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钠硫电池:助力风电和智能电网建设

作者: 来源:中国储能网 发布时间:2012-09-05 浏览:
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    中国储能网讯:就像江河中奔腾的流水,电流通过电网奔向千家万户时,也会不时掀起“波涛”,冲击用电设备,甚至引起事故。最近,上海科学家成功组装起了一套聪明的电能“蓄水池”,它能像水库蓄洪一样,将过多、过猛的电流储存起来,当电网需要的时候,再平稳地释放出来。

    10月14日,中科院上海硅酸盐研究所与上海电力公司宣布:经过多年攻关,他们成功完成了大容量城网储能钠硫电池的中试研发,并建成了一条2兆瓦的中试生产示范线和一套10千瓦的储能系统示范装置。今年5月份,储能电站将出现在世博会上。

    对城市电网而言,钠硫电池堪称一颗有效的“定心丸”。钠硫储能电池具有容量大、体积小、能量储存和转换效率高、寿命长、不受地域限制等优点,非常适合电力储能。经综合分析,钠硫储能电池是目前最经济实用的储能方法之一,是目前大容量储能电池中的佼佼者。抽水蓄能,需要特殊场地;金属-空气电池,充电困难;锂电池,成本过高;铅酸电池,寿命太短,谁都比不上钠硫电池可靠。

    据预测,我国计划到2020年全面建成统一的“坚强智能电网”,其技术和装备要全面达到国际先进水平,届时国家电网的清洁能源装机比例达到35%。以上海为例,到2010年,电网最大峰谷差将达13000兆瓦,光伏电池产业规模将达到1500兆瓦,按20%的容量配置储能计,大规模储能装置的市场需求至少有560兆瓦。

    钠硫电池,是一种以金属钠为负极、硫为正极、陶瓷管为电解质隔膜的二次电池。在一定的工作度下,钠离子透过电解质隔膜与硫之间发生的可逆反应,形成能量的释放和储存。

    钠硫电池--钠硫电池是美国福特(Ford)公司于1967年首先发明公布的,至今才40年左右的历史。电池通常是由正极、负极、电解质、隔膜和外壳等几部分组成。钠硫电池具有许多特色之处:一个是比能量(即电池单位质量或单位体积所具有的有效电能量)高。其理论比能量为760Wh/Kg,实际已大于100Wh/Kg,是铅酸电池的3-4倍;如日本东京电力公司(TEPCO)和NGK公司合作开发钠硫电池作为储能电池,其应用目标瞄准电站负荷调平(即起削峰平谷作用,将夜晚多余的电存储在电池里,到白天用电高峰时再从电池中释放出来)、UPS应急电源及瞬间补偿电源等,并于2002年开始进入商品化实施阶段,已建成世界上最大规模(8MW)的储能钠硫电池装置,截止2005年10月统计,年产钠硫电池电池量已超过100MW,同时开始向海外输出。

    钠与硫就会通过化学反应,将电能储存起来,当电网需要更多电能时,它又会将化学能转化成电能,释放出去,钠硫电池的“蓄洪”性能非常优异,即使输入的电流突然超过额定功率5-10倍,它也能泰然承受,再以稳定的功率释放到电网中——这对于大型城市电网的平稳运行尤其有用。太阳能、风能等新能源虽然洁净,但发电功率很不稳定。这会给整个电网带来不期而至的“洪峰”。储能电站会将这些“绿电”先照单全收,再根据电网需求输出。

    其实,钠硫电池储能电站更大的作用在于为整个电网“削峰填谷”。众所周知,电网必须按照满足最大用电负荷来修建。2008年,上海最高用电负荷持续小时数只有104.5小时,而为满足这短暂的高峰负荷,却需要投资200亿元。1千瓦功率的储能电池可节省电网投资1.3万元,通过“削峰填谷”,可使每吨标准煤所发的电多利用100度,可带来经济效益480元。预计到2015年,上海电网峰谷差可达16000兆瓦,即使只将20%的“谷电”存储起来,用于高峰时段,其经济效益就超过70亿元——而建设储能电站的投资,仅需20亿元左右。目前,他们已建成2兆瓦中试生产线,每月可生产钠硫电池200-250个。“下一步,我们将联合更多企业力量,探索更大规模生产的工艺。”上硅所所地合作处处长夏天然告诉记者,仅上海一地可预见的市场规模就可达400亿元。

    钠硫电池通过两届世界博览会展出和国家领导人相继参观以及其对低“碳”、节能减排、智能电网、新能源等领域的作用,其固有的性能和应用价值得以显现,重视程度将会有极大的提升。 钠硫电池最终是要实现产业化才能充分体现其自身价值,我们近期正在有选择的制定更适合钠硫电池产业化、符合市场需求的合理可行的规格定型型号,针对性的开发生产设备和产品,加快产业化步伐。可以说在未来几年内中国的钠硫电池商业化运行值得期待。

    太实业--做为中国最大、世界最大的金属钠生产企业,年产能达到5万吨,随着中国城市化智能电网的发展,以及中国风力发电的加强,钠硫电池将会广泛应用于各个电网建设项目之中,作为钠硫电池的金属钠材料的最大供应商,也将会极大的受益于智能电网和风力发电项目的建设!

    解决风电并网问题,最容易想到的莫过于“储能-无功调节”,利用储能技术把风电的间歇能量变成容易调节的能源。据了解,目前储能技术已经发展到足以适应大规模风电并网所需的程度。其中,钠硫电池、锂电池相对成熟,可用于电量和功率应用的场合,但需要降低成本。另外,在地理条件合适的地方,还可以开展压缩空气储能试验,估计可以达到100MW以上的应用。

    钠硫电池是以Na-beta-氧化铝为电解质和隔膜,并分别以金属钠和多硫化钠为负极和正极的二次电池。钠硫电池用于储能具有独到的优势,主要体现在原材料和制备成本低、能量和功率密度大、效率高、不受场地限制、维护方便等方面。

    钠硫电池的理论比能量为760Wh/Kg,实际已大于100Wh/Kg,是铅酸电池的3-4倍;另一个特点是可大电流、高功率放电。其放电电流密度一般可达200-300mA/cm2,并瞬时放出其3倍的固有能量;再一个是充放电效率高。由于采用固体电解质,所以没有通常采用液体电解质二次电池的那种自放电及副反应,充放电电流效率几乎100%。

    钠硫电池已经成功用于削峰填谷、应急电源、风力发电等可再生能源的稳定输出以及提高电力质量等方面。目前在国外已经有上百座钠硫电池储能电站在运行,是各种先进二次电池中最为成熟和最具潜力的一种。

    智能风电

    利用风车发电的技术早在100多年前就已经诞生,但苦于实际应用的效果不理想,一直未能成为能源的主流之一。究其原因,就在于技术进步的速度追不上实际应用的需要。随着风机技术的进步,从早期的异步风机到现在的同步风机,风机本身的技术进步一直没有间断过。同时,围绕着风电场如何与电网密切配合,保证风电并网的电能质量和稳定性。

    从风机本身讲,为了最大限度利用风能,风力发电机的装机容量日益增大,从定桨距到变桨距控制,从恒速恒频到变速恒频,从今后的发展趋势看,在大型风力发电机组中变桨距变速技术将非常普遍。而相应的,这一发展趋势大大加强了电力电子技术在风电机组中的应用。

    从风场整体来看,调动数量众多的风机协同运行,即时调控整个风场的电力参数,保证并网的可靠性和稳定性是未来发展的趋势。比如风场调度人员需要通过控制和协调风场内各台风机的无功功率,并协调风场内可能具有的其它无功设备,来有效地调节整个风电场并网点,甚至更远处的电压和无功功率。此外,遭遇电网跳闸等故障时,需要足够的低电压穿越能力,这也需要相应的电力电子技术作为支持。要达到这些目的,需要高度复杂的控制管理系统。

    不论从风机本身,还是从风电场整体来说,未来风力发电的“智能”属性正在不断增强,这也是对“智能电网”的自然需求,从这个意义上讲,说风电是垃圾还有失公允,建设智能电网可以从根本上扭转风电的这一不利的公众形象。

    总之,未来的大规模风电并网技术一定会成熟到足以商业化运行,届时风力发电产业也将走上一个新台阶。
 

关键字:电池 助力 储能

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