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储能技术——谁也取代不了谁,谁也不能独霸天下!

文章发布时间:2013-06-17 09:25来源:未知 作者:upsclan 关注次数:

全球储能技术主要有物理储能(如抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等)、化学储能(如钠硫电池、液流电池、铅酸电池、镍镉电池、超级电容器等)和电磁储能(如超导电磁储能)等三大类。
  
  中国科学院大连化学物理研究所张华民教授说:“哪种技术更适合大规模储能技术的发展,何种储能技术最值得关注,都需要应用和实验结果的检验。就现在的发展趋势来看,谁也取代不了谁,谁也不能独霸天下。各自都有不同点和应用的空间,各种技术占领在不同的位置。”在目前已经获得实际应用或者第三方测试验证的各种大规模储能技术中,抽水蓄能和压缩空气技术相对成熟,适合100兆瓦以上级别储能系统;钠硫电池、矾电池、锂电池、铅酸电池和飞轮储能电池已经开始运用于兆瓦级别的项目中,而在百万千瓦及以下级别的应用中,大多数储能技术都能够满足需求。
  
  抽水储能是目前电力系统中应用最为广泛的一种储能技术,一般工业国家抽水储能装机占比约在5%~10%的水平。其主要作用包括调峰填谷、调频、调相、紧急事故备用、黑启动和提供系统的备用容量,还可以提高系统中火电站和核电站的运行效率。然而,大型抽蓄电站通常在山区,通常离风电场远,大型抽蓄电站与风电场的长距离意味着增加已经过负荷电网的负担和输电损失,为了补偿非常不稳定的风能,水泵的入力应当连续变化。为了解决上述问题,国际著名的安德里茨水电集团就此研发了一个创新概念,小型、分布式抽水蓄能电站,采用标准变转速水泵水轮机,同步电动发电机配全容量变频器。这个新概念的要点是抽蓄电站可在当地建设,靠近风电场,典型水头范围是在50米~200米。这一突破创新受到国内外电力公司和专家的关注。
  
  压缩空气技术可以用于冷启动、黑启动,响应速度快,主要用于峰谷电能回收调节、平衡负荷、频率调制、分布式储能和发电系统备用。2009年,压缩空气储能被美国列入未来10大技术,德、美等国有示范电站投入运营。
  
  总体而言,目前尚处于产业化初期,技术和经济性有待观察。飞轮储能利用电动机带动飞轮高速旋转,将电能转化成机械能储存起来,在需要时飞轮带动发电机发电。飞轮储能的优点是效率可达90%以上,无噪声、无污染、维护简单,可连续工作。缺点是能量密度比较低,保证系统安全性方面的费用很高,在小型场合还无法体现其优势。目前,飞轮储能技术可用于不间断电源、电网调峰和频率控制,主要作为蓄电池系统作补充。随着新材料的应用和能量密度的提高,其下游应用逐渐成长,处于产业化初期。
  
  目前,钠硫电池在国外已是发展相对成熟的储能电池,其寿命可达10年~15年。日本在2002年就已进入商业化实施阶段,2007年日本年产钠硫电池量已超过100兆瓦,并开始向海外输出。在国内,国家电网公司同中国科学院上海硅酸盐研究所合作,2008年完成了电池模块研制,2009年度攻关百万千瓦级储能设备,2010年实现世博会示范应用,到2011年进入大规模产业化阶段。将来该项技术极有可能成为首批电化学储能电站的应用技术。
  
  全钒氧化还原液流电池,简称钒电池,具有长寿命、大容量、频繁充放电等优势。目前,全球范围内能够提供工业化钒电池产品的企业包括日本住友电工、北京世纪普能、大连融科等企业。全钒液流电池已经实现商业化运作,能够有效平滑风力发电功率。在日本运营的容量为4兆瓦的全钒液流电池为当地32兆瓦的风电场提供储能,并已运行27万次循环,世界上还没有任何其他储能技术能够实现这一要求。近两年来,随着全球对储能技术的关注,钒电池在中国、美国陆续获得了一些项目机会。如北京世纪普能在9月获得国家电网公司在河北省张北县建设的国家风光储示范工程一期液流电池储能系统订单,将提供规模为8兆瓦的全钒液流电池储能系统。
  
  铅碳电池使用独特的循环用正极以及铅/碳负电极。这种电极处理技术促使电池能够在部分荷电状态(PSoC)下运行,并具有高循环寿命。西恩迪公司是铅酸电池领域的技术领先者,其解决方案以实现部分荷电状态运行下的高循环寿命为目标,利用集成碳负极和先进的正极板设计以及活性材料配方。
  
  深圳雄韬公司董事长张华农在2011储能会议中提到的“混合动力电池”也是新兴的概念,张华民表示,“由于铅酸电池长期的环保问题,导致混合动力电池的概念还尚未被业界所重视。”磷酸铁锂电池具有长寿命、低成本以及高安全性等优势,是目前最热门的电动汽车电池技术之一,也是电力储能系统的热门候选技术之一。由于产品生产工艺相对容易,磷酸铁锂电池在中国获得了高度的发展,无论是民间和政府都对该技术寄予厚望,其中以比亚迪公司实力最为雄厚。但从全球来看,标志性企业是美国A123公司。
  
  铅酸电池、锂离子电池的标准相对完善,但是对于液流储能电池是新兴的技术,标准还暂未制定。大连化物所正在牵头筹备国家电工行业液流电池标委会,组织各课题单位参与液流电池行业标准的制定,推动国内液流电池行业的规范化。国际电器工业协会(IEC)TC105组建了液流电池标准战略研究专家组正在修改液流储能电池标准指南建议书,国家973液流储能电池重大基础研究项目首席科学家张华民教授就是专家组其中一人。受欧洲标准化组织CEN&CENELEC邀请,参与欧洲液流储能电池标准协议的制定工作。这些都说明中国在液流储能电池技术已经处于领先地位,而大连融科正在这一领域积极开展研发工作。可以说,以全钒液流电池为代表的液流电池在国外已进入产业化初期。

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