浅谈德国能源革命中储能的经验-北极星储能网

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可再生能源是德国最重要的电力来源，德国的EEG法案就是为了增加可再生能源的份额而诞生的。截止到2019年初，德国的可再生能源所占的比例已经达到38%，根据EEG法案的要求，到2025年可再生能源所占的比例将达到40%-45%。

（来源：微信公众号“中德合作山西信息平台”ID：ZDHZSXPT作者：16批韩秉哲）

（作者韩秉哲：煤炭工业太原设计研究院供热通风空调工程设计工程师研修方向能源和可再生能源）

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（图中绿色部分为可再生能源所占比例）

通过右图可以看到，风能16.3%，水电3.1%，生物质发电和太阳能分别为6.9%和6.1%。其中风能和太阳能占22.4%。那么问题来了，风能和太阳能都是看天吃饭的能源，具有很强的不稳定性。随着可再生能源的扩张，这种不稳定性会逐渐扩大。如何保证电网或者能源的平稳安全，就成了德国能源革命的重要目标。解决这一问题的其中一个有效方法就是储能技术。

目前德国储能方面有哪些技术措施呢？主要有如下几种：

1.光伏电池储能（power to battery），也就是户用光伏发电系统配备锂电池储能。随着德国电价的上升，电池价格的下降，越来越多的用户选择锂电池作为储能设备。有些用户甚至可以做到电费0支出。

2.电动汽车电池储能，技术原理就是将汽车电池作为储能电池使用。电动车的普及也使得这种技术大规模推广成为了现实。

3.最经典的抽水蓄能，电力富余时，通过水泵将电能转化为势能。电力不足时，势能转化为电能。

4.热储能，将电能转化为热能，比如说，通过蓄热罐，将通过电加热后的热水存储起来，用于供热。德国2018年可再生能源在供热制冷方面所占的比例为14%，这也使得蓄热罐作为储能手段具有了很强的可行性。目前，德国研究人员又提出了一种新理念，将可再生能源产生的热量存储在巨大的液态盐箱中，其温度可达到400-500℃，可以代替锅炉。这样，对于利用现有火电厂汽轮机设备，再将热能转为电能。由于技术，成本，设备等诸多因素，还没有实现量产。但是我个人非常看好这个技术手段，我国是工业大国，目前的工业废水处理技术是通过蒸发结晶得到纯度很高的单组分盐，一方面变危废为宝，另一方面降低成本。

5.电转气储能，将可再生能源转化为氢气，电解水后得到氢气。

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上图为电解水制氢的原理图

对于我国来说，锂电池的成本相对还是过高，单独将锂电池作为储能手段不太现实，如果通过废旧电池回收或者电动汽车电池回收，那另当别论。对于热储能，具体来说是再生能源供热，山西的热价格也是相对很低的，因此也不现实。抽水蓄能已经有很多案例了，但是山西不具备这样的条件。电转气储能对于山西来说可能是最可行的措施。德国氢气储能技术中，非常具有参考性的就是施普伦贝格多能互补集成发电系统（Multi-Energie-Kraftwerk Sperenberg）项目位于德国布兰登堡州小镇施普伦贝格。系统采用先进的能源管理技术，将风电和光电耦合，一部分电量可以直接并网，多余的电量制得的氢气可以储存或者并入当地燃气管网。非常具体创新性，也非常符合我国目前能源结构的要求。

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该系统主要由以下组成：

1. 5 MW电解水制氢设备2.光伏电站3.风力电站4.燃气电厂5.储气系统6.系统内变电站及现有中高压变电站（并网使用）

项目位于德国布兰登堡州小镇施普伦贝格，紧邻一回220kV电源，一回380kV电源，为并网发电提供了有利条件。同时项目紧邻一条当地的天然气管道，为氢气并网也提供有利条件。

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风力场及光伏电站，风力发电机数量有45台，每台发电机功率约为3-4 MW，可为12万户家庭提供足够的电量。电站功率主要集中在0-36MW之间，峰值功率可达到120MW。

光伏电站装机容量为10MW。

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电解制氢装置：模块化5MW电解系统，采用3D电极，气体-液体两相流，有效增加点解效率。该装置可利用盈余电力生产氢气，通过管路，送往储气罐。

气体管道及储气装置：通过气体运输管道，可将制得的氢气送入燃气网供市政供热。或通过储气装置将氢气储存在Thyhof燃气发电站，储气罐容量为48万m3，可单独储存氢气使用。

燃气轮机机组：一方面，该设备可为氢气适配的燃气轮机做相关研究；另一方面，该燃气轮机机组可消纳制得的氢气，起到到调峰作用。

该系统的主要特点如下：1.风/光互补-更多的清洁能源2.更均匀的电力输出3.更好的经济效益4.充分利用电力盈余5.氢气用于交通6.大规模储能（氢气的能量密度很高）7.氢气可由燃气电厂再转换为电能。

Multi-Energie-Kraftwerk Sperenberg项目的主要难点有两个，一个是控制系统，一个是气体系统。如何保证各个电源有效配合，灵活适应用电侧负荷，同时保证供电的安全性，对控制系统提出了极高的要求。同时氢气的存储，以及燃气轮机在天然气与氢气之间的切换，也是一个难点。我们山西有着极其丰富的煤层气资源，瓦斯发电站装机容量也在逐年增加；晋北地区天高云淡，是光伏发电的理想环境，太行吕梁二山山巅上的风电厂也在为百姓提供清洁的能源。很多条件都与本项目类似，不难看出，Multi-Energie-Kraftwerk Sperenberg项目中确实有许多值得我们借鉴的经验。

作者水平有限，欢迎大家改正文章中出现的错误。

参考资料：

https://www.bmwi.de/Redaktion/DE/Dossier/erneuerbare-energien

https://www.eti-brandenburg.de

原标题：浅谈德国能源革命中储能的经验

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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