问题

风电过剩弃的风电为什么不用电容储电?

回答
我们聊聊风电过剩的时候为啥不用电容来储电这事儿,其实这里面道道儿可多了,不是说用电容不行,而是说在咱们目前遇到的风电过剩场景下,它不是个好选择,或者说,成本效益上差了点意思。

首先得明白,风电过剩是什么情况。简单来说,就是风很大,风力发电机呼呼地转,产生的电能超出了当前电网能消化的量,也超出了居民和工厂的需求。这时候,为了电网稳定,不能让发电机电压、频率乱飘,就得关掉一部分风机,这损失的就是宝贵的风能,也就是我们说的“弃风”。这时候,我们希望能有个东西能把多余的电存起来,等需要的时候再放出来。

那为什么不选电容呢?咱们得拆开来看看电容是怎么工作的,以及它在储能这件事上的特点:

1. 电容的“性格”:瞬时英雄,持久力不足

电容,说白了,就是利用电介质来储存电荷的器件。它就像一个水桶,你往里倒水(充电),水就积累起来了(储存电荷),放水(放电)的时候,水就哗啦啦地流出来。

优点:响应速度极快,充放电效率高。 这点是电容最大的闪光点。你想想它那几个毫秒甚至微秒级的充放电时间,简直是闪电侠。这让它非常适合做一些瞬间的能量缓冲,比如电子设备的启动瞬间需要大电流,或者电网出现短暂的电压波动需要快速补偿。
缺点:能量密度太低,容量小,成本高。 这是它致命伤。一个普通的电解电容,就算你做成很大的体积,能储存的能量跟一个稍微大点的电池比起来,那简直是小巫见大巫。你要想储存风电过剩的大量电能,你需要成千上万个、甚至上亿个电容才能达到和储能电池相当的容量。这么大的数量,意味着巨大的占地面积、复杂的连接和控制系统,以及惊人的制造成本。想想看,你得建一个巨大的电容“山”才能存下几秒钟的风电场发出的能量,这不现实。

2. 成本与规模的鸿沟:不划算的买卖

现在咱们的电网系统,特别是风电场,那可是个庞然大物。一个大型风电场,动辄几百兆瓦甚至几个吉瓦。要储存这么大的能量,就算只存几个小时,那需要的能量也是天文数字。

单位能量存储成本太高。 如果用电容来做大规模储能,它的单位能量存储成本(比如每千瓦时多少钱)会远高于目前主流的储能技术,比如锂离子电池、抽水蓄能电站,甚至是铅酸电池。换句话说,同样储存1度电,用电容的花费可能是其他方法的几倍甚至几十倍。在商业运行中,成本是决定性的因素之一。谁会花大价钱去买一个只能存一点点电,而且造价高昂的设备呢?
工程复杂度和维护成本。 你可以想象一下,要搭建一个能储存巨量风电的电容阵列,那得需要多少导线、多少连接件、多少绝缘材料?而且,这些电容的电压等级可能都很高,高电压意味着更高的绝缘要求和安全隐患。维护起来也是个大问题,成千上万个电容,坏了一个两个的你可能不觉得,坏了一片呢?找出来,更换,都费时费力。

3. 储能的本质需求:稳定性与长时间释放

风电过剩储能,我们追求的不是“瞬间爆发”,而是“持续供应”或者“平滑输出”。

我们需要的是“水库”,而不是“水龙头”。 风电场的过剩电能,可能需要持续几个小时才能被电网完全消化。这就好比我们需要一个足够大的水库,能够储存足够的水,然后在接下来的几个小时里,稳定地、有控制地向下游释放。电容更像是一个高压水枪,它能瞬间喷出大量的水,但它水箱小,很快就没水了,而且它的水流很难控制得那么平稳。
应用场景不匹配。 电容真正大显身手的地方,更多是在对功率质量有极高要求的领域,比如电力电子设备的滤波、暂态响应补偿、甚至是一些能量回收系统(比如电动汽车刹车时回收的能量)。但对于风电场这种规模和持续性的储能需求,它就显得“小马拉大车”了。

4. 目前主流的储能技术更合适

相比之下,目前主流的储能技术,比如:

抽水蓄能: 这是最成熟、容量最大的储能方式,虽然占地面积大,但能量密度高,成本相对较低,适合大规模、长周期的储能。
锂离子电池: 能量密度高,响应速度也比抽水蓄能快,是目前在大规模电网侧储能中应用最广泛的技术之一,虽然成本还在下降,但相比电容,它在容量和成本上是更优的选择。
其他技术(如液流电池、飞轮储能等): 也各有特点,但总体而言,它们在能量密度和成本上都比电容更有优势来解决风电过剩的问题。

总结一下:

风电过剩需要的是一种能够大容量、相对经济、能够长时间稳定释放能量的储能手段。电容虽然在快速充放电和功率补偿方面有优势,但它的能量密度太低、单位能量存储成本太高、以及工程实现上的复杂性,使得它无法满足风电场大规模、长时间储能的需求。用电容来解决风电过剩弃风的问题,就像想用小蚂蚁搬动一座山一样,不是不行,但效率太低,成本太高,而且完全不切实际。我们更需要的是像水库或者大型蓄水池那样的储能方式,而这正是电池、抽水蓄能等技术所擅长的。

网友意见

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主要是成本问题,国内之前建了几个试点的储能电站,然后就没了,这东西完全没有经济性。

价格上讲5MW*2小时的储能电站成本就在5到7千万上下,而以现在的风电电价10MW的电在四类区域也不过6100元(限电的地方主要集中在一、二、三类地区,电价更低),再加上充放电的损耗,一次的收益不会超过6000元。

而现在国内风电限电问题已经大幅度改善,最严重的地区,一年限电的时长也就一、两个月,而储能电站因为只能在解限后放电,所以一次限电无论限多久,储能电站也只能用一次!

假设一年有三十次限电(对于大多数省份已经很多了),一次收益6000,三十次不过18万,而风电场的设计寿命二十年,这收益不过是三百六十万,对于五到七千万的投资,这连利息都不够。。。

再反过来推算,就算六千万的投资,二十年寿命,不算利息不算税,一年保本也要300万,一次限电挣6000块,要限500次才能回本,一年才三百多天呐,要限五百次电的地方,那为什么还要建风电呢?!

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不要知道个电容能充电就乱用。那你咋不说电池呢?

能量存的要稳定,电容存电并不稳定。

真的存电,都是电能转势能。要么抽水蓄能,要么用水泥块建高塔。前者反过来放水就是水电站,后者高塔上吊机的电动机反过来挂着水泥块下坠就是发电机。


抽水蓄能是很成熟的技术,尤其在北京、上海这些用电量大的地方,都有抽水蓄能电站。缺点是需要附近有山地,借助山沟地形改造成水库。

现在世界最大的抽水蓄能是美国的巴斯康蒂抽水蓄能电站,装机容量210万千瓦,但很快就该是我国的河北丰宁抽水蓄能电站的360万千瓦了——2015年一期180万千瓦已经完工、二期开建,2022年完工。2022年北京冬奥会环保能源配套项目。



对于平原地区,抽水蓄能就不好用,就要另找办法。软银投资的一个项目,搬水泥墩子蓄能。原理上可行,就是只是目前还没哪个国家建设。

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