的應(yīng)用技術(shù)目前處于不同的技術(shù)成熟水平上。然而，大多數(shù)能源儲(chǔ)存的評(píng)論論文都詳細(xì)地強(qiáng)調(diào)了這些技術(shù)，但是這些技術(shù)在實(shí)際生活中的應(yīng)用仍然有限。本文旨在通過(guò)對(duì)不同能源儲(chǔ)存技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用和性能的詳細(xì)分析，來(lái)解決這一差距。本文論述了儲(chǔ)能的概念、不同的儲(chǔ)能技術(shù)，重點(diǎn)介紹了二次能源(電、熱)的存儲(chǔ)方式，并詳細(xì)分析了世界各國(guó)的各種蓄能工程。在本文的最后部分，還強(qiáng)調(diào)了一些阻礙能源儲(chǔ)存技術(shù)商業(yè)化部署的挑戰(zhàn)。

無(wú)論哪種形式的能源都是全球必不可少的商品。它是最常見(jiàn)的消費(fèi)品，并一直是世界發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵因素。雖然能量可以大致分為兩種，但形式多樣。它們包括：一次能源和二次能源。一次能源被認(rèn)為是那些只涉及提取或捕獲的能源，不論是否與相鄰材料分離、清洗或分級(jí)，在其所含能量可轉(zhuǎn)換為熱能或機(jī)械功之前。它們通常存在于自然界中。它們包括沒(méi)有受到任何轉(zhuǎn)換或轉(zhuǎn)化過(guò)程的所有能量形式。典型的例子是原油、煤炭、生物質(zhì)能、風(fēng)能、太陽(yáng)能、潮汐能、天然鈾、地?zé)帷⑾陆岛土鲃?dòng)的水、天然氣等。另一方面，第二種能源形式包括所有能源形式，這些都是由于一次能源利用能源轉(zhuǎn)換過(guò)程而發(fā)生的。

二次能源形式是更為方便的能源形式，因?yàn)樗鼈兛梢灾苯颖蝗祟?lèi)使用。它們也被稱(chēng)為能量載體(EC)。二次能源形式的例子有：電力、汽油、柴油、乙醇、丁醇、氫、熱。

總之，多年來(lái)能源消耗日益增加。根據(jù)世界能源統(tǒng)計(jì)的國(guó)際能源機(jī)構(gòu)(IEA)2014年公布的數(shù)據(jù)，2012年全球供應(yīng)能源是大約13371百萬(wàn)噸油當(dāng)量。這比2009和1973值分別高出10%和119%。雖然全球能源供應(yīng)呈上升趨勢(shì)，但由于可再生能源系統(tǒng)的滲透，化石燃料所占的份額正在逐漸減少。例如，2012的一次能源供應(yīng)中約有82%來(lái)自化石燃料，而1973為為87%。然而，化石燃料在一次能源供應(yīng)中所占份額的減少并沒(méi)有從實(shí)際意義上說(shuō)明二氧化碳排放量的減少。例如，化石燃料在2012年提供了約31734噸的二氧化碳排放量而在1973年只有16633噸。

化石燃料的二氧化碳排放被認(rèn)為是全球變暖的一個(gè)主要全球性環(huán)境威脅。在過(guò)去幾年中，為了減少相關(guān)的環(huán)境影響，已經(jīng)作出了許多努力來(lái)減少二氧化碳排放。這些領(lǐng)域包括創(chuàng)造新的和創(chuàng)新的能源轉(zhuǎn)換技術(shù)，以提高現(xiàn)有能源轉(zhuǎn)換技術(shù)的效率。此外，減少各種工業(yè)的能源損耗，無(wú)論是國(guó)內(nèi)還是商業(yè)，通過(guò)儲(chǔ)存它們以供將來(lái)使用，對(duì)減少二氧化碳排放具有非常重要的影響。為了平衡低碳經(jīng)濟(jì)，平衡能源供應(yīng)和實(shí)際使用電網(wǎng)所需能源的必要性同樣重要。正是在這種背景下，儲(chǔ)能被認(rèn)為在現(xiàn)代能源供應(yīng)鏈?zhǔn)侵匾囊驗(yàn)樗鼤?huì)幫助堵塞泄漏和提高效率。因此，能源儲(chǔ)存最近引起了政府、利益相關(guān)者、研究人員和投資者的注意，因?yàn)樗梢杂脕?lái)改善能源供應(yīng)鏈的性能。

在這篇綜述文章中，介紹了兩種不同形式的能源：一級(jí)能源和二級(jí)能源。不同的技術(shù)存儲(chǔ)上述能源形式，重點(diǎn)放在二次能源形式(電和熱)。對(duì)不同儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)行了技術(shù)比較，并對(duì)其實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了分析，以更好地了解在規(guī)模、運(yùn)行項(xiàng)目數(shù)、成熟度等方面應(yīng)用最廣泛的技術(shù)。還提出了能源儲(chǔ)存行業(yè)面臨的一些挑戰(zhàn)，以及該行業(yè)的未來(lái)前景。

根據(jù)調(diào)查，得出以下結(jié)論：

(1)許多能源儲(chǔ)存解決方案是可用的，但它們?cè)谝?guī)格和特性上是有很大不同，因此很難為所有能源儲(chǔ)存應(yīng)用選擇單一的技術(shù)。因此，這篇綜述文章集中討論了每項(xiàng)技術(shù)的實(shí)際壽命以及使用這種技術(shù)儲(chǔ)存的能量的數(shù)量。這種現(xiàn)實(shí)生活應(yīng)用程序有助于理解技術(shù)的實(shí)際滲透程度。

(2)一些儲(chǔ)能技術(shù)，如超級(jí)電容器、熱化學(xué)和重力等都處于示范或研究階段，因此還沒(méi)有大規(guī)模的實(shí)際生活項(xiàng)目來(lái)確定它們的儲(chǔ)能應(yīng)用能力。因此，需要更多的研究，因?yàn)闆](méi)有一種能量存儲(chǔ)技術(shù)具有優(yōu)化操作所需的所有特性。

(3)使用新興技術(shù)如LAES, GPM and ARES當(dāng)技術(shù)充分成熟時(shí)大規(guī)模應(yīng)用的潛力。

(4)當(dāng)技術(shù)成熟時(shí)，如果GPM要達(dá)到所要求的往返效率(75–80%)，在沒(méi)有良好的地形位置時(shí)，對(duì)GPM時(shí)一個(gè)很好的選擇。

(5)在沒(méi)有足夠的水供應(yīng)但有必要的地形的大規(guī)模的供應(yīng)系統(tǒng)時(shí)，GPM成為PHES的一個(gè)好的替代。

(6)為了進(jìn)一步提高往返效率，還需要進(jìn)一步的研究和開(kāi)發(fā)。

(7)熔鹽將繼續(xù)主導(dǎo)的大規(guī)模應(yīng)用的儲(chǔ)能領(lǐng)域，PHES有望在能量?jī)?chǔ)存方面繼續(xù)保持較大份額。

文章來(lái)源：Mathew Aneke,Meihong Wang. Energy storage technologies and real life applications – A state of the art review[J]. Applied Energy,2016,179.

作者：王美宏教授現(xiàn)任英國(guó)赫爾大學(xué)(University of Hull)工程學(xué)院教授(Prof. Meihong Wang)。1999年赴英國(guó)帝國(guó)理工學(xué)院( Imperial College London)，先后就職于帝國(guó)理工學(xué)院、倫敦大學(xué)學(xué)院(University College London)、克蘭菲爾德(Cranfield University)和赫爾大學(xué)。王教授在二氧化碳吸收、捕集和存儲(chǔ)方面的研究很有建樹(shù)，承擔(dān)了英國(guó)、歐盟及工業(yè)界資助的大量科研項(xiàng)目，發(fā)表了80余篇學(xué)術(shù)論文和技術(shù)報(bào)告.

原標(biāo)題:【學(xué)術(shù)前沿】?jī)?chǔ)能技術(shù)與現(xiàn)實(shí)生活應(yīng)用

責(zé)任編輯：lixin

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