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抽水蓄能容量、成本和创新分析

作者:中国储能网新闻中心 来源:零碳能源规划研究 发布时间:2022-01-11 浏览:

中国储能网讯:IHA于2021年9月16日在抽水蓄能水电国际论坛(IF抽水蓄能)发布抽水蓄能工作组系列报告:政策和市场框架研究报告,可持续性研究报告以及容量、成本和创新报告,呼吁各国采取抽水蓄能水电紧急行动。

报告导读

抽水蓄能 (PSH) 通过将水从下部水库抽至上部水库,以重力势能的形式储存电能。抽水蓄能项目有两大类:

纯循环或闭环:这些项目仅利用先前泵入上层水库的水发电,并且没有大量的自然水流入。

联合、混合或开环:联合项目利用抽水和自然水流入来发电。在闭环中,上水库位于河外,而在开环系统中,上水库通常位于河上并有自然水流入。因此,在开环系统中,类似传统的水电项目,可以在不需要抽水的情况下产生一部分电力。

抽水蓄能总装机容超过160 GW,目前占全球电网规模储能容量的 90% 以上。它是一种成熟可靠的技术,能够根据项目规模和配置为每日或每周周期以及长达数月以及季节性应用存储能量。

抽水蓄能电厂图示

内容概览

储能的发展潜力巨大

•  可变可再生能源 (VRE) 的电力供应与需求脱节,因此有必要存储多余的可变可再生能源并补偿可变可再生能源的生产不足。

•  储能可用于纠正不同时间尺度上的电力供需不平衡,例如每日、每周甚至季节性存储。

•  预计未来能源消耗和存储需求将达到500 TWh 和20 TW,比目前大一个数量级以上。

可变可再生能源高份额需要更大灵活性

•  为确保电力系统的稳定性和可靠性,不断增加基本电网服务的需求变得尤为重要。

•  机械惯性为电网提供了重要的稳定作用。

•  虽然提供惯性的火力发电厂正在逐步淘汰,但可变可再生能源占比较高时,保持最小的机械惯性至关重要。

不同来源电力系统的灵活性(IEA,2021)

比较抽水蓄能与其他储能技术

•  将抽水蓄能的技术能力与其他储能技术相比,抽水蓄能是最成熟的技术之一,具有很高的往返效率。

•  与化学电池相比,抽水蓄能具有更长的存储周期和总寿命。

•  总体而言,抽水蓄能实现了高容量、长期储能的规模经济

2020年和2030年100 MW 4小时储能技术对比

讨论抽水蓄能和其他灵活性技术

•  为确保负荷发电平衡,能源系统有四大类灵活性,它们包括灵活发电、电网、储能和分布式能源选项;

•  在未来电网的综合建模和规划中应考虑这些选项;

•  限电可以防止系统范围内的供过于求,但代价可能很高;

•  继续使用灵活的火力发电与向低碳电网过渡的目标不一致;

•  对现有资产进行改造和现代化是提高电力系统灵活性的一个重要机会。

抽水蓄能的创新

•  本报告中强调的抽水蓄能新方法涵盖三个板块类别:进一步提升抽水蓄能潜力(例如海水抽水蓄能)、改造和升级抽水蓄能系统(例如利用废弃矿井)以及开发混合系统(例如与蓄热相结合)。

•  在废弃矿井、地下洞穴、无动力水坝和传统水电站改造抽水蓄能的研究正在兴起,这代表了抽水蓄能巨大的未开发潜力。在现有的棕地场地上建造了地下下部水库和上部水库,使得环境影响比绿地抽水蓄能开发小。

•  现代隧道掘进机使位置不可知系统成为可能,以创建地下水道和发电站,或改造现有的废弃矿井。

•  通过最新的技术进步,例如使用变速水泵涡轮或液压短路,能够以可行的成本提高现有抽水蓄能提供的性能和灵活性服务。

•  抽水蓄能等混合解决方案与其他储能技术(例如电池)和太阳能光伏相结合,必须具有提供一站式解决方案的潜力,并能够在电力市场获得效益。

•  热力抽水蓄能是一个新概念,旨在最大限度地提高蓄热效率,并表明深挖掘的岩石暴露在空气中时会从空气中吸收大量二氧化碳,从而减少系统生命周期的碳足迹。

•  海水抽水蓄能在世界许多地方具有巨大的潜力,特别是与反渗透相结合以降低成本和环境影响提供淡水时。此外,鉴于海岸线附近人口众多,以海洋为下水库的抽水蓄能工作液以海水为主要来源是有利的。该系统还可以通过脱盐轻松提供淡水,其中动力涡轮机流出稀释盐水输出。

热力抽水蓄能图示

抽水蓄能-光伏混合系统图示

总结

抽水蓄能水电 (PSH) 是一种经过验证的低成本解决方案,可用于高容量、长持续时间的能量存储。与压缩空气储能和氢气相比,抽水蓄能具有更高的往返效率;并能提供机械惯性、频率调节和电压控制、运行储备和黑启动等一系列电网服务,这些服务在确保电网可靠性方面将变得越来越重要。

总的来说,每种储能和柔性技术都有其优点和缺点,哪个系统最佳取决于项目。对于每个项目,必须详细进行经济、环境和社会成本核算,以便做出正确的决策。化学电池和抽水蓄能具有不同的特性和往返效率,可以在电力系统中相互补充,以支持既经济又可靠的平衡系统。

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关键字:抽水蓄能电站

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