11月12日,在2015年第3届中国(武汉)锂电新能源产业国际高峰论坛(ABEC 2015,锂电“达沃斯”)上,德国拜耳集团CEO技术特别助理韦伯博士发表了题为《锂电储能技术在工业园及其能源管理的应用》的演讲报告,以下是演讲报告实录。

韦伯

德国拜耳集团CEO技术特别助理韦伯博士

  中国电池杂志-中国电池11月12日讯(陈语 湖北武汉直播报道)11月12日,在2015年第3届中国(武汉)锂电新能源产业国际高峰论坛(ABEC 2015,锂电“达沃斯”)上,德国拜耳集团CEO技术特别助理韦伯博士发表了题为《锂电储能技术在工业园及其能源管理的应用》的演讲报告,以下是演讲报告实录:

  女士们、先生们、尊敬的来宾,我今天演讲的题目是“锂电储能技术在工业园、能源管理领域的应用”,大家可能会问这个主题与今天论坛的主题有什么关系呢?锂电技术作为储能技术的核心支撑,同时又作为新能源产业发展的制约因素,工业园区,以及区域经济将会在未来是锂电储能技术一个重要的应用及市场。

  首先来看一下目前的行业和技术发展情况。目前很多工业园区在能源的供应方面都已经规划为了自给自足的模式,在园区的中央火电厂会生产高压蒸汽,通过燃起机组转化为电力。园区中这种孤岛的运营方式比外部的供电更为经济,而且园区火电厂根据园区内部工业能耗来量身设计的。在未来,通过智能的能源管理系统,未来的电网运行将更加稳定,多余的电力将与区域的配电网并网,区域电网可以在内部电力供应不足时用于补充。这种能源体系它的结构相对比较简洁明了,唯一储能的缓冲就是外部的公共电网。

  工业园区最初的能源管理系统它是采集园区当中内蒸汽消耗的数据,然后建立能耗的模型,据此来调整火电厂供应设备的运行。动力设备控制机组是模块化的机组,包括蒸汽锅炉,发电机组和配电网能够据此进行相应的设置。而随着日益上涨的电价和不断提升的环保意识,在全球节能减排的大趋势之下,工业园区纷纷地引入新能源,通过新型的热能和电能供应技术,来实现自身能源的优化。

  当前特别热的一个技术是用现有的中央垃圾处理设备来进行循环发电,通过焚烧废水处理或者污泥来进行发电,并将垃圾焚烧产生的余热来生产蒸汽以及供热。生物质能垃圾将进行统一焚烧,燃烧会产生烟气可以用来发电和生产蒸汽。沼气产生的余热还可以用来发电,并把多余的电力并入公共电网。生物质能垃圾在早期设备中会转化为甲烷,最后燃烧,用余热发电。用蒸汽发电能产生热能,同时降低对燃煤化石燃料的依赖,并实现减排。同时还会对现有的设备进行整合,实现电热联产的改造,通过冷吸收设备,补充能源供应。这种模组化的能源管理它的目标是对工业园来说,要实现不同发电设备的优化组合,选择的工艺主要标准是用电的企业的电热利用比例。

  工业园能源管理是日趋复杂的,但是用户端的能源感觉的原理基本是一致的。外部电网它仍将作为储能的缓冲区,但是会引入更新的技术路径,来实现储能还有调风的目标。使用新能源,以及更小规模的发电设备,这个要求工业园区采用能源管理新的方案和实施新的技术,这个要视当地的能源结构为准。

  比如说不同的新能源的类型,光伏在白天夜晚,日照和雨天以及季节性的波动差别比较大。比如地热它在一年当中存在地下和周围环境的温差,而沼气设备它可以产生甲烷,可以输入管网,而电热联产作为分布式能源供应系统,它功率比较小,而且是要按照企业的热能需求来运行。越来越多的电热联产设备它可以通过技术革新,在低温功耗下进行,可以利益更多的余热热能来发电。

  最后我们还会提到一个当前比较热的技术,是能量采集,以上各种不同的技术路径都是要保证工业园区实现分布式的能源管理。这种分布式的能源管理系统能够极大地优化工业园区的能源效益,特别是比较新的能量采集是当前比较热的技术。这些新的技术路径又带来了园区能源管理方面的参数管理的变化。

  很多小型的能源设备之间它可以彼此连接,对整个虚拟的电厂,通过中央的集中控制,在高峰复合时能够局部地迅速启动,以实现调峰的功能。虚拟电厂经过一体化之后,按照电热联产的原则,通过与公共电网的并网,实现系统的调峰。从能源管理整体的角度来讲,相关的挑战在于如何使用这些设备和通过相应的技术路径,来形成整个工业园能源供应的总体方案,必须是长效的,可持续,经济性能很高,同时要有非常高的安全稳定可靠。

  我们进一步来考察一下工业园区在能源管理方面所面临的挑战,首先,工业园的能源系统它自身的能量有效,必须要保证园区内各家企业生产,这是首要任务。而工业能耗和峰值复合管理,要取决于园区相应的产业定位。而企业在入住园区以后,它的能源需求情况有可能会相对补稳定,产生比较大的波动,相应就会产生在用户端也会有用电需求的波动,特别是光伏设备。工业园区通常会有一个能量辐射网,能够实现比较良好用户端的用电典需求管理,保障电力供应的稳定。

  目前工业企业它们面临的一个共同问题是能耗,在很多的行业已经超过了制造成本50%以上,园区经营方以及企业的首要任务尽可能要节能降耗。由此以来,针对工业园区能源管理的设计、规划提出了很高的要求,用户端的需求侧管理必须要考虑双方,即能源的供应方和使用方,这不是一个简单的事情。

  结合各国的环保政策,工业园区现在使用新能源发电,来实现节能减排,这就要求能源管理弹性管理,可以适时地应对变化的发电量和波动的用电需求,同时实现优化整合,各种不同能源供电模式的组合。工业园区的能源管理方需要和入住的工业企业共同地协商生产计划,来实现系统的调峰。要实现系统的调峰,用户端的需求侧管理从技术层面上要求尽可能地应对变化情况,以秒为单位进行及时地反应。

  工业园的能源管理由以下几个部分组成,我们必须要将通常发电量不稳定的设备要整合并入园区内部电网,有必要在此建设虚拟电网,虚拟电网中所有的发电设备,它可以集中控制并通过与公共电网并网,来进行调峰等优化管理。在虚拟电网中,除了公共电网的参与,不同的发电设备和用能单位之间设置了信息交流层,实现了整个网络的自动化和中央控制。

  目前市面上常见的虚拟电场的配套软件包括了功能管理系统,用以连接和控制分布式能源设备的功能,管理目标是综合要考虑经济性能,生产热能和电价等因素,来优化联网以后各设备运行的效益。

  新型的虚拟电场能够通过智能软件工具,来系统化管理联网电力设备,这样一来虚拟电厂能够整合联网系统中各个能源设备的运行,以实现整体能源生产、耗能和储能规划。目前物联网为实现新一代的电厂提供了重要的解决方案,新的解决方案技术核心上,它的特点是可扩容,兼容性,高度的灵活,能够充分发挥整个设备联网后整体的优越性。

  第二个要素是虚拟的储能,为了避免设备利用率过低或者是不堪负荷,电力将直接或间接并入公共的电网。储能在这种同步的模式中,它是承担了调峰的功能,它接受动力设备产生的电能,但是自己不消耗。但同时我们要注意,新能源发电设备它也会相应地产生二氧化碳的排放,我们要同时确保用之前的减排。

  而针对工业园区整个能源的系统,它是要求要大容量的储能设备,达到兆瓦级别,并且能以分钟为单位实现储能。针对工业园的能源管理领域比较重要的是短期储能和中期储能的技术。储能电池它实现了百万之一秒级别的储能,使用这个储能电池可以保障电网中动力设备以稳定的频率运行,同时这个储能电池能够一次性地运行数个小时。最后这个电能还可以使用化学性能来输送,从长期来看,压缩性的储能技术将是以后发展的重点。利用水的分解获取空气这种转化技术,氢气也可以用来发电,或者生产要素使用,加工成为甲烷气。

  在目前的技术路径之下,有三种类型的储能技术对工业园能源管理尤为重要,储能电池,热能的储存和压缩空气的储存。目前储能电池已经能够提供系统的服务了,这包括了电池储能系统中以分钟级别的储能功能,它主要是用来提高电网运营的经济效益,而不是用来提高电网供能的稳定性。目前有各种类型不同的锂电池作为储能技术的应用,第一种是可扩容的磷酸铁锂电池,第二种是硫化钠电池,还有容量能够达到5兆瓦以上的钒氧化还原液流电池。还有容量达到了1兆瓦以上的可扩容锂离子电池。容量达到30兆瓦以上的蓄电池储能设备目前还处于项目研发阶段。

  由于时间关系,请允许我接下来对各幅图片只做非常简短的介绍,目前正在研发模组化的软件,这套工具已经在两个园区进行了成功的试测,在未来数年将推广上市。最后我想简单列举一下工业园能源管理方面储能技术科研的一些课题,来结束我今天的发言。

  首先是正在研发工业园能源的研发工具,以模组化的形式在工业园的能源总体规划阶段,能充分地考虑及整合适合园区运营的能源效力,这套规划工具是以工业4.0为基础,优化工业园能源智慧管理模式下的供应结构。

  其次是大容量的长效锂电池的研发,大于1兆瓦的容量,同时实现分钟级别的储能,作为主要的工业园能源管理系统的缓冲。

  还有包括其他经济性能优越的储能技术的研发,在此呢,电气转化技术将成为主流。而电热转化技术经济效率将得到进一步的提升。还有电热器联产将会进一步地得到技术性能的提升。同时整合智慧能源管理系统相关部件的能源网关也将进行进一步的研发。

  我相信锂电技术作为动力之源,同时也是新能源,汽车和其他能源产业发展的一个重点的技术,也是制约储能领域技术的发展,也是作为电子产品主力的电源,将会在未来成为核心的技术发展方向。

  总体来说我们可以期待,在未来的数年,工业园能源领域将出现激动人心的新发展,工业园区的能源管理将会实现持续的优化,而其中关键的制约因素就是储能技术、锂电池技术的发展。

  感谢大家的关注,谢谢!

  (以上内容根据论坛现场速记整理,未经发言者本人审阅。)

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