中國儲能網(wǎng)訊：9月8日，中國科學(xué)院過程所國際儲能研究中心主任丁玉龍教授出席了由中國儲能網(wǎng)舉辦的“儲能技術(shù)在微電網(wǎng)與分布式能源中的應(yīng)用”高層研討會，并在大會上發(fā)表了主題演講。以下為演講內(nèi)容：
各位專家大家下午好！我今天講跟前面不太一樣的課題，對儲熱和深冷大家接觸不太多。
大家知道能量，但是我們現(xiàn)在儲能的分類很麻煩，有化學(xué)能，物理能等各種能，龍生九子，各有不同。大家簡單想一下就是兩種能量：一是動能，二是勢能，需要從跨空間和時間的尺度去理解。勢能和動能在不同的空間和時間尺度形成了所有儲能的基礎(chǔ)。
我們很多搞儲能的人員對能量的質(zhì)量不太了解。能量是分級的，質(zhì)量不一樣，電磁能是最高，熱能最低。從電磁能到熱能可以基本實現(xiàn)百分之百的轉(zhuǎn)換，從電能到熱能是35%的轉(zhuǎn)換。因而，能量應(yīng)根據(jù)需要，按質(zhì)量（級）來存儲和釋放，不一定非得要儲電。
第二，為什么要儲能？我們常規(guī)電力，發(fā)電負荷率低，電網(wǎng)利用率低，就是50%左右的數(shù)值。二是可再生能源發(fā)電，間歇性、被動性、未并網(wǎng)，棄風和光，分布式能源我們搞了很多，這里就不再多說。大型核電的挑戰(zhàn)也比較大，調(diào)峰能力非常弱，這個最好的調(diào)峰轉(zhuǎn)到25%，對核電的安全性和壽命有很大影響。在工業(yè)過程中，工業(yè)預(yù)熱浪費超過10億頓標煤/年，電力行業(yè)去年煤耗是18.69億噸，這個不是標煤。儲能，特別是儲熱的貢獻是不可小視，這個能量跟我們電網(wǎng)同樣重要。
剛才大家都討論技術(shù)成熟度，這里有一張在西方和美國認可度比較高的技術(shù)分級圖：1到3級是大學(xué)和研究所，屬于技術(shù)研究；投資應(yīng)該是國家和慈善機構(gòu)事。3到6級是技術(shù)轉(zhuǎn)換，也是企業(yè)和國家投資；3級是工業(yè)界，由企業(yè)投資?，F(xiàn)在就是亂了，其實2級和3級都是國家投的。
我把我剛才講的概念用于儲能技術(shù)里面，這個縱軸是正在發(fā)展的技術(shù)，中間是正在發(fā)展的技術(shù)，上面是已經(jīng)成熟的技術(shù)。因為我要講儲熱和儲冷，這個是已經(jīng)發(fā)展了，但是還沒有成功。
至于經(jīng)濟性，有專家在前面已經(jīng)講過，在這里我就不再多講。這個圖里面，儲熱是最左邊。
論使用壽命，超級電容和飛輪的使用壽命相對比較長。
關(guān)于國內(nèi)外的部署，這個屬于基礎(chǔ)研究。中國對973和863項目的支持經(jīng)費是2.0億左右，去年是1.6億，今年又支持了一些研究。在德國大概是18億人民幣，英國是10億人民幣，英國今年投了7到8個億吧。美國是160億，日本也投了一些，韓國宣稱要投320億。07年我去韓國交流的時候，他們不知道有儲能，我跟他們在這方面做了很多的交流，他們覺得自己落后太多了，現(xiàn)在再跟他們交流，他們已經(jīng)做的相當好了。[page]
現(xiàn)在簡單講一下儲熱和儲冷的技術(shù)。
儲熱，這個包括很熱、非常熱。我們平常所說的熱就是跟生活相關(guān)，你要高質(zhì)量儲熱的話，特別與電相關(guān)的話就是要非常熱，大概在一千度左右，至少在六七百度以上。
儲冷，就是零下196度的問題。
儲熱深冷我們近兩年才開始重視，這個熱處在中間位置，上面是一次能源，下面是二次能源。大家可以看一下，全球90%的能源預(yù)算是圍繞熱的轉(zhuǎn)換、輸送和存儲。后面這些就是太陽能熱發(fā)電，必須有儲熱而且這個技術(shù)比其他任何技術(shù)都要好，效率更高。
二是棄風電，這個可以解決地區(qū)約20%的供暖需求，儲熱是關(guān)鍵技術(shù)。
三是發(fā)電，包括核電，與儲熱技術(shù)集成可以打幅度利用發(fā)電余熱，提高調(diào)峰能力，甚至可以提高3倍左右，這個實際上是理論上的東西，但是已經(jīng)把實際的東西放進去了。
四是壓縮空氣儲能、電動汽車，空調(diào)的使用使里程數(shù)降低30%到40%，電動汽車將儲的熱或者冷的電池組合，夏天我們需要冷，這是要儲冷與電池相組合，在冬天儲熱與電池相組合。另外就是工業(yè)余熱。
儲熱和儲冷的物理機理，橫軸是溫度，是環(huán)境溫度的溫差，這個溫差決定了儲熱力。如果向熱的方向走是提高溫度，如果向冷的方向走就是這條線，就是對同樣的溫差儲冷比儲熱好。溫度越高分子動能越高，所以能量溫度越高。
儲熱分為兩部分，熱和冷。我從05年開始做液化空間的儲能。這個概念很簡單：發(fā)電廠或可再生能源發(fā)電，進入空分和液化廠生產(chǎn)液態(tài)空氣。需要電的時候，液態(tài)空氣由于是液體需要加壓，耗很少的功，利用環(huán)境空氣進行加熱，把冷取出來存在那兒下回再用，最后就是送入電網(wǎng)，就是這樣一個道理。
再就是它的使用范圍，這是一個電網(wǎng)用的圖，一個是儲熱時間，再就是功率要求。
對于大型的深冷儲能，儲熱時間從可小時級一直到上千小時，功率最好是一個兆瓦以上的，就是兆瓦以下的儲能是太貴了，小型的也可以，我是用在移動的一個能源。小型為什么也可以呢？我可以從廠里買氣，因為那個成本很低，比我們用汽油還便宜。
關(guān)于這方面的概念是在1977年提出來的。后來到了80年代和90年代，三菱等等企業(yè)在做這個工作，大家做了大量的研究。
這是我自己做的路線圖，05年開始的，到小的，到中級的，到現(xiàn)在這是倫敦附近的示范廠。他們現(xiàn)在正在建6兆瓦/30兆瓦小時的示范廠，位于倫敦的東南角。
大家會問到性能比較，這是抽水蓄能、壓縮空氣和深冷儲能。論儲能密度，深冷儲能比壓縮空氣多2到3倍，但是比抽水蓄能多很多。按效率來講深冷儲能可以到90%。[page]
下面我給大家講深冷儲能還有什么其他的用途。這是深冷儲能與調(diào)峰發(fā)電廠的集成。雖然是理論研究，但是所有的效率都包含在內(nèi)，這里沒有什么新的技術(shù)，只是把調(diào)峰電集成起來了。
這是深冷儲能，這是燃氣電站。這里面的好處是可以把二氧化硫變成干冰，我們現(xiàn)在的二氧化硫補給要犧牲10%的發(fā)電效率，但這個不需要。在現(xiàn)有調(diào)峰電站的基礎(chǔ)上集成本系統(tǒng)后，在不改變?nèi)剂舷南到y(tǒng)的前提下，調(diào)峰能力可增加約一倍。對新建的調(diào)峰電站集成本技術(shù)后，在同樣的調(diào)峰容量要求下，系統(tǒng)的裝機容量可以減少約50%。
這個就是我們的一個合作，也是我們的一個專利。這是一回路，這是二回，這是三回路，這就把熱扔出去了。我們把核電站的部分把深冷和儲能集中起來了。這個我就不解釋了。調(diào)峰能力約為額定功率的3倍，儲能部分的效率與抽水蓄能相當，大概是70%到80%之間，投資成本為抽水蓄能的2/3。
儲熱的關(guān)鍵是材料，現(xiàn)在有很多材料，一是成本高，二是壽命比較短，三是性能不行，能量不能快速儲存，需要的時候又不能很簡單快速的取出。我們做了一個評估調(diào)研，這是一個質(zhì)量儲能密度，現(xiàn)有的不到一兆，現(xiàn)在我們需要做的就是到這兒，而不是到這兒。具體我就不再多講。
這個過程要成為一個系統(tǒng)會是很大的挑戰(zhàn)，而且這方面做的很少。這是我回國以后開始做的一些工作，具體就是熱電用戶、電源和熱源儲電管理鉛，但是現(xiàn)在我們沒有這樣一個平臺。
這個是儲熱材料研究的最新進展。我們也做了一個微型的系統(tǒng)，做了模擬電源。我們買不起風機和光伏板，主要從儲電和儲熱的角度考慮的。這方面我們已經(jīng)做了好多年。
生產(chǎn)方面我們也做了一些小型系統(tǒng)，具體就不再講了。
另外一方面我們儲熱的材料和系統(tǒng)的建設(shè)平臺。
再就是關(guān)于應(yīng)用，就是我們用在哪兒？一個就是太陽能發(fā)電，這個有兩種技術(shù)，一個是光伏，一個是光熱，光伏是用在太陽能短的部分，光熱是用在太陽能長的部分，一個是聚光，一個是熱電材料，優(yōu)缺點我不講了。大型的太陽能的應(yīng)用肯定是需要光熱的，小型用光伏就可以了。一個兆瓦你說是大型還是小型？從電網(wǎng)的角度講是非常小，而光熱發(fā)電達到幾百兆瓦是沒有問題的。[page]
這是太陽能熱發(fā)電在全球的一個情況，西班牙做的最好，再就是美國，再就是塔式做到2.43%，槽式到96.04%。太陽能熱發(fā)電效率究竟可以達到多少？當溫度聚光達到1千度的時候，實際效率可以達到60%以上。在這里還有一個跟大家共享，剛才我說了太陽能熱發(fā)電是我們最關(guān)鍵的技術(shù)，熱機效率是隨溫度增加而增加；聚光效率呈一條線下降，溫度越高，聚光效率越差。這兩個組合有個聚焦點，這里有比出來的一些數(shù)據(jù)，蝶式的在600到3000，塔式是300到1000，線性菲涅耳是150以下，槽式是80到100，未來的方向一定是塔式或蝶式，但是蝶式做不了很大。
我最近三年一直跟西班牙Abengoa公司合作，我去過他們的塔里面，研發(fā)中心和控制室我都可以去過。我的工作主要做儲熱材料和高溫熱流體和導(dǎo)熱油，我們導(dǎo)熱油已經(jīng)用到200多度或者是300度多一點。發(fā)展了402度高度傳熱流體，發(fā)展了納微結(jié)構(gòu)溶鹽儲熱換熱流體，其缺點第一是腐蝕性，第二是導(dǎo)熱性特別低，就是0.5。美國還說到2008年能到0.58，但是現(xiàn)在我們最好的數(shù)據(jù)到4了，一般也是1以上，就是到這樣一個情況。
另外就是分布式能源系統(tǒng)的應(yīng)用，這個就是200千瓦柴油機的系統(tǒng)。我們?yōu)槭裁匆貌裼蜋C系統(tǒng)來做？出發(fā)點在哪兒？很簡單，現(xiàn)在柴油機效率35%左右，好的到40%，原因是尾氣是以余熱的形式排除的，現(xiàn)在把柴油機的多余的熱存起來，在負荷要求低的時候就不開了，這個整體效率可以到60%。而且短期范圍之內(nèi)可以用柴油機進行調(diào)峰，在短時間內(nèi)可以調(diào)好幾倍。另外就是棄風問題，我們現(xiàn)在情況下棄風是可以用儲熱來解決的。
北邊風電的特征一個是反季節(jié)，一個是反向，一個是供暖季節(jié)的風很大。這是內(nèi)蒙古幾個月份的分布，夏天的時候風不是太好。另外一個特點，因為供暖季節(jié)很強，不得不以熱定電，儲電很難解決棄風問題。因為它不是為了平滑波動，主要是供熱的問題，所以這個儲電技術(shù)很難解決這樣一個問題。
我從08年就開始發(fā)展這樣一個系統(tǒng)，我們專利早就出去了，但是我沒有在會議上講過。這里面就是一個風電廠，在棄風的時候把棄風變成熱，從電到熱。變成這個以后就儲在這里面，需要的時候加熱蒸汽也行，用空氣也行。我們具體發(fā)展的是與熱相聯(lián)的地方肯定要棄的，這是出于安全考慮，所以這個是循環(huán)的。供熱還得水蒸汽，我們發(fā)展一個能源管理系統(tǒng)?，F(xiàn)在我們正在做一個兆瓦級這樣一個系統(tǒng)，成本核算，供熱是3到4年，這里面關(guān)鍵是政策支持需要電網(wǎng)同意，你在風廠制作程度熱，用熱能去發(fā)電肯定太貴了，就是讓他進入這個電網(wǎng)，交給電網(wǎng)一個過路費就可以了。熱電聯(lián)供是4到6年。
從風電制熱到供暖不是一個簡單的過程，必須有一個風的模型，這個模型必須和系統(tǒng)聯(lián)起來。從宏觀角度談是很簡單，但實際上技術(shù)含量的門坎很高。儲能的目的不是為了儲能而儲能，能不儲就不儲，任何過程都會有能量損失。儲能不只是儲電。儲熱是太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，儲熱可以有效解決我國現(xiàn)階段三北地區(qū)的棄風問題。
謝謝大家?。ū靖鍍?nèi)容未經(jīng)演講者確認）
