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储能是助力打通能源革命的任督二脉

作者:鲁文静  来源:中科院之声  发布时间:2018-7-4 16:47:40

中国储能网讯:前言:目前用于电网侧大规模储能仍以物理储能(抽水储能)为主,抽水储能具有规模大、寿命长、安全可靠、运行费用低的优点,建设规模一般在百兆瓦级以上,储能时长从几小时到几天,适用于电力系统的削峰填谷、紧急事故备用容量等应用。但这种储能技术需要特殊的地理条件和配套设施,建设的局限性较大。

从遥远太空俯视地球,城市面积逐年扩大。无论是面对着川流不息的马路还是日益智能的数码设备,人类都享受着能源所带来的便利。

“能源者,国之大事,死生之地、存亡之道,不可以不察也!”中国政府为确保能源供给安全与清洁利用,在2014年提出了能源革命的战略。而能源要革命,必须打通它的“任督二脉”:督脉自上而下,推行化石能源的清洁高效利用技术;任脉自下而上,提高可再生能源的接入比例。打通任督二脉,中国乃至世界的能源格局将会彻底发生变化。当然,打通任督二脉需要突破多道“玄关”,包括耳熟能详的政策法规、经济结构、大数据、人工智能、互联网等,其中储能技术是亟需突破的核心关卡。其意义在于调和能源供给与能源消费在时间和空间上存在不平衡的矛盾。例如,尽管风能、太阳能等能源十分清洁且取之不尽,但是在自然环境中,风力时大时小,天气有晴有阴,这些设备发出的电可能时有时无,这会给电网的调度带来多大难度呢?当今社会,一天停电一次都会令人抓狂,更何况随时停电的德谟克利斯之剑时刻高悬?此外,尽管化石能源火力发电的质量值得信赖,但是火电站的建设必须满足用电高峰需求,而在用电低谷期则会造成大量的电力损失,化石能源的利用效率也很低。如果有了储能技术,情况将发生极大变化,一方面可以实现风能、太阳能的可控储存和输出,另一方面可以将用电低谷的电能储存起来,在用电高峰的时候使用,不但可以减少火电站建设,还可以节能减排。

上述是储能技术在发电侧和电网侧的应用举例,其储能规模可达数百至数千兆瓦时以上。而中小规模的储能技术,则有更加灵活广泛的应用需求。例如,储能可以保障政府、医院、军事指挥部等重要部门的应急电力供应,缓解用电高峰期的电网局部阻塞,保证社区、工厂、学校的用电稳定。对于远离电网的偏远地区、海岛等,储能技术可以与风能、太阳能、潮汐能等结合,形成能源自给自足的分布式供能体系,保障生活生产的需要。在实施峰谷电价的地区,储能还可以根据电价低的时候购电,在电价高的时候售电,在经济上获得实惠。更小规模的储能技术则可以应用于电动车、移动数码等领域。例如,很多城市都已大量使用电动汽车和电动公交车,可以大幅降低城市雾霾。此外,在移动数码领域,储能技术早已广泛应用,并在向小型化、轻量化、柔性化(可植入人体、可穿戴)发展。

当然,储能的市场非常广阔,储能的技术也很多,主要可分为物理储能和化学储能两大类。物理储能技术主要有抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能、超导储能及超级电容器。化学储能技术主要有锂离子电池,铅酸电池、液流电池、钠硫电池、铅炭电池、金属空气电池等。

图:储能技术的应用领域

根据各种应用领域对储能功率和储能容量要求的不同,各种储能技术都有其适宜的应用领域。飞轮储能、超导储能和超级电容器储能适合于需要提供短时及需要较大的脉冲功率的场合,如应对电压暂降和瞬时停电、抑制电力系统低频振荡、提高系统稳定性等;而抽水储能、压缩空气储能和化学电池(液流电池、铅炭电池及锂离子电池技术等)储能适合于电网调峰、可再生能源集中并入等大功率、大容量的应用场合。在当前国际、国内形势下,这些储能技术将获得快速发展,与其它策略一起打通我国能源革命的“任督二脉”,构建强大的能源体系。发展储能技术不仅对我国具有重要战略意义,对于其他国家也会产生重要影响。

目前用于电网侧大规模储能仍以物理储能(抽水储能)为主,抽水储能具有规模大、寿命长、安全可靠、运行费用低的优点,建设规模一般在百兆瓦级以上,储能时长从几小时到几天,适用于电力系统的削峰填谷、紧急事故备用容量等应用。但这种储能技术需要特殊的地理条件和配套设施,建设的局限性较大。

锂离子电池具有重量轻、比能量高、自放电率低、工作范围适温宽,绿色环保等优势,已广泛应用于便携式电子设备,并作为动力电池在电动交通工具领域得到应用。近几年,又开展应用于固定储能设备的研发。但要作为规模储能设备,单电池的一致性问题、安全性问题以及高成本问题是必须要解决的。

与锂离子电池相比,另外一种化学储能方式,液流电池是适合于大规模储能(蓄电)的装置,在规模储能方面具有独特的优势:蓄电容量大,可达百兆瓦时;容量和功率相互独立,系统设计灵活;电堆易于模块组合,蓄电容量便于调节;充放电响应速度快,电池的使用寿命长,可靠性高,可深度放电;系统选址自由,受设置场地限制小;系统封闭运行;电池的大部分部件材料可循环使用建设周期短,系统运行和维护费用低;特别是具有运行安全和环境友好的优点。目前,中科院大连化物所储能技术研究部和大连融科储能技术发展有限公司研究团队,已经在储能领域取得了突出成绩,特别在液流电池领域。在十二五期间解决了全钒液流电池关键材料、高性能电堆和大规模储能系统集成等方面的关键科学和工程问题,并取得了一系列技术突破。研究团队完成了从实验室基础研究到产业化应用的发展过程,实施了包括全球最大规模的5MW/10MWh在内的30余项商业化示范工程,形成了完整的全钒液流电池储能技术的产业链,领军国内外液流电池标准的制定,引领全球液流电池技术的发展。目前,该研究团队正在承建全球最大的200MW/800MWh的电化学储能电站示范工程。

关键字:储能 抽水储能

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