2011 年,国际标准化组织 (ISO) 发布了 ISO 50001 能源管理国际标准 - 能源管理系统 - 要求及使用指南。它为世界带来了一份简明扼要的方法和系统文件,在此基础上可以建立高效、有效的计划,以减少工业和商业企业的能源消耗,同时减少温室气体排放。该标准的一个产物是能源管理的正确 KPI(关键绩效指标),称为 EnPI(能源绩效指标)。事实证明,要正确衡量和报告任何企业的能源绩效,需要报告两个变量,即设施的基本负荷,以及通过线性回归同时生成的性能效率指标。这以直线方程 y = mx + c 为基础,其中 y 对应于能量输出,“m”对应于效率指标,“+ c”对应于基本负荷。独立变量“x”取决于相关的流程或设施。对于生产企业来说,它可以是汽车数量、生产产品的千克数等;对于商业企业来说,它可以是占用率、度日数等。通过此,可以对组织及其系统的绩效进行正确的比较和分析。
CO2 成本(欧元/兆瓦时电能) 天然气供应成本 - 50% CCGT 效率(欧元/兆瓦时电能) 德国基本负荷电价(欧元/兆瓦时电能) 德国 NCG 枢纽天然气价格(欧元/兆瓦时) 天然气发电总成本(欧元/兆瓦时电能) EUA 碳排放量(欧元/吨)
例如,太阳能在夜间不发电,阴天发电量更少。电力系统规划人员需要将太阳能与其他形式的可靠备用能源生产相结合,以便在没有阳光时提供电力。天然气发电、电池或水力发电通常用于备用太阳能。不幸的是,如果太阳能停电时间较长,电池会非常昂贵。抽水蓄能需要特定的地理位置,才能在经济上实现延长运行时间。在恶劣天气事件中,太阳能连续几天甚至几周的生产量低的情况并不罕见。如此长时间的存储成本高得令人望而却步。较短的 4 小时电力存储具有经济可行性,可让太阳能将其能源生产期延长到日落后的晚间高需求期。因此,太阳能发电可以经济地用于超过基本负荷(全天候)需求的增量每日峰值需求。基本负荷需求最好由不需要存储或备用发电支持的发电技术来满足。其中包括核能、天然气和拥有水库储水或可靠水流的大型基载水电站。
弃电只是日益严重的冰山一角 电力服务 英国电网在高峰时段消耗高达 54 千兆瓦 (GW) 的电力。那是 5400 万千瓦——很多电力。所以我们需要生产 54GW 的电力,再加上一点以防万一——比如 57-60GW,对吗? 错了。事情没那么简单。虽然所有的电都是一样的(电子沿着电线传输),但我们消耗四种类型的服务:基载、可调度、平衡和辅助。♦ 基载是最低需求,即始终在线的要求。在英国,它大约是峰值的 60%,所以在冬季,大约是 32GW。 ♦ “可调度”意味着当我们需要时,它就在那里:我们可以随意调高或调低。这占了峰值需求的剩余 40%。♦ 平衡服务适用于当事情失衡时:这里太多,那里不够,发电站因年度服务而停运(就能源需求而言,这是主要的服务)等等。♦ 辅助服务适用于出现问题时:发生故障时快速反应,等等。在中央电力局的旧时代,我们用煤和核电站提供基本负荷,其余则通过天然气输送。那时事情是多么简单啊!现在,因为我们意识到我们的排放正在席卷世界,我们正在用可再生能源取代煤炭(首先)和天然气:主要是生物质、风能、太阳能、波浪能、潮汐能和潮汐范围。其中,只有生物质(迄今为止五种能源中潜在容量最小)是可调度的或基本负荷。其余的是一个新的发电类别:间歇性。间歇性发电的影响 间歇性发电并不意味着发电不可预测:如今的预测非常准确,并且还在不断改进。但是,这意味着发电量是它想在的时候出现,而不是我们想要的时候出现——预测只是让我们更好地注意到盈余和短缺。正如西门子石油天然气英国公司总经理所说 1 ,“风吹的时候就吹,你想吃饭的时候就吃饭”。这意味着,有时它在我们不想要的时候发电,而当我们需要它而它却不发电时,它需要备用。前者导致削减(支付可再生能源发电不发电的费用),后者导致平衡和辅助服务成本不断增加。图 2 显示了间歇性发电将如何消除德国的基本负荷发电,除非以某种方式削减。
全球大多数制造业(包括化工行业)主要以基本负荷模式运行,通常产能利用率较高,这是出于运营效率、成本竞争力和技术必要性等原因。转向更加动态的消费模式(即使在技术上可行的情况下)也会降低工业流程的效率,导致(相对)排放量增加、能源效率降低、原料产量降低,以及根据基础流程以更动态的方式运营特定工厂的总体成本增加。
在考虑私人资助的太阳能设施(即使新宣布的激励措施)受到对大公司和富裕家庭的负担能力的限制时,绝大多数南非家庭和企业都不会通过此渠道实现能源安全解决方案。需要采取其他措施来解决电力危机并确保供应安全。对于其他替代能源选项(例如天然气和低碳燃料)支持的大规模可再生能源部署对于为该国提供可靠的基本负荷能量是必要的。鉴于可再生能源的可变性,还需要大规模电池储能技术来减轻与风和太阳能相关的间歇性。
Aquilon 项目的创新之处在于整合了可再生能源和存储解决方案,提供平稳的可再生电力生产。该项目将基于预商业规模的 AWE 发电(100 - 300 kW 之间),结合光伏能源园区(300 kWp)、用于存储能源的氧化还原液流电池(400 kW / 800 kWh)和智能能源管理系统(用于优化消耗并允许为电网提供辅助服务)。该项目将基于 100% 可再生能源产生平稳的能源结构,并将提供 Peckensen 天然气储存设施所需的 73% 基本负荷能源消耗。