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机械 & 热储能,未来规模储能的“中坚力量”

机械 & 热储能,未来规模储能的“中坚力量” 华若汀电能先锋
2024-10-30
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导读:像中储国能、中国能建、中国华能、陕鼓动力、杭氧股份、金通灵、东方电气、雪天盐业等企业,在该领域都彰显出了极强的竞争力和影响力。


 机械储能 一一 压缩空气储能


压缩空气储能这种储能方式,是在电网负荷处于低谷时,把电能用来压缩空气,而在电网负荷达到高峰时,释放压缩空气去推动汽轮机发电。

其系统涵盖压缩、储气、蓄热 / 冷、回热 / 冷、膨胀发电等多个子系统,关键设备主要有压缩机、换热器和膨胀机。

压缩空气储能有传统和新型两条技术路线,新型的有绝热式压缩空气、蓄热式压缩空气、等温式压缩空气、液态空气、超临界压缩空气以及先进压缩空气储能等类型。


压缩空气储能产业链的上游由装备制造和储气库构成。核心装备有压缩机、换热器、膨胀机,储气库则有高压气罐、低温储罐、废旧矿洞、新建洞穴、盐穴等多种形式。


中游企业主要承担储能系统集成工作,也就是把上游的装备制造和储气库建设整合起来,构成完整的储能系统。


下游负责应用推广和市场服务,其中包括储能系统安装,主要是为新能源及传统电站、电网公司、工商业企业等终端用户提供 EPC(工程建设总承包)业务。



截至 2023 年底,中国已投运的压缩空气储能项目有 7 个,累计装机容量大概是 182.5 兆瓦,可见压缩空气储能产业发展迅猛。到 2024 年上半年,中国已投运的压缩空气储能累计装机容量达到 196.8MW 左右。


在技术路线上,中国压缩空气储能技术呈多元化发展态势。2023 年末,已并网的 7 个项目中,先进压缩空气储能技术是主流,占比高达 98.9%,不过超临界压缩空气储能技术和液态空气储能技术也开始崭露头角。


分别通过廊坊 1.5MW 项目江苏同里 0.5MW 项目实现了装机应用,占比分别为 0.8% 和 0.3%。


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压缩空气储能是新兴储能技术的典型代表,正逐渐成为能源领域的焦点。随着技术日益成熟,市场需求迅猛增长,众多上市公司已深入参与到该产业链中,携手推动行业走向繁荣。


从行业竞争格局来讲,中国空气压缩机市场的集中度不高,竞争格局较为分散。在压缩空气储能这一广阔的行业领域里,一些重点企业凭借扎实的技术沉淀、强劲的研发能力,以及在核心装备研发、项目投资开发等方面的突出表现,从众多企业中崭露头角。


中储国能、中国能建、中国华能、陕鼓动力、杭氧股份、金通灵、东方电气、雪天盐业等企业,在该领域都彰显出了极强的竞争力和影响力。


 机械储能 一一 飞轮储能


飞轮储能这种储能方式,是通过电动机使飞轮高速旋转,把电能转化为动能储存起来,等到需要时,再让飞轮带动发电机发电。


飞轮储能系统主要由转子系统、轴承系统、转换能量系统这三部分构成,此外还有真空、深冷、外壳和控制系统等支持系统。


飞轮储能具有高功率密度、长寿命的技术特点,它是一种机电能量转换的储能装置,突破了化学电池的限制,是用物理方法来储能的。



由于飞轮储能具备功率密度高、效率高、寿命长且无污染的优点,目前在大功率、响应快、高频次的场景中得到了广泛应用,像轨道交通、电网调频、UPS 不间断电源等都是其典型的应用市场。


现代飞轮储能技术从 20 世纪中期起步,至今已有 50 多年的研发与应用历程。美国在 20 世纪 90 年代中后期率先迈入产业化发展阶段,为不间断供电过渡电源领域供应商业化产品。


当前,国际上主要的飞轮储能厂商有 VCON、ActivePower、Beacon、Piller 等。在我国,清华大学、北京航空航天大学、哈尔滨工业大学、中国科学院等高校和科研机构也始终在开展飞轮储能技术的研究工作。


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相关数据表明,截至 2023 年底,全国已经建成并且投入运营的新型储能项目累计装机达到 31.39GW/66.87GWh。


其中,锂离子电池储能所占比例为 97.4%,而飞轮储能仅占 0.2% 左右。不过在 2024 年上半年,飞轮储能有 11 个产业化备案项目,总投资超过 41 亿元,其产业化进程取得了显著进展。


 热储能 一一 熔盐储热


熔盐是熔融盐的简称,它是由金属阳离子和非金属阴离子构成的熔融态无机盐,也能被当作离子液体。在常温常压下,熔盐呈现固态,当温度升高到一定程度时,它会变成液态。


液态熔盐中阴阳离子间的相互作用使其具备独特的物理和化学性能,这让它很适合作为传热储热的媒介。


熔盐作为储热介质能够吸收电能、辐射能等能量,并将其存储在介质内。当环境温度低于介质温度时,储热介质就会把热能释放出来。与固体储热相比,熔盐储热具有稳定、使用寿命长、换热难度较低等优点。


总体而言,熔盐储热具有大规模、长时间、安全稳定且不受选址限制等特性,是构建未来新型电力系统中颇具发展前途的储能技术之一,在调峰辅助服务、系统供热以及储备能源等方面有着巨大的发展潜力。

自 21 世纪起,可再生能源迅速发展,熔盐储能也因此受到更广泛的关注。众多国家纷纷开展熔盐储热技术的研究与开发,并在实际应用中进行试点项目。


比如,2011 年西班牙的 Gemasolar 集热式太阳能电站投入运营,该电站采用了熔盐储热系统。随着技术日益进步、成本逐渐下降,熔盐储热行业发展迅猛。越来越多的国家和地区开始布局大规模的熔盐储热项目,使其在可再生能源领域发挥重要作用。


而且,新的研究与创新正促使熔盐储热技术进一步改进,应用范围也不断拓展。熔盐储热在全球储能产业中占据一定地位,是全球第三大储能模式。



熔盐储能在光热发电中的应用最为成熟,不过其渗透率仍有提升空间。截至 2023 年底,中国兆瓦级光热发电机组累计装机达到 588MW,在建和拟建项目有 43 个,总装机为 480 万千瓦,且都配备了 8 - 16 小时的熔盐储能。


然而,熔盐储能新增装机在国内储能总量中的占比仅为 1%,渗透率亟待提高。


据不完全统计,当前中国在建或正在推进的光热发电项目共有 35 个,这些项目主要集中在西部四个省份和东北一个省份,具体分布情况为青海 7 个、甘肃 6 个、吉林 2 个、新疆 14 个、西藏 6 个。

项目名称(已投运) 熔盐储能系统(h) 规模 投运时间
中广核令哈50MW槽式熔盐光热项目 9 50MW 2018年
首航高科敦煌100MW塔式项目 11 100MW 2018年
青海中控德令哈50MW塔式项目(二期) 7 50MW 2018年
中电建青海共和50MW塔式项目 6 50MW 2019年
兰州大成敦煌50MW熔盐线性菲涅尔式光热发电示范项目 15 50MW 2019年
鲁能格尔木多能互补50MW塔式项目 12 50MW 2019年
中能建哈密50MW塔式项目 13 50MW 2021年
乌拉特中旗100MW槽式项目 10 100MW 2021年
玉门“光热储能+光伏+风电”示范项目中的玉门10万千瓦光热储能项目 10MW 2024年

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