儲電儲能時(shí)不我待 構(gòu)筑低碳能源網(wǎng)

《第三次工業(yè)革命》提到的能源革命，在中國同樣得到了有效實(shí)踐。正是基于化石能源儲量和環(huán)境承載容量的有限性，人們必將高度重視低碳能源的開發(fā)，一旦低碳能源網(wǎng)、智能電網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)高度融合，以化石能源為主要支撐的人類活動將會發(fā)生徹底的變革。可以預(yù)見，至少在建筑、交通兩大領(lǐng)域，完全有可能率先實(shí)現(xiàn)能源零碳化應(yīng)用。

未來，眾多建筑都將成為一座座微型電站，無數(shù)個(gè)微型電站用能源總線聯(lián)系起來就構(gòu)成了一張張高效的低碳能源網(wǎng)。在這里，要想每座建筑都能對能源總線實(shí)現(xiàn)正向貢獻(xiàn)，就少不了節(jié)能。這種建筑的能源消耗只有傳統(tǒng)建筑的60%，甚至更低;與此同時(shí)，必須結(jié)合建筑本身大力開發(fā)太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、淺層地?zé)崮艿瓤稍偕�能源，讓它們�?shí)現(xiàn)能量平衡，最終實(shí)現(xiàn)零碳化運(yùn)行。杭州青山湖科技城建成的源牌綠色工坊就進(jìn)行了很好的嘗試，其光伏發(fā)電量占到其用電量的60%以上，在許多太陽光充足的時(shí)間都可以向外界提供電力。

另一方面，光伏發(fā)電的成本正在逐漸下降，多晶硅價(jià)格從2009年單價(jià)400美元/千克、上網(wǎng)電價(jià)4元/千瓦時(shí)，下降到2013年的15美元/千克和度電價(jià)格1元�？梢灶A(yù)見，光伏等新能源發(fā)電技術(shù)將會得到快速發(fā)展，低碳能源網(wǎng)的構(gòu)筑已經(jīng)時(shí)不我待。然而，光伏、風(fēng)電等新能源發(fā)電都有一個(gè)共同的特點(diǎn)，那就是間歇式運(yùn)行，這就使得發(fā)電與用電難以配備，發(fā)展具有儲能功能的能源總線系統(tǒng)，對發(fā)電和用電進(jìn)行科學(xué)配備成為其不可或缺的重要技術(shù)支撐。

由此可見，要實(shí)現(xiàn)第三次能源革命，必須構(gòu)筑具有儲能功能的低碳能源網(wǎng)，并通過基于互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)建立的智能電網(wǎng)將發(fā)電、儲電、供電、用電有機(jī)結(jié)合起來。到那時(shí)，至少在占全社會總能耗50%以上的建筑和交通領(lǐng)域?qū)⒙氏葘?shí)現(xiàn)能源的零碳化應(yīng)用，人類的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)和對環(huán)境的保護(hù)能力將得到徹底顛覆和空前提高。

通常能源的表現(xiàn)形式有電能、化學(xué)能、機(jī)械能和熱能等，相應(yīng)的儲能技術(shù)有超導(dǎo)儲能、蓄電池、燃料電池、抽水蓄能、壓縮空氣蓄能、飛輪蓄能、彈簧蓄能、冰蓄冷、水蓄熱等。這些儲能技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)，從儲能規(guī)�？�，抽水蓄能和壓縮空氣蓄能最大、蓄冷蓄熱次之，單項(xiàng)工程可以達(dá)到吉瓦級;蓄電池和超導(dǎo)蓄能目前在兆瓦級水平，燃料電池以及飛輪、彈簧等機(jī)械蓄 能技術(shù)目前只能達(dá)到千瓦級。

從儲能密度來看，差異也很大，蓄電池最小，單位立方體積蓄能量約10~2千瓦時(shí)，壓縮空氣蓄能可達(dá)2千瓦時(shí)，冰蓄冷最大，單位立方體積蓄能量可達(dá)10千瓦時(shí)以上。從單位功率的蓄能成本來看，冰蓄冷、水蓄熱最低，每千瓦蓄能成本約300元左右，其他蓄能方式都在1000元以上。因此在實(shí)際工程中，需要根據(jù)不同的能源需求形式以及其技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，因地制宜靈活選用。切不可一味選用單一的儲電方式。

在工程實(shí)踐中，能源需求的形式是多樣化的，如汽車可以使用汽柴油、液化天然氣、電能作為驅(qū)動能源，也可以選擇壓縮空氣或液化氮?dú)怛?qū)動。后三類汽車幾乎對環(huán)境沒有任何污染，關(guān)鍵是這些技術(shù)的成熟度和經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)然，采用電力驅(qū)動對低碳能源網(wǎng)的支持最直接，由此導(dǎo)致的產(chǎn)業(yè)革命是廣泛而深遠(yuǎn)的;而一般民用建筑所需要的能源主要是電能、空調(diào)用冷、采暖和生活用熱等。在我國，造成許多大城市夏季用電緊張的主要原因就是建筑空調(diào)用電，許多城市夏季空調(diào)用電負(fù)荷占到其最大用電負(fù)荷的40%以上。

在浙江、江蘇等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)省份，夏季空調(diào)用電負(fù)荷已超過全省總用電負(fù)荷的30%。另一方面，夏季空調(diào)用電負(fù)荷與氣溫相關(guān)性很高，如上海，當(dāng)氣溫在35攝氏度以上時(shí)，最高氣溫每升高1攝氏度用電負(fù)荷就增長60萬千瓦以上;因?yàn)闅鉁刈兓�和人們�?xí)慣的作息規(guī)律、空調(diào)用電負(fù)荷幾乎呈現(xiàn)正弦曲線的變化規(guī)律，造成電網(wǎng)負(fù)荷率大幅度降低，不僅降低發(fā)電效率和電力設(shè)施的投資效率，同時(shí)給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來很大的困難，采用建筑儲能提高電網(wǎng)負(fù)荷率就顯得非常重要。

在電力用戶側(cè)的建筑本體附近選擇冰蓄冷技術(shù)進(jìn)行儲能，無論是投資、占用場地，還是從能源儲放次數(shù)導(dǎo)致的效率損失等各方面都是最小的。再如，在北方許多風(fēng)力資源比較豐富的中小城市，由于電力上網(wǎng)條件的制約以及風(fēng)力發(fā)電功率的不確定性，采用電能就地轉(zhuǎn)化成熱能并進(jìn)行必要的儲存，滿足城市集中供熱可能就是最理想的選擇，此時(shí)再去強(qiáng)調(diào)電能的高品位和采暖用熱的低品位就意義不大了。