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能源转型:储能是大规模新能源发展的必然选择

北极星智能电网在线  来源:中国能源报  作者:范征  2016/12/8 15:02:36  我要投稿  

北极星智能电网在线讯:故事来自于遥远的德国北部小镇,一家祖辈四代农民在90年代开始了绿色能源示范,成为德国能源转型的先锋,开发并运营了本地多座风电场、储能电站、光伏和生物质能电站,成功为全村提供了100%的绿色能源,并帮助全村村民增加了收入。这些项目不仅获得了博世集团的示范项目经济资助,还引起了众多世界级投资银行的关注。这是一个叫Jan Martin Hansen的德国农民开发风能的故事。事实上,正是因为有成千上万个农民Hansen的参与,德国的能源转型才能走在世界前列。

车行德国北部,会被大片风电场吸引,欧美著名制造商的风机矗立于此,从旧型kW级风电机组到新型3.6MW大型陆上风机一应俱全。但是这里在上世纪九十年代前却是另一番景象:大量的玉米农田,农民年复一年在这里进行耕种,但因为农产品单一生产低效,常常过着青黄不接的日子。大量农民急切希望能增加收入。直到有一天在一个只有700位居民,名为Braderup的小村子里,一个普通农民想到了一个不一样的点子。

去过德国北部的人都知道,当地一年四季风吹不断。在德国北部人民眼中,风是大自然的馈赠。在德国,农产品多为玉米,风能是一个隐藏的宝库。有一天,以种玉米为生的Hansen突发奇想:“如果把风能利用起来,会怎样?”

“当我把这个想法告诉其他村民时,大家都说:你疯了吗?”Hansen穿着一身普通的卡其色棉衣,带着一个鸭舌帽,因为上了年纪身体有点肥胖,在一望无垠的草地上边走边回忆着。Braderup是一个远北地区的小村庄,在北海和波罗的海之间,风能资源丰富,当地居民已经习惯了疾风,但没有人想过要把这些风能利用起来。

Hansen只是个纯农民,没有技术、没有经验、没有资金,最多有一些机械常识。上世纪90年代,他起初与一个来自丹麦的电力工程师合伙并从初装学起,后来陆续吸引了当地200多个村民加入。在村民们集体出资帮助下,取得进一步发展后还获得了银行贷款。

最初建起第一台kW级风机时,虽然风非常不稳定,但电网还可以适应并传送清洁电力。但随着在2005年8台西门子2.3MW级SWT-2.3-101型风机投产,常常因当地电网传输线路老旧导致电网超负荷。因风能不能被储存,造成很多困扰。

于是Hansen想到:“能不能给风机装一个储能设备?”这样,在风速快、发电多时,可将多余电能储存起来,当风速低、发电少时,又能将储存的能量尽快释放出来,形成电网友好型发电系统。

那么,当地电网该如何发展以消纳100%的新能源?当地并不是负荷中心(德国的鲁尔区与南部地区是该国负荷中心),富裕的清洁电力怎样外送?大比例新能源并网下的电力交易怎样实现?至少可以得出一个结论,储能是大规模新能源发展的必然选择!而这些问题的答案要从德国的能源转型说起。

储能开启能源转型新阶段

德国的能源转型起始于上世纪80年代的反核浪潮,2000年新能源法案颁布之后得到进一步发展,最终在2010年前后,新能源成本因大量生产制造而大幅降低,产业发展随之爆发。由于大量新能源投产,很多区域配电网公司既要消纳这些新能源,又要保障供电可靠性,还要有极具竞争力的上网电价和销售价格,然而由于新能源并网而造成的电网频率扰动和输电线路阻塞问题,还无法通过技术手段完全解决(线路规划建设周期长、调频成本高、新能源可控性差)。德国全国平均限风电达3%,尤其在北德风电经常会被限制更多出力。这使得风电储能有了发展机会。

正是看到这一机会,Hansen开发了参与风电消纳的储能示范项目,最终吸引了德国诸多知名投资银行的关注。最终博世集团作为项目投资方,占股50%参与到其中。2014年7月11日,第一个社区联合风电项目Braderup-Tinningstedt正式投产运营。

截至目前,该风电储能项目已经安装了250kW/1000kWh储能,由中国大连融科储能技术发展有限公司提供了液钒电池电站和2MW/2MWh的锂电池电站,并已平稳运行了两年。Hansen希望在未来储能成本急剧下降时能再次站在能源转型的前沿,将村民集资的所有风电场都装上储能设备,并将其建设成为世界级储能设备的实验基地与新能源的教育基地。

储能助力中国能源转型

在我国的“三北”地区,这样的变革也在发生,众多国内知名储能制造商已经联手新能源发电运营商开展了一些示范项目,如大连融科在沈阳法库卧牛石风电场地区建设的5MW/10MWh风电场配套储能设施,实现了跟踪计划发电、平滑风电功率输出等动能,进而提升了风力发电接入电网的能力。此外,该配套还在风电并网运行中发挥了暂态有功出力紧急响应和暂态电压紧急支撑的作用,确保电网的总体运行更为安全可靠。这是迄今为止我国最大功率和最大容量的全钒液流电池储能系统。除此之外,大连融科公司还将在大连建设200MW/800MWh的液流电池储能电站,作为国家级储能示范项目,旨在助力解决辽宁电网调峰和新能源并网造成的频率波动问题。

前述德国Braderup地区农民Hansen的案例中,德国从技术、经济甚至政策层面建立了一套有助新能源消纳的解决方案,可以供国内光伏扶贫、大比例新能源消纳、主动配电网示范园区参考:

从管理角度,提高新能源并网管理功能。根据德国法律相关条款的规定,2009年开始德国新能源发展已经进入第三阶段,要求新能源实现自动化并网。这种自动化并网方案也经历了由经验值到理论值的探索,比如德国最近推出的5%原则,即以新能源年发电量的5%为限峰代价换来配电网消纳新能源容量一倍的扩大,此举将大大降低配电网投资。目前德国联邦议会已经批准了此原则,近期该原则也将会被写到德国《能源经济法》中;

从规划角度,就地解决新能源并网后的电压问题,加装储能设备就是一个可行方案;

从新技术的角度,提倡智能化的主动配电网,以可预测的配网了解电网在未来24或48小时内的传输瓶颈,并借助智能市场的方案,提高负荷的灵活性和负荷追踪的经济性。

正是通过上述手段,德国Braderup地区的新能源消纳水平、供电可靠性和过网费用的竞争力都得到了有效提升。

Hansen在上述风电和储能项目之后又建了光伏、生物质能项目,目前基本达到了全村100%的新能源供给。从上世纪90年代开始带领村民开发的众多风电场,现如今俨然成为了村民们的“提款机”。

Hansen是一个朴素又兼具理性和商业思维的人。他努力给后代创造健康绿色的生活环境,并利用身边的资源创造价值,是一个能源转型的时代先锋。同时,我们应该看到新能源消纳问题不只是中国有,德国的能源转型同样困难重重,但是越来越多储能技术瓶颈的突破,让农民参与新能源发电并脱离贫困不再是梦想。Hansen先生的努力,更是一个热情的新时代先锋的朴素生活态度。

(作者系亚洲开发银行清洁能源技术顾问)

原标题:一个来自德国农民的绿色能源故事

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