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锂电池在电网储能领域的试应用(上)

作者:中国储能网新闻中心 来源:中国电池网 发布时间:2013-11-05 浏览:
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中国储能网讯:电网储能是锂离子电池具备广阔发展前景的一个新市场,被称为锂离子电池应用的“新蓝海”,一些领先的锂离子电池企业已经把目光瞄准了这个市场。由于锂离子电池在价格上较其他储能手段明显要高,且在大规模系统集成技术等方面还不是很成熟,因此目前还只是在试应用中,通过不断地试验来发现问题并解决问题。真锂研究认为,5年之内企业应该能够解决价格和技术方面的问题,实现锂离子电池在电网储能领域的大规模商业化应用。
本文主要摘录之前历期《锂电信息动态与分析》(产业研究月度报告)中相关的一些试应用案例的描述和分析、主要国家和地区的相关动作。因时间关系,真锂研究在这里就不系统串联起来研究分析了,因此,本文的整体性会有所欠缺,请读者见谅。对于整个储能市场的系统性、综合性整理和研究分析,真锂研究已经开始,相关情况见本次论坛赠阅的2013年10月《锂电信息动态与分析》(产业研究月度报告)后附的内容。
一、主要国家都在大力发展智能电网及其储能技术
(一)美国
美国在倾尽全力发展电动汽车和智能电网产业。奥巴马政府制定了三大相关目标:2015年前全美电动车保有量超百万;2035年前清洁能源发电量翻一番;2035年前用电能效提高20%。电动汽车和智能电网这两大产业体系的交集就是先进电池,因此,美国政府对先进电池技术和产业的发展高度重视。美国能源部正在开展一项先进电池研究计划(ARPA-E),目的是全方位地提高美国的先进电池技术水平。先进电池包括全电子电池、镁电池、锂电池(锂离子电池、锂硫电池、锂空气电池)等等,但就目前阶段来说,能够实现大规模产业化的先进电池基本上就是指锂离子电池。
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在美国政府的推动下,现在美国有一大批关于建设电网规模的储能体系的建议和想法,这显示出了美国企业界正在对这个巨大的发展机遇做出反应,几乎所有的美国电池企业对此都很关注,而相关的成本目标也在此基础上逐渐形成。环球时报2011年03月09日报道,美国能源部长朱棣文的顾问马特·罗杰斯表示:今天(美国能源)存储的解决方案会花费1,000美元/kW,我们正努力试图将其成本降低到100美元/kW~200美元/kW之间。
(二)欧盟
在智能电网领域,欧盟近两年的一个大动作就是发布智能电网行动计划。中国驻欧盟使团科技处的信息显示,2011年04月12日,欧盟能源委员奥廷格在“2011年欧洲可持续能源周”开幕式上正式发布题为《智能电网:从创新到应用》(Smart Grids: from innovation to deployment)的欧盟智能电网行动计划。该计划将致力于实现欧盟成员国电力传输网络的对接和市场整合,有效连接电力供应商和终端消费者,推动欧盟建成紧密相连、充分运作的统一能源市场,从而减少能源损耗,确保欧盟的能源安全。
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该计划的要点包括:①加快制定欧盟统一的智能电网标准;②制定法律框架保护智能电网终端用户的秘密;③推动成员国加快智能电网建设;④提高智能电网相关服务行业的竞争力;⑤加强对智能电网技术研发和创新的投入。据欧盟测算,智能电网能够减少欧盟9%的CO2排放和10%的家庭年度能源消费量,相当于每个家庭平均每年可节约60欧元。同时,智能电网有助于确保电力系统的可靠性,是一体化能源市场和并入更多可再生能源的关键技术。
可以肯定,欧盟推动智能电网的建设,必须要大规模应用先进储能电池,因此,这也会极大地推动二次锂电池在储能领域的应用进程。而且,目前能将电动汽车和智能电网有效结合起来的先进电池,也似乎只有二次锂电池。但与东亚三国中日韩不同的是,欧洲致力于开发锂硫电池等下一代二次锂电池技术,因为它们在锂离子电池领域已经无法和中日韩竞争。
(三)日本
有关统计数据表明,美国、欧盟和日本研究智能电网的投资到2030年累计将达12,510亿美元,其中用于蓄电池的开发费用约占60%。日本国内在这方面的投资到2020年累计将达5万亿日元。蓄电池之于智能电网的重要性可见一斑。对于储能蓄电池的选择,虽然还有一些看上去也比较有力的竞争对手,但锂离子电池正在受到越来越多的关注。
日本的智能电网建设非常重视绿色能源(如光电、风电等)的接入,在2011年日本大地震引发的核泄漏事故之后,退出核电、将大规模可再生能源并入电网,成了日本政府和企业重点思考的一个课题。
日本企业主流的观点是:在汽车动力电池大量使用的情况下,动力锂离子电池藉由规模经济拉低成本,才有可能进入到储能的应用市场。企业如果只考虑储能市场而不考虑电动汽车市场,如何在做到足够大的量产的同时保持优良的性价比以保持竞争力?因此,我们可以看到,日本不少锂离子电池企业虽然看上去似乎只关注汽车动力锂离子电池的发展,但其实他们一直都在积极探索达到车载使用寿命之后的电动汽车电池再次用于储能市场的可能性与可行性。
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需要提及的是,目前,美国政府正在积极培育新兴产业,大力支持智能电网开发,美国国际标准技术研究所正在努力把相关技术变成国际标准。日本想搭便车,把自己拿手的储能电池及其控制系统、送电和配电装置等技术变成国际标准,于是积极与美国合作进行智能电网试验。现阶段相关智能电网建设的日美合作主要有:①两国在冲绳县和美国夏威夷州合作试验智能电网;②日本NEDO和30家大型日企计划与美国墨西哥州合作,2011年秋天开始在美国尖端科技研究所集中的洛斯阿拉莫斯和该州最大城市阿尔巴卡奇,进行以面向家庭为主的智能电网实证试验。
(四)中国
2011年07月13日科技部正式出台了《国家“十二·五”科学和技术发展规划》(简称《规划》),《规划》提出要发展与电动汽车关系密切的智能电网,特别是大规模间歇式电源并网与储能、高密度多点分布式电流并网、电动汽车充电设施与电网互动协调运行技术、分布式供能、大电网智能分析与安全稳定控制系统、输变电设备智能化等核心技术。
科技部为此特别强调说,中国发展新能源汽车的目的是为了减少对石油燃料的依赖,但是不能因为电动汽车的增加而加大对煤炭发电的依赖,电动汽车最理想的模式是利用储存太阳能来保证充电,而太阳能利用适合于分散的方式,国内外对这一模式已经有了大量的实验探索,如果能与电动汽车发展结合起来,意义更大。为此,在《规划》具体部署的基础研究和前沿技术研究领域中,新能源和可再生能源规模化利用的基础研究、智能电网的基础研究等被列为重中之重。
要提中国的智能电网建设,就不得不提国家电网。2010年04月19日,国家电网对外发布《国家电网公司绿色发展白皮书》,里面的数据显示:国家电网要在2020年基本建成坚强智能电网,全力提升消纳清洁能源能力,助力电力系统提升能源利用效率,积极推动电力装备业和全社会节能,加快电动汽车发展,2020年将比2005年减排CO2 16.5亿吨,对实现我国2020年单位GDP碳排放强度下降40~45%目标的贡献度超过20%。
真锂研究认为,国家电网要实现这些目标,大规模的储能电池在坚强智能电网的应用是必不可少的。因此,将汽车用动力锂离子电池与智能电网结合起来,也就顺理成章。由此也就可以理解,为什么国家电网在不遗余力地推动电动汽车换电模式。
就目前的情况,国家电网心里当然清楚还没有哪家企业的动力锂离子电池产品能够满足其提出的15年使用寿命的要求,但是,要想在未来大规模应用,现在就必须开始试用,这是一种期望值和技术成熟度的妥协。从自身来讲,试用可以给国家电网提供非常宝贵的试运行数据,让国家电网的心里越来越有数。
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(五)韩国
韩国政府于2010年01月制定了《智能电网国家路线图》,根据该路线,到2030年,韩国在智能电网建设上的投资约为27.5万亿韩元(约合人民币1,656亿元),其中政府出资2.7万亿韩元,约占总投资的9.8%,其余的24.8万亿韩元由企业出资。企业以韩国国家电力公司(KEPCO)为主,该公司已对外宣布将在2030年之前共投资8万亿韩元(约合72亿美元)用于建设智能电网,在2011~2015年的5年时间里,公司每年的相关投资都将达到4,000亿韩元;在2016~2020年的5年时间里每年再投资2,300亿韩元;剩下的预算资金在2021~2030年全部投资完。
目前韩国政府正在济州岛开展智能电网实证试验。韩国智能电网协会为韩国的智能电网建设发布了阶段性目标:到2012年建造世界最高水平的智能电网示范城市;到2020年建造以消费者为主的广域单位智能电网,实现CO2减排25%;到2030年之前在全国构建智能电网,带动5万人就业并培育74万亿韩元(约合人民币6,000亿元)的内需。韩国智能电网建设的重点领域和路线图见表1。与此同时,韩国政府还不余遗力在全球进行宣传和推广,力争到2030年能使韩国企业在全球智能电网市场中占据30%的市场份额,创造又一个“汉江奇迹”。
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表1中的“微型电网”是指自给型小规模电力网络。其概念是:并非通过现有的大规模发电站,而是通过太阳能发电、风力发电、微型涡轮、蓄电装置等构成的分散型能源系统向社区供给电力。

    济州岛智能电网实证试验从2009年09月开始准备,2010年11月01日正式启动,2011年06月进入试验阶段,试验主要在商业设施、工厂、公寓楼进行,计划参与的普通家庭要达到6,000户,2013年完成试验。该试验由电力系统智能化、耗电量智能化、交通系统智能化、导入智能可再生能源及创建新服务5个领域构成。在韩国政府的推动下,共计有168家韩国企业参与到了这个项目中,驻扎在济州岛的实证园区中,项目总投资额达到2,395亿韩元(约合1.91亿美元),其中政府援助为685亿韩元。韩国企业最初投资金额为575亿韩元,但目前已增至原来的3倍以上,达到1,730亿韩元,由此可见韩国企业干劲十足。 

关键字:锂电池 电网

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