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    能源結構調整需要大規模儲能技術
    信息來源:hadl 發布時間:2020-11-24 17:25:06 瀏覽次數:

    歷史上出現了三次能源革命:第一次能源革命煤炭代替了薪柴。當時英國抓住發展機遇,成為全球霸主,但也引發了諸多問題,如倫敦大霧霾,據不完全統計,當時英國能源結構中70%以上是煤炭。第二次能源革命油氣代替了煤炭,美國借勢成為新的世界霸主。第三次能源革命,則是可再生能源,普及可再生能源是全球實現低碳能源轉型的關鍵。預計2030年以后,整個能源結構當中,可再生能源將會占主導。我國在“十三五”規劃中提出的能源革命和能源結構調整戰略方針是,到2020年,我國風能發電裝機容量達到2.5億千瓦,光伏發電達1.5億千瓦,光熱發電達500萬千瓦??稍偕茉凑饾u由輔助能源變為主導能源。

    電網在100多年歷史中,沒有儲能也運行得很好,為何現在需要儲能?風電、太陽能發電的不穩定、不連續性特性對電網造成沖擊,配置儲能,則根本上解決了這一問題,實現安全、穩定供電。近年來,棄風、棄光、棄水率居高不下,僅去年全年,我國棄風、棄光、棄水總量就高達1100億千瓦時,超過三峽電站全年發電量。儲能的重要性凸顯——可平衡發電和用電、確保電網穩定,因此大規模儲能技術是實現可再生能源普及應用的核心技術。

    近年來,隨著可再生能源開發利用規模不斷擴大,儲能技術的研究與應用日漸廣泛。與此同時,國家開始重視儲能,一系列利好政策不斷出臺,尤其是近期5部委聯合發布的《關于促進儲能技術與產業發展的指導意見》。作為國內首個儲能產業政策文件,《指導意見》明確了儲能產業未來10年的發展目標,標志著儲能在電網中主體地位的確立。同時《指導意見》鼓勵多種技術路線和應用場景并行發展,并且提出了由政府引導、市場主導,強調建立補償機制,而非單純給予補貼,預計未來與電化學儲能相關的示范項目將加快推進,多種儲能商業模式將有望蓬勃發展。

    不同儲能技術各有優缺點

    儲能技術可按規模大小區分,本文主要聚焦大規模儲能技術,即時間長、功率大,適用于電網的儲能技術。大規模儲能技術需滿足三個條件:一是安全性,二是生命周期的性價比高即經濟性,三是生命周期的環境負荷低即環境友好。對大規模儲能技術而言,由于系統功率和容量大,發生安全事故造成的危害和損失大,因此大規模儲能技術的首要要求是安全可靠,解決安全可靠性是其重中之重。此外,無論多大規模的儲能,報廢后的廢棄物處理成本必須算上,對環境的影響必須考慮進去。

    抽水儲能、壓縮空氣儲能、鋰離子電池、鈉硫電池、鉛酸/鉛炭電池、液流電池等是目前主要的幾種儲能技術,各有優缺點,在實際應用時要找準定位,使不同的儲能技術在不同的領域和場景扮演關鍵角色。

    抽水儲能技術,優點是技術成熟,世界范圍已建127000MW、儲能容量大,占儲能總裝機容量的99%,缺點是受地形、生態環境等條件的限制。在歐美,抽水儲能裝機容量一般占發電裝機容量的5%-15%,而我國由于水力資源、地理環境等資源限制,抽水儲能裝機容量只占發電裝機容量的不足1.7%。

    壓縮空氣儲能技術,優點是儲能容量大,缺點是選址地質條件限制大,需和燃氣燃油電站配套。壓縮空氣儲能技術比較成熟,早在上世紀80年代的德國和90年代的美國就有建過壓縮空氣儲能電站,但目前世界上僅有2座百兆瓦級傳統的壓縮空氣儲能電站。

    鋰離子電池儲能技術,現在鋰離子電池產能很大,價格不斷下降,但要用到大規模儲能上,則要重視安全性問題和容量衰減問題。鋰離子電池儲能系統做得越大,其能量衰減就越快。

    鈉硫電池儲能技術,優點是能量密度較高、單個電池的開路電壓高,是高溫型蓄電池(350℃運行),缺點是液態硫和金屬鈉對氧化鋁隔膜具有強腐蝕性,易引起爆炸,危險性大;電池防腐、隔熱與安全防護要求高;制造成本高;啟動時間長(數十小時至上百小時)。目前,全球范圍內能制造鈉硫電池的只有日本NGK公司,鈉硫電池中的金屬鈉容易著火,有極大安全隱患。日本在2010年2月和2011年9月的兩場大型鈉硫電池著火事件給日本鈉硫電池公司造成重大打擊,導致很多訂單退貨。

    鉛酸、(鉛碳)電池儲能技術,優點是鉛酸電池技術成熟、價格低廉、安全性能相對可靠;鉛碳電池可大幅度提高電池壽命,缺點是循環壽命短、環境污染。通過近幾年對鉛碳電池研究,結果表明如果鉛碳電池做得好,同樣條件下,鉛碳電池的壽命要比鉛酸電池增加5倍,但仍存在一些安全性問題。

    液流電池是未來發展趨勢

    根據咨詢公司Navigant 2015年對儲能技術的相關預測,認為鋰離子、液流電池、鉛碳電池將成為未來儲能技術的發展趨勢。

    全釩液流電池儲能技術的工作原理是利用釩離子價態變化,實現電能儲存和釋放。全釩液流電池的優勢是,安全性好,比較適合大規模儲能,特別是兆瓦以上的儲能和時間比較長(4個小時以上)的儲能;目前在電池中壽命長,大于13000多次;充放電響應速度比較快;電解液可循環使用。缺點是比能量較低,不適合電動車,只適合固定電站。

    中國開發全釩液流電池具有先天優勢。就釩資源來看,全球目前已知的資源儲量大約有6300萬噸,中國釩儲量占世界38%。全球目前適合開采的釩資源儲量為1300萬噸,其中95%在中國、俄羅斯和南非。此外,迄今在全釩液流領域,中國整個產業鏈全,所有材料均已實現國產化。

    處于產業化示范階段的全釩液流電池正在成為新能源發電和電網的重要儲能技術之一。去年,國家能源局批準建設的首個大型化學儲能國家示范項目——大連液流電池儲能調峰站,采用的是國內自主研發、具有自主知識產權的全釩液流電池儲能技術,建成后將成為全球規模大的全釩液流電池儲能電站。


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