中國儲能網(wǎng)訊：9月8日，中國科學院過程所國際儲能研究中心主任丁玉龍教授出席了由中國儲能網(wǎng)舉辦的“儲能技術(shù)在微電網(wǎng)與分布式能源中的應(yīng)用”高層研討會，并在大會上發(fā)表了主題演講。以下為演講內(nèi)容：
各位專家大家下午好！我今天講跟前面不太一樣的課題，對儲熱和深冷大家接觸不太多。
大家知道能量，但是我們現(xiàn)在儲能的分類很麻煩，有化學能，物理能等各種能，龍生九子，各有不同。大家簡單想一下就是兩種能量：一是動能，二是勢能，需要從跨空間和時間的尺度去理解。勢能和動能在不同的空間和時間尺度形成了所有儲能的基礎(chǔ)。
我們很多搞儲能的人員對能量的質(zhì)量不太了解。能量是分級的，質(zhì)量不一樣，電磁能是最高，熱能最低。從電磁能到熱能可以基本實現(xiàn)百分之百的轉(zhuǎn)換，從電能到熱能是35%的轉(zhuǎn)換。因而，能量應(yīng)根據(jù)需要，按質(zhì)量（級）來存儲和釋放，不一定非得要儲電。
第二，為什么要儲能？我們常規(guī)電力，發(fā)電負荷率低，電網(wǎng)利用率低，就是50%左右的數(shù)值。二是可再生能源發(fā)電，間歇性、被動性、未并網(wǎng)，棄風和光，分布式能源我們搞了很多，這里就不再多說。大型核電的挑戰(zhàn)也比較大，調(diào)峰能力非常弱，這個最好的調(diào)峰轉(zhuǎn)到25%，對核電的安全性和壽命有很大影響。在工業(yè)過程中，工業(yè)預(yù)熱浪費超過10億頓標煤/年，電力行業(yè)去年煤耗是18.69億噸，這個不是標煤。儲能，特別是儲熱的貢獻是不可小視，這個能量跟我們電網(wǎng)同樣重要。
剛才大家都討論技術(shù)成熟度，這里有一張在西方和美國認可度比較高的技術(shù)分級圖：1到3級是大學和研究所，屬于技術(shù)研究；投資應(yīng)該是國家和慈善機構(gòu)事。3到6級是技術(shù)轉(zhuǎn)換，也是企業(yè)和國家投資；3級是工業(yè)界，由企業(yè)投資。現(xiàn)在就是亂了，其實2級和3級都是國家投的。
我把我剛才講的概念用于儲能技術(shù)里面，這個縱軸是正在發(fā)展的技術(shù)，中間是正在發(fā)展的技術(shù)，上面是已經(jīng)成熟的技術(shù)。因為我要講儲熱和儲冷，這個是已經(jīng)發(fā)展了，但是還沒有成功。
至于經(jīng)濟性，有專家在前面已經(jīng)講過，在這里我就不再多講。這個圖里面，儲熱是最左邊。
論使用壽命，超級電容和飛輪的使用壽命相對比較長。
關(guān)于國內(nèi)外的部署，這個屬于基礎(chǔ)研究。中國對973和863項目的支持經(jīng)費是2.0億左右，去年是1.6億，今年又支持了一些研究。在德國大概是18億人民幣，英國是10億人民幣，英國今年投了7到8個億吧。美國是160億，日本也投了一些，韓國宣稱要投320億。07年我去韓國交流的時候，他們不知道有儲能，我跟他們在這方面做了很多的交流，他們覺得自己落后太多了，現(xiàn)在再跟他們交流，他們已經(jīng)做的相當好了。[page]
現(xiàn)在簡單講一下儲熱和儲冷的技術(shù)。
儲熱，這個包括很熱、非常熱。我們平常所說的熱就是跟生活相關(guān)，你要高質(zhì)量儲熱的話，特別與電相關(guān)的話就是要非常熱，大概在一千度左右，至少在六七百度以上。
儲冷，就是零下196度的問題。
儲熱深冷我們近兩年才開始重視，這個熱處在中間位置，上面是一次能源，下面是二次能源。大家可以看一下，全球90%的能源預(yù)算是圍繞熱的轉(zhuǎn)換、輸送和存儲。后面這些就是太陽能熱發(fā)電，必須有儲熱而且這個技術(shù)比其他任何技術(shù)都要好，效率更高。
二是棄風電，這個可以解決地區(qū)約20%的供暖需求，儲熱是關(guān)鍵技術(shù)。
三是發(fā)電，包括核電，與儲熱技術(shù)集成可以打幅度利用發(fā)電余熱，提高調(diào)峰能力，甚至可以提高3倍左右，這個實際上是理論上的東西，但是已經(jīng)把實際的東西放進去了。
四是壓縮空氣儲能、電動汽車，空調(diào)的使用使里程數(shù)降低30%到40%，電動汽車將儲的熱或者冷的電池組合，夏天我們需要冷，這是要儲冷與電池相組合，在冬天儲熱與電池相組合。另外就是工業(yè)余熱。
儲熱和儲冷的物理機理，橫軸是溫度，是環(huán)境溫度的溫差，這個溫差決定了儲熱力。如果向熱的方向走是提高溫度，如果向冷的方向走就是這條線，就是對同樣的溫差儲冷比儲熱好。溫度越高分子動能越高，所以能量溫度越高。
儲熱分為兩部分，熱和冷。我從05年開始做液化空間的儲能。這個概念很簡單：發(fā)電廠或可再生能源發(fā)電，進入空分和液化廠生產(chǎn)液態(tài)空氣。需要電的時候，液態(tài)空氣由于是液體需要加壓，耗很少的功，利用環(huán)境空氣進行加熱，把冷取出來存在那兒下回再用，最后就是送入電網(wǎng)，就是這樣一個道理。
再就是它的使用范圍，這是一個電網(wǎng)用的圖，一個是儲熱時間，再就是功率要求。
對于大型的深冷儲能，儲熱時間從可小時級一直到上千小時，功率最好是一個兆瓦以上的，就是兆瓦以下的儲能是太貴了，小型的也可以，我是用在移動的一個能源。小型為什么也可以呢？我可以從廠里買氣，因為那個成本很低，比我們用汽油還便宜。
關(guān)于這方面的概念是在1977年提出來的。后來到了80年代和90年代，三菱等等企業(yè)在做這個工作，大家做了大量的研究。
這是我自己做的路線圖，05年開始的，到小的，到中級的，到現(xiàn)在這是倫敦附近的示范廠。他們現(xiàn)在正在建6兆瓦/30兆瓦小時的示范廠，位于倫敦的東南角。
大家會問到性能比較，這是抽水蓄能、壓縮空氣和深冷儲能。論儲能密度，深冷儲能比壓縮空氣多2到3倍，但是比抽水蓄能多很多。按效率來講深冷儲能可以到90%。[page]
下面我給大家講深冷儲能還有什么其他的用途。這是深冷儲能與調(diào)峰發(fā)電廠的集成。雖然是理論研究，但是所有的效率都包含在內(nèi)，這里沒有什么新的技術(shù)，只是把調(diào)峰電集成起來了。
這是深冷儲能，這是燃氣電站。這里面的好處是可以把二氧化硫變成干冰，我們現(xiàn)在的二氧化硫補給要犧牲10%的發(fā)電效率，但這個不需要。在現(xiàn)有調(diào)峰電站的基礎(chǔ)上集成本系統(tǒng)后，在不改變?nèi)剂舷南到y(tǒng)的前提下，調(diào)峰能力可增加約一倍。對新建的調(diào)峰電站集成本技術(shù)后，在同樣的調(diào)峰容量要求下，系統(tǒng)的裝機容量可以減少約50%。
這個就是我們的一個合作，也是我們的一個專利。這是一回路，這是二回，這是三回路，這就把熱扔出去了。我們把核電站的部分把深冷和儲能集中起來了。這個我就不解釋了。調(diào)峰能力約為額定功率的3倍，儲能部分的效率與抽水蓄能相當，大概是70%到80%之間，投資成本為抽水蓄能的2/3。
儲熱的關(guān)鍵是材料，現(xiàn)在有很多材料，一是成本高，二是壽命比較短，三是性能不行，能量不能快速儲存，需要的時候又不能很簡單快速的取出。我們做了一個評估調(diào)研，這是一個質(zhì)量儲能密度，現(xiàn)有的不到一兆，現(xiàn)在我們需要做的就是到這兒，而不是到這兒。具體我就不再多講。
這個過程要成為一個系統(tǒng)會是很大的挑戰(zhàn)，而且這方面做的很少。這是我回國以后開始做的一些工作，具體就是熱電用戶、電源和熱源儲電管理鉛，但是現(xiàn)在我們沒有這樣一個平臺。
這個是儲熱材料研究的最新進展。我們也做了一個微型的系統(tǒng)，做了模擬電源。我們買不起風機和光伏板，主要從儲電和儲熱的角度考慮的。這方面我們已經(jīng)做了好多年。
生產(chǎn)方面我們也做了一些小型系統(tǒng)，具體就不再講了。
另外一方面我們儲熱的材料和系統(tǒng)的建設(shè)平臺。
再就是關(guān)于應(yīng)用，就是我們用在哪兒？一個就是太陽能發(fā)電，這個有兩種技術(shù)，一個是光伏，一個是光熱，光伏是用在太陽能短的部分，光熱是用在太陽能長的部分，一個是聚光，一個是熱電材料，優(yōu)缺點我不講了。大型的太陽能的應(yīng)用肯定是需要光熱的，小型用光伏就可以了。一個兆瓦你說是大型還是小型？從電網(wǎng)的角度講是非常小，而光熱發(fā)電達到幾百兆瓦是沒有問題的。[page]
這是太陽能熱發(fā)電在全球的一個情況，西班牙做的最好，再就是美國，再就是塔式做到2.43%，槽式到96.04%。太陽能熱發(fā)電效率究竟可以達到多少？當溫度聚光達到1千度的時候，實際效率可以達到60%以上。在這里還有一個跟大家共享，剛才我說了太陽能熱發(fā)電是我們最關(guān)鍵的技術(shù)，熱機效率是隨溫度增加而增加；聚光效率呈一條線下降，溫度越高，聚光效率越差。這兩個組合有個聚焦點，這里有比出來的一些數(shù)據(jù)，蝶式的在600到3000，塔式是300到1000，線性菲涅耳是150以下，槽式是80到100，未來的方向一定是塔式或蝶式，但是蝶式做不了很大。
我最近三年一直跟西班牙Abengoa公司合作，我去過他們的塔里面，研發(fā)中心和控制室我都可以去過。我的工作主要做儲熱材料和高溫熱流體和導熱油，我們導熱油已經(jīng)用到200多度或者是300度多一點。發(fā)展了402度高度傳熱流體，發(fā)展了納微結(jié)構(gòu)溶鹽儲熱換熱流體，其缺點第一是腐蝕性，第二是導熱性特別低，就是0.5。美國還說到2008年能到0.58，但是現(xiàn)在我們最好的數(shù)據(jù)到4了，一般也是1以上，就是到這樣一個情況。
另外就是分布式能源系統(tǒng)的應(yīng)用，這個就是200千瓦柴油機的系統(tǒng)。我們?yōu)槭裁匆貌裼蜋C系統(tǒng)來做？出發(fā)點在哪兒？很簡單，現(xiàn)在柴油機效率35%左右，好的到40%，原因是尾氣是以余熱的形式排除的，現(xiàn)在把柴油機的多余的熱存起來，在負荷要求低的時候就不開了，這個整體效率可以到60%。而且短期范圍之內(nèi)可以用柴油機進行調(diào)峰，在短時間內(nèi)可以調(diào)好幾倍。另外就是棄風問題，我們現(xiàn)在情況下棄風是可以用儲熱來解決的。
北邊風電的特征一個是反季節(jié)，一個是反向，一個是供暖季節(jié)的風很大。這是內(nèi)蒙古幾個月份的分布，夏天的時候風不是太好。另外一個特點，因為供暖季節(jié)很強，不得不以熱定電，儲電很難解決棄風問題。因為它不是為了平滑波動，主要是供熱的問題，所以這個儲電技術(shù)很難解決這樣一個問題。
我從08年就開始發(fā)展這樣一個系統(tǒng)，我們專利早就出去了，但是我沒有在會議上講過。這里面就是一個風電廠，在棄風的時候把棄風變成熱，從電到熱。變成這個以后就儲在這里面，需要的時候加熱蒸汽也行，用空氣也行。我們具體發(fā)展的是與熱相聯(lián)的地方肯定要棄的，這是出于安全考慮，所以這個是循環(huán)的。供熱還得水蒸汽，我們發(fā)展一個能源管理系統(tǒng)。現(xiàn)在我們正在做一個兆瓦級這樣一個系統(tǒng)，成本核算，供熱是3到4年，這里面關(guān)鍵是政策支持需要電網(wǎng)同意，你在風廠制作程度熱，用熱能去發(fā)電肯定太貴了，就是讓他進入這個電網(wǎng)，交給電網(wǎng)一個過路費就可以了。熱電聯(lián)供是4到6年。
從風電制熱到供暖不是一個簡單的過程，必須有一個風的模型，這個模型必須和系統(tǒng)聯(lián)起來。從宏觀角度談是很簡單，但實際上技術(shù)含量的門坎很高。儲能的目的不是為了儲能而儲能，能不儲就不儲，任何過程都會有能量損失。儲能不只是儲電。儲熱是太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，儲熱可以有效解決我國現(xiàn)階段三北地區(qū)的棄風問題。
謝謝大家！（本稿內(nèi)容未經(jīng)演講者確認）
