中国粉体网讯 发展新能源电力是实现“双碳”目标的必由之路。不过风电、光伏等技术具有间歇性、反调峰性，需要配置大规模电力存储技术来维持电力系统极端工况的供求平衡。目前广受关注的大规模储能技术包括抽水蓄能、压缩空气储能和电池储能等。其中抽水蓄能规模大、存储周期长，但选址、运行受自然水资源、地质条件的约束；压缩空气储能的储能功率大、效率较高，但大规模储能往往需要依托自然岩穴；电池储能效率高，但受制于关键材料稀缺、预期寿命短、单位容量成本高等因素，更适用于中小时间尺度的场景（如调频）。因此，进一步探索高效率、低扩容成本、不依赖地质条件、适应较长储能周期的大规模储能技术，是增强电网韧性、保障新能源电力持续高速发展的重要课题。
卡诺电池背景：传统煤电转型
在第七届中国光伏产业论坛上，中国可再生能源学会综合系统专委会主任许洪华提到，我国煤电在相当长时间还是保证能源安全的压舱石，煤电机组存量资产约4万亿。我国能源中短期以煤炭为主不会改变，到2030年累计新增消费约为350亿吨煤，能源消费中占比约为45%，2060年累计新增消费约950亿吨，中短期内煤炭还无法替代。许洪华表示，在新能源消纳方面，如果上述煤电资产弃而不用，将会造成巨大的浪费。
其实在今年全国两会期间，包括刘汉元在内的多位来自新能源领域的代表、委员建议，我国新能源发展，要多学习借鉴电网设施相对老旧、但新能源消纳却非常成功的德国的经验。
2020年1月16日，德国政府明确表示，政府决定在2030-2040年中后期关闭德国所有燃煤电厂。目前，德国三分之一以上的电力来自燃煤发电，从而产生大量温室气体，导致全球变暖。为不颠覆火力发电行业的技术，可以保留目前火电站大部分设备和资产，还不会给国家和能源公司造成大量人员短时间失业的社会问题，德国宇航中心（DLR）提出了“卡诺电池”技术。
卡诺电池简介
卡诺电池的概念于2018年的汉诺威工业博览会上出现在公众面前，其原理是抽热储能技术。在这种技术中，电能以热能的形式存储，然后再利用热能发电，实现电-热-电的存储与转化。
诺电池原理（来源：DLR）
一个卡诺电池系统由三部分组成：电能转热（P2T），热能储存（TES）和热能发电（T2P）。
卡诺电池基本概念简化示意图（来源：赶碳号）
电转热有许多方法。例如：电阻加热、热泵、或是其它热力学或热化学反应。
热储能的技术会依据温度和应用而有所不同。常见的储存材料有：热水、熔盐、岩石、液态空气等。
热转电可以通过：热机、蒸汽涡轮机、燃气涡轮机等。
卡诺电池与抽水蓄能、压缩空气储能等技术相比不需要水库、洞穴等地理条件，可以灵活的建造在各处，是一种理想的分布式储能技术。虽然卡诺电池的效率（40%~70%）低于抽水蓄能电站（65%~80% 左右），但胜在运行过程环保而且成本低廉，环境足迹小，预期寿命长达20~30年，而最突出的优点是原有的化石燃料发电厂的部分部件可以用来构建电池。
卡诺电池研究应用进展
去年11月，DLR领导的科研团队成功建造并测试了以硝酸盐为储存介质的卡诺电池。这种电池装置可将电能以热能的形式储存起来，在需要的时候再用它来发电。DLR开发的潜热储存装置是其卡诺电池系统的核心，里面有大约两立方米的硝酸盐。高温热泵利用储存的电能将盐加热到150℃，盐受热融化并吸收更多的热量。第二个回路则将热量传递到热机，热机驱动带有发电机的涡轮机。这样电力就可根据需要反馈到电网中。该装置的特别之处在于它的热交换器。它们有两个通道，一个用于输入热能，另一个用于排出储存的热。这使得系统能够使用不同的制冷剂进行操作，以便耦合存储系统的不同部分。为了在蒸汽回路和盐之间进行有效的能量传递，热交换器具有类似于雪花状的横截面，这可以使盐的接触表面最大化。
卡诺电池的尺寸、容量和能量管理可以定制，以满足特定需求。它还有一个优点是可同时提供电力和热量。储存的热量可直接用于许多工业过程。研究人员目前正在测试不同的负载场景、热流和温度曲线，以提高其整体效率。
研究人员表示，卡诺电池具有在可持续能源经济中广泛使用的潜力。他们预计工业系统将在大约十年内投放市场，以后这些设计将可用于更长的存储时间和几兆瓦的输出。
卡诺电池应用（来源：太阳能光热联盟）
因为德国的带动，全球范围内已经渐渐掀起一股卡诺电池热。
捷克技术大学节能建筑大学中心与热泵马赫公司合作，成功完成了通过卡诺电池中石尘中储存的热量来储存电力的概念的测试；智利考虑将30座燃煤电厂改装成卡诺电池，并开始与德国展开合作，智利决定，所有燃煤电厂将在2040年之前停止运营。
我国的华能集团有限公司也在研究“煤电+熔盐”储热技术，构建基于煤电机组的储能系统，即卡诺电池，实现跨周、跨月储能调节。这种季节性调节类似于抽水蓄能，把热储存一段时间后再利用。我国煤电厂数量众多，利用这一技术，可发挥现有煤电厂的能力，盘活煤电资产，是符合我国国情的有效途径。
参考资料：
1、邵明轩等，《依托低阶煤电站的提质储热卡诺电池及其性能分析》
2、科技日报，《德研发卡诺电池存储可再生能源》
3、赶碳号，《这位专家语出惊人：光伏＋电化学储能，可能让我们误入歧途》
4、太阳能光热联盟，《德国：将现有煤电站改造为“卡诺电池”储热电站，促进从化石向可再生能源过渡》
（中国粉体网编辑整理/长安）
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