德國拜耳韋伯：鋰電儲能技術在工業園及其能源管理的應用

德國拜耳集團CEO技術特別助理韋伯博士

　　中國電池雜志-中國電池網11月12日訊（陳語 湖北武漢直播報道）11月12日，在2015年第3屆中國（武漢）鋰電新能源產業國際高峰論壇（ABEC 2015，鋰電“達沃斯”）上，德國拜耳集團CEO技術特別助理韋伯博士發表了題為《鋰電儲能技術在工業園及其能源管理的應用》的演講報告，以下是演講報告實錄：

　　女士們、先生們、尊敬的來賓，我今天演講的題目是“鋰電儲能技術在工業園、能源管理領域的應用”，大家可能會問這個主題與今天論壇的主題有什么關系呢？鋰電技術作為儲能技術的核心支撐，同時又作為新能源產業發展的制約因素，工業園區，以及區域經濟將會在未來是鋰電儲能技術一個重要的應用及市場。

　　首先來看一下目前的行業和技術發展情況。目前很多工業園區在能源的供應方面都已經規劃為了自給自足的模式，在園區的中央火電廠會生產高壓蒸汽，通過燃起機組轉化為電力。園區中這種孤島的運營方式比外部的供電更為經濟，而且園區火電廠根據園區內部工業能耗來量身設計的。在未來，通過智能的能源管理系統，未來的電網運行將更加穩定，多余的電力將與區域的配電網并網，區域電網可以在內部電力供應不足時用于補充。這種能源體系它的結構相對比較簡潔明了，唯一儲能的緩沖就是外部的公共電網。

　　工業園區最初的能源管理系統它是采集園區當中內蒸汽消耗的數據，然后建立能耗的模型，據此來調整火電廠供應設備的運行。動力設備控制機組是模塊化的機組，包括蒸汽鍋爐，發電機組和配電網能夠據此進行相應的設置。而隨著日益上漲的電價和不斷提升的環保意識，在全球節能減排的大趨勢之下，工業園區紛紛地引入新能源，通過新型的熱能和電能供應技術，來實現自身能源的優化。

　　當前特別熱的一個技術是用現有的中央垃圾處理設備來進行循環發電，通過焚燒廢水處理或者污泥來進行發電，并將垃圾焚燒產生的余熱來生產蒸汽以及供熱。生物質能垃圾將進行統一焚燒，燃燒會產生煙氣可以用來發電和生產蒸汽。沼氣產生的余熱還可以用來發電，并把多余的電力并入公共電網。生物質能垃圾在早期設備中會轉化為甲烷，最后燃燒，用余熱發電。用蒸汽發電能產生熱能，同時降低對燃煤化石燃料的依賴，并實現減排。同時還會對現有的設備進行整合，實現電熱聯產的改造，通過冷吸收設備，補充能源供應。這種模組化的能源管理它的目標是對工業園來說，要實現不同發電設備的優化組合，選擇的工藝主要標準是用電的企業的電熱利用比例。

　　工業園能源管理是日趨復雜的，但是用戶端的能源感覺的原理基本是一致的。外部電網它仍將作為儲能的緩沖區，但是會引入更新的技術路徑，來實現儲能還有調風的目標。使用新能源，以及更小規模的發電設備，這個要求工業園區采用能源管理新的方案和實施新的技術，這個要視當地的能源結構為準。

　　比如說不同的新能源的類型，光伏在白天夜晚，日照和雨天以及季節性的波動差別比較大。比如地熱它在一年當中存在地下和周圍環境的溫差，而沼氣設備它可以產生甲烷，可以輸入管網，而電熱聯產作為分布式能源供應系統，它功率比較小，而且是要按照企業的熱能需求來運行。越來越多的電熱聯產設備它可以通過技術革新，在低溫功耗下進行，可以利益更多的余熱熱能來發電。

　　最后我們還會提到一個當前比較熱的技術，是能量采集，以上各種不同的技術路徑都是要保證工業園區實現分布式的能源管理。這種分布式的能源管理系統能夠極大地優化工業園區的能源效益，特別是比較新的能量采集是當前比較熱的技術。這些新的技術路徑又帶來了園區能源管理方面的參數管理的變化。

　　很多小型的能源設備之間它可以彼此連接，對整個虛擬的電廠，通過中央的集中控制，在高峰復合時能夠局部地迅速啟動，以實現調峰的功能。虛擬電廠經過一體化之后，按照電熱聯產的原則，通過與公共電網的并網，實現系統的調峰。從能源管理整體的角度來講，相關的挑戰在于如何使用這些設備和通過相應的技術路徑，來形成整個工業園能源供應的總體方案，必須是長效的，可持續，經濟性能很高，同時要有非常高的安全穩定可靠。

　　我們進一步來考察一下工業園區在能源管理方面所面臨的挑戰，首先，工業園的能源系統它自身的能量有效，必須要保證園區內各家企業生產，這是首要任務。而工業能耗和峰值復合管理，要取決于園區相應的產業定位。而企業在入住園區以后，它的能源需求情況有可能會相對補穩定，產生比較大的波動，相應就會產生在用戶端也會有用電需求的波動，特別是光伏設備。工業園區通常會有一個能量輻射網，能夠實現比較良好用戶端的用電典需求管理，保障電力供應的穩定。

　　目前工業企業它們面臨的一個共同問題是能耗，在很多的行業已經超過了制造成本50%以上，園區經營方以及企業的首要任務盡可能要節能降耗。由此以來，針對工業園區能源管理的設計、規劃提出了很高的要求，用戶端的需求側管理必須要考慮雙方，即能源的供應方和使用方，這不是一個簡單的事情。

　　結合各國的環保政策，工業園區現在使用新能源發電，來實現節能減排，這就要求能源管理彈性管理，可以適時地應對變化的發電量和波動的用電需求，同時實現優化整合，各種不同能源供電模式的組合。工業園區的能源管理方需要和入住的工業企業共同地協商生產計劃，來實現系統的調峰。要實現系統的調峰，用戶端的需求側管理從技術層面上要求盡可能地應對變化情況，以秒為單位進行及時地反應。

　　工業園的能源管理由以下幾個部分組成，我們必須要將通常發電量不穩定的設備要整合并入園區內部電網，有必要在此建設虛擬電網，虛擬電網中所有的發電設備，它可以集中控制并通過與公共電網并網，來進行調峰等優化管理。在虛擬電網中，除了公共電網的參與，不同的發電設備和用能單位之間設置了信息交流層，實現了整個網絡的自動化和中央控制。

　　目前市面上常見的虛擬電場的配套軟件包括了功能管理系統，用以連接和控制分布式能源設備的功能，管理目標是綜合要考慮經濟性能，生產熱能和電價等因素，來優化聯網以后各設備運行的效益。

　　新型的虛擬電場能夠通過智能軟件工具，來系統化管理聯網電力設備，這樣一來虛擬電廠能夠整合聯網系統中各個能源設備的運行，以實現整體能源生產、耗能和儲能規劃。目前物聯網為實現新一代的電廠提供了重要的解決方案，新的解決方案技術核心上，它的特點是可擴容，兼容性，高度的靈活，能夠充分發揮整個設備聯網后整體的優越性。

　　第二個要素是虛擬的儲能，為了避免設備利用率過低或者是不堪負荷，電力將直接或間接并入公共的電網。儲能在這種同步的模式中，它是承擔了調峰的功能，它接受動力設備產生的電能，但是自己不消耗。但同時我們要注意，新能源發電設備它也會相應地產生二氧化碳的排放，我們要同時確保用之前的減排。

　　而針對工業園區整個能源的系統，它是要求要大容量的儲能設備，達到兆瓦級別，并且能以分鐘為單位實現儲能。針對工業園的能源管理領域比較重要的是短期儲能和中期儲能的技術。儲能電池它實現了百萬之一秒級別的儲能，使用這個儲能電池可以保障電網中動力設備以穩定的頻率運行，同時這個儲能電池能夠一次性地運行數個小時。最后這個電能還可以使用化學性能來輸送，從長期來看，壓縮性的儲能技術將是以后發展的重點。利用水的分解獲取空氣這種轉化技術，氫氣也可以用來發電，或者生產要素使用，加工成為甲烷氣。

　　在目前的技術路徑之下，有三種類型的儲能技術對工業園能源管理尤為重要，儲能電池，熱能的儲存和壓縮空氣的儲存。目前儲能電池已經能夠提供系統的服務了，這包括了電池儲能系統中以分鐘級別的儲能功能，它主要是用來提高電網運營的經濟效益，而不是用來提高電網供能的穩定性。目前有各種類型不同的鋰電池作為儲能技術的應用，第一種是可擴容的磷酸鐵鋰電池，第二種是硫化鈉電池，還有容量能夠達到5兆瓦以上的釩氧化還原液流電池。還有容量達到了1兆瓦以上的可擴容鋰離子電池。容量達到30兆瓦以上的蓄電池儲能設備目前還處于項目研發階段。

　　由于時間關系，請允許我接下來對各幅圖片只做非常簡短的介紹，目前正在研發模組化的軟件，這套工具已經在兩個園區進行了成功的試測，在未來數年將推廣上市。最后我想簡單列舉一下工業園能源管理方面儲能技術科研的一些課題，來結束我今天的發言。

　　首先是正在研發工業園能源的研發工具，以模組化的形式在工業園的能源總體規劃階段，能充分地考慮及整合適合園區運營的能源效力，這套規劃工具是以工業4.0為基礎，優化工業園能源智慧管理模式下的供應結構。

　　其次是大容量的長效鋰電池的研發，大于1兆瓦的容量，同時實現分鐘級別的儲能，作為主要的工業園能源管理系統的緩沖。

　　還有包括其他經濟性能優越的儲能技術的研發，在此呢，電氣轉化技術將成為主流。而電熱轉化技術經濟效率將得到進一步的提升。還有電熱器聯產將會進一步地得到技術性能的提升。同時整合智慧能源管理系統相關部件的能源網關也將進行進一步的研發。

　　我相信鋰電技術作為動力之源，同時也是新能源，汽車和其他能源產業發展的一個重點的技術，也是制約儲能領域技術的發展，也是作為電子產品主力的電源，將會在未來成為核心的技術發展方向。

　　總體來說我們可以期待，在未來的數年，工業園能源領域將出現激動人心的新發展，工業園區的能源管理將會實現持續的優化，而其中關鍵的制約因素就是儲能技術、鋰電池技術的發展。

　　感謝大家的關注，謝謝！

　　（以上內容根據論壇現場速記整理，未經發言者本人審閱。）