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發(fā)展儲能電池技術(shù)的四點建議

   2017-10-18 中國能源報陳永翀3720
核心提示:隨著可再生能源裝機的不斷躍升,其波動性和間歇性也給電網(wǎng)帶來一定沖擊,在這種情況下,儲能的作用正在凸顯,也在引發(fā)行業(yè)越來越
隨著可再生能源裝機的不斷躍升,其波動性和間歇性也給電網(wǎng)帶來一定沖擊,在這種情況下,儲能的作用正在凸顯,也在引發(fā)行業(yè)越來越多的關(guān)注。為更好地理解儲能、發(fā)展儲能電池技術(shù),建議:

首先要厘清基本概念,儲能電池技術(shù)包括儲能電池本體技術(shù)和儲能電池應用技術(shù),兩者都很重要。

廣義上來說,儲能是采用某種裝置或方法儲存能量,并實現(xiàn)能量在空間維度移動后釋放或者是在時間維度滯留后釋放。據(jù)此,可進一步細分為兩類:移動儲能,即移動設(shè)備供能、電動車動力電池等;靜態(tài)儲能,如UPS電源、通信基站電源、工業(yè)蓄熱系統(tǒng)和抽水蓄能電站等。此外,利用植物的自然光合作用或者是新型光化學轉(zhuǎn)換材料的人工光合作用,將光能轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)能或化學能并加以儲存和釋放,也是一類重要的靜態(tài)儲能方式。

根據(jù)所用的能量形式,可將儲能本體技術(shù)大致分為四類;物理儲能(抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能、超導儲能)、電化學儲能(各類二次電池、電化學超級電容器)、化學儲能(人工清潔能源如儲氫、儲碳等化學反應儲能)、儲熱/蓄冷(顯熱儲能、相變儲能、化學反應儲熱)。儲能電池屬于電化學儲能的一類,是目前發(fā)展最為迅速的儲能技術(shù)類型。

但是,并非所有的電池都可以稱為儲能電池,系統(tǒng)功率在1KW量級以上的,用于電動車、通訊基站的電池,可以稱為儲能電池;系統(tǒng)功率≥1MW,用于儲能電站的電池稱為電力儲能電池。

儲能電池應用技術(shù)主要指BMS(電池管理系統(tǒng))、PCS(電池儲能系統(tǒng)能量控制裝置)、EMS(能量管理系統(tǒng))。BMS是電池本體與應用端之間的紐帶,主要對象是二次電池,目的是提高電池的利用率,防止電池出現(xiàn)過度充電和過度放電。PCS是與儲能電池組配套,連接于電池組與電網(wǎng)之間,把電網(wǎng)電能存入電池組或?qū)㈦姵亟M能量回饋到電網(wǎng)的系統(tǒng)。EMS是現(xiàn)代電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)總稱,包括計算機、操作系統(tǒng)、EMS支撐系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視、自動發(fā)電控制與計劃、網(wǎng)絡(luò)應用分析。

其次,以需求為導向,根據(jù)不同應用領(lǐng)域的實際需求發(fā)展相適應的儲能電池技術(shù);低成本、長壽命、高安全、易回收是儲能電池技術(shù)發(fā)展的總體目標。

儲能可在諸多方面發(fā)揮重要作用,比如電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻,平滑可再生能源發(fā)電波動,改善配電質(zhì)量和可靠性,基站、社區(qū)或家庭備用電源,分布式微電網(wǎng)儲能,電動汽車VEG模式的供能系統(tǒng)等。儲能應用的場景不同、技術(shù)要求也會不同,沒有任何一類電池能夠滿足所有場景的要求。因此,要以需求為導向,根據(jù)不同應用領(lǐng)域的實際需求發(fā)展相適應的儲能電池技術(shù)。

當前儲能技術(shù)成本高,經(jīng)濟性欠佳是共性問題。儲能技術(shù)成本降低可以分為四個目標階段。當前目標:開發(fā)非調(diào)峰功能的儲能電池技術(shù)和市場,如電動車動力電池市場、離網(wǎng)市場和電力調(diào)頻市場;短期(5—10年)目標:低于峰谷電價差的度電成本;中期(10—20年)目標:低于火電調(diào)峰(和調(diào)度)的成本;長期(20—30年)目標:低于同時期風光發(fā)電的度電成本。

盡管目前利用峰谷電價差發(fā)展儲能的商業(yè)模式頗受關(guān)注,但這可能是個偽命題,短期內(nèi)可行,長期看來并不可行。原因在于,隨著儲能技術(shù)成本的下降,電網(wǎng)的峰谷電價差將越來越低。未來只有當儲能成本低于火電調(diào)峰成本后,儲能裝備才可能作為重要補充,納入到電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)。

現(xiàn)有類型儲能電池存在潛在危機。鈉硫電池,陶瓷管的老化破損帶來的安全性問題。鉛酸(鉛炭)電池,鉛精礦15年左右開采完畢;低成本高污染的回收環(huán)節(jié)。全釩液流電池,系統(tǒng)效率低于70%的“天花板”;有毒的硫酸釩溶液;隔膜對于電池倍率和電解液循環(huán)壽命不能兼顧;系統(tǒng)復雜,運行可靠性存在問題。鋰離子電池:現(xiàn)有電池結(jié)構(gòu)回收處理困難,成本高;電池存在安全性隱患,應用成本偏高。

綜上來看,低成本、長壽命、高安全、易回收是儲能電池技術(shù)發(fā)展的總體目標。

再次,要高度重視大型電力儲能電池技術(shù)的基礎(chǔ)創(chuàng)新研究和知識產(chǎn)權(quán)布局,同時推動開展儲能電池技術(shù)的知識產(chǎn)權(quán)商業(yè)共享。

隨著儲能規(guī)模應用,大型儲能技術(shù)是未來的發(fā)展趨勢,開發(fā)單體功率≥100KW的超高功率安全儲能電池技術(shù)將是一個重要的研發(fā)方向。以解決應用問題為核心,要用做小電池的思路做小電池、用做大電池的思路做大電池,而不能用小電池的結(jié)構(gòu)思路來制作大型電力儲能電池。

此外,我們目前對于儲能技術(shù)應用方式和儲能技術(shù)本質(zhì)的認識可能還是初步的,膚淺的。電力儲能是一個系統(tǒng)儲/放電的概念,很有可能需要多種技術(shù)經(jīng)濟模式的組合,而非局限于單一電池循環(huán)充放電行為的理解。

中國知識產(chǎn)權(quán)對外依存度高達60%,在核心技術(shù)方面,中國國外知識產(chǎn)權(quán)依存度甚至達到90%以上。儲能技術(shù)在加強基礎(chǔ)科學探索研究和原始創(chuàng)新技術(shù)開發(fā)的過程中,要加強儲能項目立項與結(jié)題的知識產(chǎn)權(quán)競爭力評估和技術(shù)應用前景評估。

對于國外已經(jīng)有成熟或已經(jīng)進入示范應用的儲能技術(shù),我們?nèi)绾瓮黄葡嚓P(guān)知識產(chǎn)權(quán)的布局和封鎖?對此,建議成立儲能產(chǎn)業(yè)知識產(chǎn)權(quán)評估和交易平臺,引導儲能技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈有序發(fā)展;建立健全知識產(chǎn)權(quán)的保護與商業(yè)分享機制,加強核心技術(shù)點的專利布局,積極引導產(chǎn)業(yè)資本和風險投資進入前沿技術(shù)開發(fā)領(lǐng)域,提高儲能行業(yè)自主創(chuàng)新能力。

最后,根據(jù)儲能(電池)技術(shù)水平實事求是地發(fā)展儲能產(chǎn)業(yè),務必在儲能電池本體技術(shù)安全可靠的前提下,再開展大型兆瓦級以上的示范應用。

在電力行業(yè),安全是首要考慮的目標,儲能的應用也不例外。儲能電池技術(shù)的安全性、可靠性和經(jīng)濟性是決定其能否規(guī)模利用的前提。

必須明確儲能電池本體技術(shù)和儲能電池應用技術(shù)的區(qū)別和聯(lián)系。對于絕大多數(shù)儲能電池技術(shù)而言,當該技術(shù)開展兆瓦級以上的示范應用時,主要是發(fā)現(xiàn)并解決儲能系統(tǒng)應用過程中的技術(shù)問題和經(jīng)濟性評估,而不是儲能電池本體技術(shù)的問題。換言之,應該在儲能本體技術(shù)安全可靠的前提下,再開展兆瓦級以上的示范應用。示范應用的目的是積累應用數(shù)據(jù),開發(fā)應用技術(shù),解決應用問題,評估應用經(jīng)濟。如示范項目進展順利,其大規(guī)模推廣也將逐步鋪開,儲能產(chǎn)業(yè)才能得以健康發(fā)展。 
 
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