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解析:我国能源互联网建设与储能进展

导读: 在全球新一轮科技革命和产业变革中,互联网理念、先进信息技术与能源产业深度融合,正在推动能源“互联网+”智慧能源新技术、新模式和新业态的兴起。

  锂离子电池的材料种类丰富多样,其中适合作正极的材料有锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰酸锂;适合作负极的材料有石墨、硬(软)碳和钛酸锂等。锂离子电池的主要优点是:储能密度和功率密度高,效率高,应用范围广;关注度高,技术进步快,发展潜力大。主要缺点是:采用有机电解液,存在安全隐患;寿命和成本等技术经济指标仍待提升。

  近年来以美国和日本为代表的发达国家对储能电池的发展路线进行了探索,在实现电池的长寿命、低成本、高安全方面取得了一定的进展。以零应变材料为代表的长寿命电池材料、能够摆脱锂资源束缚的钠系电池体系、基于固态电解质的全固态电池等是目前主要的研究热点和发展趋势。

  压缩空气储能具有规模大、寿命长、运行维护费用低等优点。目前传统使用天然气并利用地下洞穴的压缩空气储能已经比较成熟,效率可达70%。近年来,国内外学者相继提出了绝热、液态和超临界等多种新型压缩空气储能技术,摆脱了对地理和资源条件的限制,但目前基本还处于技术突破或小规模示范阶段,效率基本低于60%。发展趋势主要是通过充分利用整个循环过程中的放热、释冷来提高整体效率,同时通过模块化实现规模化。

  熔融盐蓄热是利用熔融盐使用温区大、比热容高、换热性能好等特点,将热量通过传热工质和换热器加热熔融盐存储起来,需要利用热量时再通过换热器、传热工质和动力泵等设备,将储存的热量取出以供使用,目前已在太阳能热发电中实现应用。其优点主要是规模大,可方便配合常规燃汽机使用等。但目前还存在成本高、效率和可靠性低等缺点,发展趋势主要是突破工质选择和关键材料。

  氢储能是通过电解把水分解成氢气和氧气,实现电能到化学能的转化,被认为是未来能源互联网的重要支撑,日趋成为多个国家能源科技创新和产业支持的焦点。目前存在的问题主要是能量转换效率低(总效率低于50%)、生产过程能耗大,需配套建立氢气输送管线、加氢站等相关基础设施。在氢储能的各环节中,制氢的主要发展趋势是减少能耗、降低成本、提高转化效率,储氢主要是发展新型高效的储氢材料、提高储氢容器的耐压等级,输氢主要是发展抗氢脆和渗透的输氢管道材料及研究氢与天然气混合输送的技术、建设及完善相关配套设施,用氢主要是发展低成本的气体重整技术、降低氢燃料电池的成本、提高性能稳定性。

  飞轮储能具有功率密度高、使用寿命长和对环境友好等优点,其缺点主要是储能密度低和自放电率较高,目前主要适用于电能质量改善、不间断电源等应用场合。

  超导储能和超级电容器储能在本质上是以电磁场储存能量,不存在能量形态的转换过程,具有效率高、响应速度快和循环使用寿命长等优点,适合在提高电能质量等场合应用。超导储能的缺点是需要低温制冷系统、系统构建复杂、成本较高等。超级电容器在大规模应用中面临的主要问题是能量密度低,其发展趋势主要是开发高性能电极及电解液关键材料技术,以提高储能密度、降低成本。

  全钒液流电池成为大规模储能首选技术

  全钒液流电池储能技术因其具有储能规模大(可达百兆瓦级)、充放电切换应答速度快,储能介质为水溶液、安全可靠,电池均匀性好、使用寿命可达15年以上,生命周期的性价比高,材料和部件可循环利用,环境友好等突出的优势,已经成为大规模储能的首选技术之一,成为国际高技术竞争的新热点。

  大连化物所首席科学家张华民挂帅的全钒液流电池研发团队与融科储能一起,共申请了专利150余项,国际专利6项,形成了完整的自主知识产权体系,领军国内外液流电池标准的制定。目前已成功实施了近30项应用示范工程,其中包括2012年实施的当时全球最大规模的5MW/10MWh辽宁卧牛石风电场全钒液流储能系统,在国内外率先实现了该技术的产业化。当前正在实施的、由大连市政府支持的200MW/800MWh全钒液流电池储能项目,也已被国家能源局确定为国家储能示范项目。

  国网辽宁电力公司运行管理的辽宁卧牛石风电场全钒液流电池储能系统自2013年3月投运以来,在削峰填谷和减少弃风上发挥了重要作用,截至2015年底,该系统共减少弃风近760万千瓦时,获得直接经济效益逾460万元。此后,国网辽宁电力公司又陆续投运了两座储能电站,分别为和风杨家店储能电站(锂电池和全钒液流电池)和黑山龙湾储能电站(全钒液流电池)。“从2015年的运行数据看,这三个风电厂的利用小时数都在2100小时以上,远高于全网平均利用小时数1780小时。”国网辽宁电力有限公司副总经理王芝茗指出。

  国家发改委气候战略与国际合作中心主任李俊峰认为,通过电网优化调度削峰填谷,包括将燃煤电厂改为调峰电厂,将是未来几年政策上的首选。“‘十三五’期间,储能还只能维持在技术研发、示范工程和产业链建设阶段,国家应鼓励在适宜的地方优先选择液流电池技术,不再鼓励铅酸电池。”

  目前,液流电池技术已在国际市场得到认可。美国在其2011年储能发展规划中已将液流电池作为首要支持发展的电池技术。美国2012年资助的22个储能项目中液流电池占到12个,且规模最大的也是液流电池。加拿大安大略省2015年招标的5个储能项目中,液流电池技术中标了4个。

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