布雷顿循环和卡诺循环区别(朗肯循环包括)

近日,麻省理工学院发布了《储能系统的未来》研究报告,指出到本世纪中叶,可再生能源发电有望取代化石燃料发电,部署不同的储能技术可以优化和利用不断增长的可再生能源发电。报告研究和分析了各种储能技术(电化学储能、储热、化学储能和机械储能)关键性能、应用领域

近日,麻省理工学院发布了《储能系统的未来》研究报告,指出到本世纪中叶,可再生能源发电有望取代化石燃料发电,部署不同的储能技术可以优化和利用不断增长的可再生能源发电。报告研究和分析了各种储能技术(电化学储能、储热、化学储能和机械储能)关键性能、应用领域和成本指标等,呼吁应积极支持长时储能技术、多类型电化学储能技术,以实现到2050年电网系统完全脱碳。

布雷顿循环和卡诺循环区别(朗肯循环包括)

具体内容如下:

1、储能技术创新阶段比较

能源相关的技术创新通常需要经过五个阶段:①概念提出;②技术研发;③一定规模的工程试验;④技术示范;⑤部署应用。表1涵盖了各种储能技术当前创新阶段。

表1 特定储能技术当前创新阶段

储能相关技术

创新阶段

锂离子电池

液流电池(无机电解质)

液流电池(有机电解质)

钠硫电池

金属-空气电池

关键材料供应(金属和稀土金属

电池回收

电池二次利用

抽水蓄能

储热

氢气生产、运输、储存

制氢(光电制氢、高温气冷堆制氢、电解水制氢)

注:①概念提出;②技术研发;③一定规模的工程试验;④技术示范;⑤部署应用

随着脱碳要求变得更为严格和对波动性可再生能源发电的依赖不断增加,长时储能技术具有更广泛的应用前景。例如在波动性可再生能源发电供应低谷期或由于极端天气导致异常高水平的电力需求,而此时电网运营商被禁止使用未装碳捕集装置的天然气发电时,长时储能技术至关重要。

2、电化学储能

电化学储能能量密度通常比机械储能和储热系统高,但比化学储能(氢储能)系统要低。电化学储能由于占地空间小,不受地理环境和资源的限制等特点成为一种通用且高度可扩展的技术,其应用领域涵盖发电厂到住宅等多种场景。

其中,锂离子电池因具有高能量密度、高功率密度和高往返效率,在电动汽车领域广泛应用,并在短时(通常为4小时或更短)电力系统储能领域广泛使用。目前用于电池制造的关键材料成本和可获取性决定了锂离子电池的应用成本,并可能限制其未来部署规模,而这一挑战将促使电化学储能从高性能锂离子电池的研发转向化学原料更为丰富的其他新型电化学储能技术。

目前,锂离子电池正在朝向低成本和高性能方向发展。基于其自身储能容量成本的限制,锂离子电池不太可能大规模应用于长时(大于12小时)电力储能系统中。为了实现更具经济效益的长时储能,美国能源部应支持该方向技术的研发和示范,以推进使用储量更为丰富的材料来替代锂离子电池技术。长时储能的成本、使用年限和制造规模使研究人员探索新型电化学储能技术,例如氧化还原液流电池、金属-空气电池,这类电池使用更为廉价的充放电材料,更具有长时储能的特点。虽然这几种新型电化学储能技术已展现其应用前景,但在关键科学、工程和制造方面仍存在短板,这意味着政府需要加大力度进行投资协调予以支持。其他国家,尤其是中国正在积极探索该类技术的创新突破。

3、储热

储热技术是利用低成本材料储存热量,是一种适合长时储能需求的技术,这类技术的主要挑战是如何高效且经济地将热量转化为电力。为解决这一挑战,目前有3种方法:①将现有发电厂中的燃气轮机替代传统化石燃料锅炉,并在其旁配备储热设施,从而降低热能转化为电能的成本;②开发动力循环替代系统,即闭式布雷顿循环,在中温(550-1000 ℃)下具有更高的热能转换效率;③推进耐高温材料和高功率转换装置的研发,以达到更高的热能转换效率、提高高温材料使用寿命、降低电力成本。

4、化学储能(氢储能)

氢气被普遍认为是一种先进的化学储能介质,因为其可以通过较为简便的方式生产,同时可以作为发电燃料或其他工业过程的原料或热源。化学储能技术领域主要关注氢储能。氢储能作为一种电力系统储能形式,其发挥的作用取决于氢气在整个经济领域中的采用程度,以及未来氢气生产、运输和储存的成本。目前,制氢的主要方法依赖于化石燃料,而这一过程将产生大量的碳排放。利用低碳电力电解水制氢将推动工业和交通运输等行业实现脱碳目标。通过电解水产生的氢气在波动性可再生能源发电量降低的时间段用作工业和发电的低碳燃料,将提高波动性可再生能源的利用率,降低电力系统脱碳成本。

5、机械储能

电能可转化为包括重力势能、动能等多种形式在内的机械能。机械储能包括多种技术,其共同特点是它们的能量密度远低于化学储能或电化学储能的能量密度。因此,机械储能系统往往占地面积大,并需要一定的地势条件,不太适用于在小型设施中应用。

抽水蓄能是一种成熟且已广泛部署的技术,占全球和美国现有的电网级储能装机规模90%以上。但自20世纪90年代以来,抽水蓄能在美国和其他许多国家部署进度显著放缓(特别是中国)。此外,抽水蓄能项目的初始成本较高,规模较大、选址要求较高。该技术虽然不是严格意义上的利用电能或电能之间转换的储能技术,但现有的带有蓄水池的传统水电系统可以在平衡严重依赖波动性可再生能源发电的电力系统供需方面发挥更大的作用。

压缩空气储能系统将压缩的空气储存在地下的洞穴或地上的储气罐中,一些压缩空气储能系统还存储压缩空气时产生的热量。该技术作为潜在的电网级大规模储能技术被广泛研究。尽管压缩空气储能系统的成本估算受到多种不确定因素的影响,但该技术的能源成本通常高于未来可用的其他储能技术的成本。

6、不同储能技术成本

通过平准化储能成本(LCOS)数值来评价各种储能技术的成本,根据单位放电功率和储能容量成本可将储能技术分为三大类:一是储能容量成本低、功率容量成本高的技术最适合长时储能应用和不太频繁的充放电循环,包括储热、氢储能、金属-空气电池和抽水蓄能技术等;二是功率容量成本低、储能容量成本高更适合短时储能或频繁的充放电循环,包括锂离子电池技术;三是这两项指标较为平衡的技术,包括液流电池技术。然而真正的高效储能系统通常涉及不同持续时间的储能技术的结合使用。(中国科学院武汉文献情报中心先进能源科技战略情报研究团队

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