中國粉體網(wǎng)訊 發(fā)展新能源電力是實現(xiàn)“雙碳”目標的必由之路。不過風電、光伏等技術(shù)具有間歇性、反調(diào)峰性，需要配置大規(guī)模電力存儲技術(shù)來維持電力系統(tǒng)極端工況的供求平衡。目前廣受關(guān)注的大規(guī)模儲能技術(shù)包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能和電池儲能等。其中抽水蓄能規(guī)模大、存儲周期長，但選址、運行受自然水資源、地質(zhì)條件的約束；壓縮空氣儲能的儲能功率大、效率較高，但大規(guī)模儲能往往需要依托自然巖穴；電池儲能效率高，但受制于關(guān)鍵材料稀缺、預期壽命短、單位容量成本高等因素，更適用于中小時間尺度的場景（如調(diào)頻）。因此，進一步探索高效率、低擴容成本、不依賴地質(zhì)條件、適應(yīng)較長儲能周期的大規(guī)模儲能技術(shù)，是增強電網(wǎng)韌性、保障新能源電力持續(xù)高速發(fā)展的重要課題。
卡諾電池背景：傳統(tǒng)煤電轉(zhuǎn)型
在第七屆中國光伏產(chǎn)業(yè)論壇上，中國可再生能源學會綜合系統(tǒng)專委會主任許洪華提到，我國煤電在相當長時間還是保證能源安全的壓艙石，煤電機組存量資產(chǎn)約4萬億。我國能源中短期以煤炭為主不會改變，到2030年累計新增消費約為350億噸煤，能源消費中占比約為45%，2060年累計新增消費約950億噸，中短期內(nèi)煤炭還無法替代。許洪華表示，在新能源消納方面，如果上述煤電資產(chǎn)棄而不用，將會造成巨大的浪費。
其實在今年全國兩會期間，包括劉漢元在內(nèi)的多位來自新能源領(lǐng)域的代表、委員建議，我國新能源發(fā)展，要多學習借鑒電網(wǎng)設(shè)施相對老舊、但新能源消納卻非常成功的德國的經(jīng)驗。
2020年1月16日，德國政府明確表示，政府決定在2030-2040年中后期關(guān)閉德國所有燃煤電廠。目前，德國三分之一以上的電力來自燃煤發(fā)電，從而產(chǎn)生大量溫室氣體，導致全球變暖。為不顛覆火力發(fā)電行業(yè)的技術(shù)，可以保留目前火電站大部分設(shè)備和資產(chǎn)，還不會給國家和能源公司造成大量人員短時間失業(yè)的社會問題，德國宇航中心（DLR）提出了“卡諾電池”技術(shù)。
卡諾電池簡介
卡諾電池的概念于2018年的漢諾威工業(yè)博覽會上出現(xiàn)在公眾面前，其原理是抽熱儲能技術(shù)。在這種技術(shù)中，電能以熱能的形式存儲，然后再利用熱能發(fā)電，實現(xiàn)電-熱-電的存儲與轉(zhuǎn)化。
諾電池原理（來源：DLR）
一個卡諾電池系統(tǒng)由三部分組成：電能轉(zhuǎn)熱（P2T），熱能儲存（TES）和熱能發(fā)電（T2P）。
卡諾電池基本概念簡化示意圖（來源：趕碳號）
電轉(zhuǎn)熱有許多方法。例如：電阻加熱、熱泵、或是其它熱力學或熱化學反應(yīng)。
熱儲能的技術(shù)會依據(jù)溫度和應(yīng)用而有所不同。常見的儲存材料有：熱水、熔鹽、巖石、液態(tài)空氣等。
熱轉(zhuǎn)電可以通過：熱機、蒸汽渦輪機、燃氣渦輪機等。
卡諾電池與抽水蓄能、壓縮空氣儲能等技術(shù)相比不需要水庫、洞穴等地理條件，可以靈活的建造在各處，是一種理想的分布式儲能技術(shù)。雖然卡諾電池的效率（40%~70%）低于抽水蓄能電站（65%~80% 左右），但勝在運行過程環(huán)保而且成本低廉，環(huán)境足跡小，預期壽命長達20~30年，而最突出的優(yōu)點是原有的化石燃料發(fā)電廠的部分部件可以用來構(gòu)建電池。
卡諾電池研究應(yīng)用進展
去年11月，DLR領(lǐng)導的科研團隊成功建造并測試了以硝酸鹽為儲存介質(zhì)的卡諾電池。這種電池裝置可將電能以熱能的形式儲存起來，在需要的時候再用它來發(fā)電。DLR開發(fā)的潛熱儲存裝置是其卡諾電池系統(tǒng)的核心，里面有大約兩立方米的硝酸鹽。高溫熱泵利用儲存的電能將鹽加熱到150℃，鹽受熱融化并吸收更多的熱量。第二個回路則將熱量傳遞到熱機，熱機驅(qū)動帶有發(fā)電機的渦輪機。這樣電力就可根據(jù)需要反饋到電網(wǎng)中。該裝置的特別之處在于它的熱交換器。它們有兩個通道，一個用于輸入熱能，另一個用于排出儲存的熱。這使得系統(tǒng)能夠使用不同的制冷劑進行操作，以便耦合存儲系統(tǒng)的不同部分。為了在蒸汽回路和鹽之間進行有效的能量傳遞，熱交換器具有類似于雪花狀的橫截面，這可以使鹽的接觸表面最大化。
卡諾電池的尺寸、容量和能量管理可以定制，以滿足特定需求。它還有一個優(yōu)點是可同時提供電力和熱量。儲存的熱量可直接用于許多工業(yè)過程。研究人員目前正在測試不同的負載場景、熱流和溫度曲線，以提高其整體效率。
研究人員表示，卡諾電池具有在可持續(xù)能源經(jīng)濟中廣泛使用的潛力。他們預計工業(yè)系統(tǒng)將在大約十年內(nèi)投放市場，以后這些設(shè)計將可用于更長的存儲時間和幾兆瓦的輸出。
卡諾電池應(yīng)用（來源：太陽能光熱聯(lián)盟）
因為德國的帶動，全球范圍內(nèi)已經(jīng)漸漸掀起一股卡諾電池熱。
捷克技術(shù)大學節(jié)能建筑大學中心與熱泵馬赫公司合作，成功完成了通過卡諾電池中石塵中儲存的熱量來儲存電力的概念的測試；智利考慮將30座燃煤電廠改裝成卡諾電池，并開始與德國展開合作，智利決定，所有燃煤電廠將在2040年之前停止運營。
我國的華能集團有限公司也在研究“煤電+熔鹽”儲熱技術(shù)，構(gòu)建基于煤電機組的儲能系統(tǒng)，即卡諾電池，實現(xiàn)跨周、跨月儲能調(diào)節(jié)。這種季節(jié)性調(diào)節(jié)類似于抽水蓄能，把熱儲存一段時間后再利用。我國煤電廠數(shù)量眾多，利用這一技術(shù)，可發(fā)揮現(xiàn)有煤電廠的能力，盤活煤電資產(chǎn)，是符合我國國情的有效途徑。
參考資料：
1、邵明軒等，《依托低階煤電站的提質(zhì)儲熱卡諾電池及其性能分析》
2、科技日報，《德研發(fā)卡諾電池存儲可再生能源》
3、趕碳號，《這位專家語出驚人：光伏＋電化學儲能，可能讓我們誤入歧途》
4、太陽能光熱聯(lián)盟，《德國：將現(xiàn)有煤電站改造為“卡諾電池”儲熱電站，促進從化石向可再生能源過渡》
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/長安）
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