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发展储能电池技术的四点建议

导读:  随着可再生能源装机的不断跃升,其波动性和间歇性也给电网带来一定冲击,在这种情况下,储能的作用正在凸显,也在引发行业越来越多的关注。

随着可再生能源装机的不断跃升,其波动性和间歇性也给电网带来一定冲击,在这种情况下,储能的作用正在凸显,也在引发行业越来越多的关注。为更好地理解储能、发展储能电池技术,建议:

首先要厘清基本概念,储能电池技术包括储能电池本体技术和储能电池应用技术,两者都很重要。

广义上来说,储能是采用某种装置或方法储存能量,并实现能量在空间维度移动后释放或者是在时间维度滞留后释放。据此,可进一步细分为两类:移动储能,即移动设备供能、电动车动力电池等;静态储能,如UPS电源、通信基站电源、工业蓄热系统和抽水蓄能电站等。此外,利用植物的自然光合作用或者是新型光化学转换材料的人工光合作用,将光能转化为生物质能或化学能并加以储存和释放,也是一类重要的静态储能方式。

根据所用的能量形式,可将储能本体技术大致分为四类;物理储能(抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能、超导储能)、电化学储能(各类二次电池、电化学超级电容器)、化学储能(人工清洁能源如储氢、储碳等化学反应储能)、储热/蓄冷(显热储能、相变储能、化学反应储热)。储能电池属于电化学储能的一类,是目前发展最为迅速的储能技术类型。

但是,并非所有的电池都可以称为储能电池,系统功率在1KW量级以上的,用于电动车、通讯基站的电池,可以称为储能电池;系统功率≥1MW,用于储能电站的电池称为电力储能电池。

储能电池应用技术主要指BMS(电池管理系统)、PCS(电池储能系统能量控制装置)、EMS(能量管理系统)。BMS是电池本体与应用端之间的纽带,主要对象是二次电池,目的是提高电池的利用率,防止电池出现过度充电和过度放电。PCS是与储能电池组配套,连接于电池组与电网之间,把电网电能存入电池组或将电池组能量回馈到电网的系统。EMS是现代电网调度自动化系统总称,包括计算机、操作系统、EMS支撑系统、数据采集与监视、自动发电控制与计划、网络应用分析。

其次,以需求为导向,根据不同应用领域的实际需求发展相适应的储能电池技术;低成本、长寿命、高安全、易回收是储能电池技术发展的总体目标。

储能可在诸多方面发挥重要作用,比如电网调峰调频,平滑可再生能源发电波动,改善配电质量和可靠性,基站、社区或家庭备用电源,分布式微电网储能,电动汽车VEG模式的供能系统等。储能应用的场景不同、技术要求也会不同,没有任何一类电池能够满足所有场景的要求。因此,要以需求为导向,根据不同应用领域的实际需求发展相适应的储能电池技术。

当前储能技术成本高,经济性欠佳是共性问题。储能技术成本降低可以分为四个目标阶段。当前目标:开发非调峰功能的储能电池技术和市场,如电动车动力电池市场、离网市场和电力调频市场;短期(5—10年)目标:低于峰谷电价差的度电成本;中期(10—20年)目标:低于火电调峰(和调度)的成本;长期(20—30年)目标:低于同时期风光发电的度电成本。

尽管目前利用峰谷电价差发展储能的商业模式颇受关注,但这可能是个伪命题,短期内可行,长期看来并不可行。原因在于,随着储能技术成本的下降,电网的峰谷电价差将越来越低。未来只有当储能成本低于火电调峰成本后,储能装备才可能作为重要补充,纳入到电网调度系统。

现有类型储能电池存在潜在危机。钠硫电池,陶瓷管的老化破损带来的安全性问题。铅酸(铅炭)电池,铅精矿15年左右开采完毕;低成本高污染的回收环节。全钒液流电池,系统效率低于70%的“天花板”;有毒的硫酸钒溶液;隔膜对于电池倍率和电解液循环寿命不能兼顾;系统复杂,运行可靠性存在问题。锂离子电池:现有电池结构回收处理困难,成本高;电池存在安全性隐患,应用成本偏高。

综上来看,低成本、长寿命、高安全、易回收是储能电池技术发展的总体目标。

再次,要高度重视大型电力储能电池技术的基础创新研究和知识产权布局,同时推动开展储能电池技术的知识产权商业共享。

随着储能规模应用,大型储能技术是未来的发展趋势,开发单体功率≥100KW的超高功率安全储能电池技术将是一个重要的研发方向。以解决应用问题为核心,要用做小电池的思路做小电池、用做大电池的思路做大电池,而不能用小电池的结构思路来制作大型电力储能电池。

此外,我们目前对于储能技术应用方式和储能技术本质的认识可能还是初步的,肤浅的。电力储能是一个系统储/放电的概念,很有可能需要多种技术经济模式的组合,而非局限于单一电池循环充放电行为的理解。

中国知识产权对外依存度高达60%,在核心技术方面,中国国外知识产权依存度甚至达到90%以上。储能技术在加强基础科学探索研究和原始创新技术开发的过程中,要加强储能项目立项与结题的知识产权竞争力评估和技术应用前景评估。

对于国外已经有成熟或已经进入示范应用的储能技术,我们如何突破相关知识产权的布局和封锁?对此,建议成立储能产业知识产权评估和交易平台,引导储能技术产业链有序发展;建立健全知识产权的保护与商业分享机制,加强核心技术点的专利布局,积极引导产业资本和风险投资进入前沿技术开发领域,提高储能行业自主创新能力。

最后,根据储能(电池)技术水平实事求是地发展储能产业,务必在储能电池本体技术安全可靠的前提下,再开展大型兆瓦级以上的示范应用。

在电力行业,安全是首要考虑的目标,储能的应用也不例外。储能电池技术的安全性、可靠性和经济性是决定其能否规模利用的前提。

必须明确储能电池本体技术和储能电池应用技术的区别和联系。对于绝大多数储能电池技术而言,当该技术开展兆瓦级以上的示范应用时,主要是发现并解决储能系统应用过程中的技术问题和经济性评估,而不是储能电池本体技术的问题。换言之,应该在储能本体技术安全可靠的前提下,再开展兆瓦级以上的示范应用。示范应用的目的是积累应用数据,开发应用技术,解决应用问题,评估应用经济。如示范项目进展顺利,其大规模推广也将逐步铺开,储能产业才能得以健康发展。(中国能源报)

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