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以LCoE和LCoS为基准对能源系统进行比较

气候协议是能源转型背后的主要驱动力,限制了能源消耗总量。我们首先来定义“能量”:在需求方面,能源可以分为三个主要市场——电能、热能和动能。  

能源=电能、热能和动能

在总能源需求中,电的份额仅占大约20%,随着时间推移呈现稳定的趋势。在这20%中,可再生电力贡献大约四分之一(每个国家情况不同)。 

综上所述,我们可以得出结论,可再生能源在各种能源生产方式中仍然占比较低,但在电力生产中已经取得了良好的进展。

从积极的方面来看:未来,可再生电力将有巨大增长。如果管理得当,这种增长有助于加速新冠疫情后经济的增长。

度电成本(LCoE)

可再生能源需具有竞争力

在“零排放”能源的可选技术中,价格竞争激烈。一般常用度电成本来比较发电成本。
LCoE的计算公式是整个生命周期总成本除以同一生命周期产生的能量总和(在官方定义中,这两个总和甚至需要转换为净现值)。  

结果是每单位能源的发电成本,通常为每千瓦时或兆瓦时/人民币。此成本仍不包括所有运输、储能和税收,并且仅应用于作为比较发电技术的基准。  

该公式中的分子包括所有成本,与TCO(总拥有成本)相当:采购、物流、安装、维护、折旧,甚至拆卸。
分母包括所有产生的能量,因此包括标称容量、效率和容量系数。容量系数被定义为实际产生的能量与理论最大值之比。该容量系数越高,LCoE越低。

此外,LCoE在很大程度上取决于所安装设备的地理位置和规模。因此,LCoE始终被列为一个范围,而不是一个精确的值。请参阅以下IRENA可再生能源发电技术的LCoE范围。(来源和版权所有者:RENA - 国际可再生能源机构,www.irena.org)

波动

任何能量转换的最大障碍之一可以用一个词来概括——波动。 能源的供应和需求皆受到时间周期的影响而产生波动,双方往往难以达到平衡。 

在能源发电供应方,风能和太阳能等可再生能源的开发通常呈“间歇性”。因此,此类能源的可用性总会因天气条件而变化,有两个主要周期,并且多种可为供应水平提供更高稳定性的选项在这里发挥着关键作用。两个主要周期为:  

短周期

每日波动,可能有一天能源供应短缺,另一天却能源过剩。 

长周期

季节性波动,夏季阳光充足,秋季和冬季多风雨,春季有融冰。 

稳定性

风能和太阳能的输出相结合时明显是互补的,从而使能源供应更加稳定。然后,风能和水能可以满足一天中的基本负荷,额外需求时可以利用太阳能。  

尽管近年来取得了很大进展,但可再生能源的贡献还不足以满足全部电力需求,因此仍然需要额外发电——见右侧图表中的灰色区域。  

未来几年,这一灰色区域将减少,而可再生能源(风能、太阳能、水力、生物质)将取而代之。因此,发电量超过需求的时间段也会更多。

平衡供需 

除此之外,需求方还有两个周期,包括: 

  • 短周期 - 每日波动,白天用电需求高,夜间和周末需求低。  
  • 常周期 - 季节性波动,冬季需要更多热量,而夏季电力需求也会增加。  

平衡需求方更为困难,其主要因素是人类行为。现在有许多解决方案可以提供帮助:按需关闭电气设备的智能家居,以及更多解决方案。  

管理过剩能源 

可通过两种方式利用过剩的能源: 

  • 更大的电网。 可以通过增加互连和长距离供电电缆来扩大电网系统的规模。这使得所产生的电力可以很好地分布在更大的区域,防止出现过剩或不足的峰值。 
     
  • 储能。 在本地进行大容量存储,当供过于求,储能设备“充电”,反之“放电”。  

但随着未来几年可再生能源在整个电网中的份额继续增长,将会有越来越多的时间段出现真正过剩的能源,且这些能源无法分布在更大的电网上。一旦这些时刻频繁发生,就需要有安装储能技术设备。 

有几种方法可以储存能量,他们都有各自的特点:一些储能技术将涵盖短(每日)周期,而其他长期储能技术则更适合涵盖季节性波动。  

电化学储能

电化学储能,也称为电池,后者是众所周知的。过剩的电量可为电池充电,一旦充电,即可随时使用。此外,电池可用于各种应用,从便携式电子产品到更大的移动装置,如电动汽车和家庭应急能源以及发电厂 。 
 

电力储能

电力储能与电池有一些相似之处,但电力储能纯粹是基于电场的储能,因此不涉及任何化学物质。由于能量已经以电的形式储存,因此可以非常迅速地使用。 

化学(氢气相关)储能

化学(氢气相关)储能是另一个候选项。将过剩的电力用于制造气相或液相的电子燃料(能量载体)。最著名的是将纯水分解成氢气和氧气。氢气可以被捕获、压缩和储存,并且可以在能源可用性低的时候用作燃料。  
 
由于高压和冷却,氢气的储存具有挑战性,因此可以在此处添加一个额外的步骤,将氢气加工成氨,从而更容易长期储存。当需要能量时,它可以变回氢气,并用于燃料电池以向电网提供能量。 

抽水储能

尽管很多人还没有听说过抽水储能,但这并不是什么新鲜事物。抽水储能可以通过将水抽回水库来储存过剩的电力,以便在需求过高时进行水力发电。由于巨大的水库对环境的影响很大,抽水储能装置通常仅限于山区。 
 

飞轮储能

飞轮储能基于以高转速运行的重型转子。在能量过剩期间,飞轮会充电。在需求过高时,可以通过发电机从飞轮中获取存储的动能。  

储能平准化成本(LCoS)

正如上面解释的LCoE(度电成本)一样,也可以通过称为LCoS(储能平准化成本)的参数对为基准对储能系统进行测试。它的计算公式是整个生命周期的总成本除以同一生命周期储存和释放的能量总和。LCoE和LCoS最终将共同定义可再生能源的竞争力,并推动地球的更可持续的发展。其结果是每单位能源的储存成本,通常为每千瓦时或兆瓦时/人民币。  

如您所见,有许多方法可以有效地储存能量。尽管这些选项中的每一个都因资本成本、运营成本和响应时间等因素而异,但三菱化学高新材料完全支持能源转型,并且在每个阶段都有合适的材料作为解决方案。若您有任何问题,请随时与我们联系,期待您持续关注我们与可再生能源相关的新文章! 


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