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钠硫电池的重大能源意义

作者:中国储能网新闻中心 来源:本站 发布时间:2013-11-05 浏览:
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  中国储能网讯:钠硫电池作为电化学能源家族中的新成员,它的产生一方面弥补了因能源不足而引发的危机,另一方面,由于它不排放任何有害物质,使用或报废后也不会对环境造成二次污染,是一种真正意义上的环保型新能源。

  钠硫电池用于储能具有独到的优势,主要体现在原材料储量大、能量和功率密度大、充放电效率高、不受场地限制、维护方便等特点。钠硫电池在国外已经成功的用于削峰填谷、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。涉及工业、商业、交通、电力等多个行业,是各种先进二次电池中最具有潜力的一种储能电池。而在我国,钠硫电池的开发和应用则基本上处于空白状态。主要优点钠硫电池可以通过削峰填谷的方式解决日益突出的供电紧张现象;可以节省现有发电能源近乎50%。

  在未来的15年中,我国电力需求的年增长率预计达到每年5.8~7.2%,2005年电力消耗为2469TWh,到2010年预计达到3000TWh,2020年则将达到5000TWh。与此同时,电力消耗的昼夜峰谷差也在日益扩大,以上海市为例,2006年的最高用电负荷近2000万千瓦,峰谷差高达40%。在低谷电力平衡时,上海电网内的大型火电机组低谷出力大多要减至最低,小型机组更是需要视情况而日开夜停,为此需要付出巨大的代价。要解决这种电力使用严重不对称而造成的电力紧张现象,利用钠硫电池储能是最有效的途径,它在用电需求小于发电量时将多余的电能储存起来,在需要大于供给时补充电能。而且利用分布式的储能系统可以在关键时刻辅助供电或者传输电能,将对供电负荷需求从峰值时刻转移到负荷低谷时刻或者在强制停电、供电中断的情况下提供电能。根据美国相关机构统计,如果通过储能手段进行削峰填谷,那么每年可以节省全球用于发电的能源近50%;也就是说钠硫储能电站相当于一个巨大的节能器,能够使得现有发电站的资源消耗量减少一半,相应地这些有限的不可再生资源的使用年限可以增加一倍。这无论对于会还是府而言,都是一项具有重要意义的能源工程。

  钠硫电池作为一种先进的储能电池,可以从根本上解决风能太阳能输出电力不稳定的问题;是风能产业推广的重要配套产品。 大力发展可再生能源是全球未来电力生产的大方向。目前,我国的可再生能源仅占电力生产总量的0.25%,但到2010年预计将达到8.63%,2020年则将增长到15%~20%。风力发电和太阳能发电是近几年发展和增长最快的两种可再生能源,全球风电装机容量已达25000MW以上;太阳能发电总量已达9100MW。我国近几年风力发电和太阳能发电都增长很快,且发展潜力巨大。由于可再生能源的电力输出随着风、光照等资源的强度同步变化和波动,因此无法直接向电网输出或向用户出售,需要经过稳定后方可和电网安全对接输出。而且,随着会的发展,对于用电质量的要求日益提高,这也使得储能电池质量的高低直接决定了风能太阳能等可再生能源的应用前景。钠硫电池的长寿命和快速充电等特性使得它成为与风能太阳能等发电方式配套的一种最理想的储能电池。

  因此,随着风能太阳能产业的不断发展,钠硫电池产业必将迎来一个崭新的发展机遇。钠硫电池的诸多远胜于传统电池的优点使其完全可以取代传统电池而成为潜艇、军用武器等的储能电源,对于国防有着重要的意义。 钠硫电池具有能量密度大、充电速度快、使用寿命长等特点,因此它便可以在潜艇、军舰等领域取代现有的锂离子电池和铅酸电池,大大提高续航里程、降低维护成本。以U32潜艇为例:该舰现行配置动力电池为2000千瓦时铅酸电池,重量约为160吨,由5万小块电池组成,且潜行时间短。惊人的电池重量占据着艇内的有限空间,潜艇自身负荷增大,不但影响速度、下潜时间,也局限了战备、供给物质的容量。高性能的钠硫动力电池在同等电容量的情况下,重量最多只有25吨,体积也只有它的1/5~1/6。Na/S电池的使用将大大减轻艇的自身载重量,提高体速度和机动性,同时节省出大量的空间,保证艇员的生活供给物品、武器、弹药的储存,大大提高潜艇的作战能力。而其特有的瞬间大电流特点更可以应用到导弹、火箭、大炮等的发射装置上,它能使弹头出膛速度达到每秒3—50公里超高速运行,且性能稳定,可控性好。

  这样的发射装置不但后坐力小,发射时无烟雾、不喷火及光,也无冲击波和辐射,稳定性好,隐蔽性好,对大气空间也无污染,其成本只是化学燃料的1%—10%。同样该项技术,也可用于航天领域,比如地对空的定向发射等。钠硫电池项目在未来的储能调峰、稳定风能输出、特种领域应用等方面有着极其重要的作用;以上海电网为例作简单估算:截止2005年底,上海电网(含崇明岛、长兴岛)总调装机容量为13368.4MW,其中火力发电机组13344MW,风力发电机组24.4MW。上海年最高负荷19543MW,最低负荷~7799MW(2006年9月11日),但上海6,7,8三个月的月平均负荷为~85%。那么剩余的功率为,13368.4MW×15%=2005.26MW=2005260KW,每月剩余的电能为:2005260KW×24h×30day=1443787200KWh=14.44亿度。如果将这些电能用钠/硫电池储能系统储存起来,考虑到AC-to-DC及DC-to-AC的转化效率为0.8,上海居民峰谷电价0.3元/KWh,峰时电价1.7元/KWh,则差价为1.4元/KWh。故每月可利用的电能为14.44亿度×0.8=11.552,节约的电费为11.552×1.4=16.17亿元。如果考虑全年仅上海就可以节约40~50亿度电。

  可想而知,如果将该储能系统应用到北京、应用到全国各主要电网,则每年节约的能源是个庞大的数字。建立节约型会是我国的一项基本国策,节约能源是我国走持续发展道路的必然选择,而能量储存是实施节约能源战略的重要技术措施。大功率钠硫动力电池具有高功率密度、长循环寿命、无自放电现象、100%的库仑效率以及维护简单等突出优点,使得它在大规模能量储存方面有难以匹敌的优势和广阔的应用前景。此外,中小型的钠/硫电池储能系统可以与太阳能电池发电站、风能发电站匹配,解决我国老、少、边、穷的不发达地区居民及边防哨所供电质量和供电安全性。

  同时,中小型的钠/硫电池储能系统还可以用于城市居民小区的应急电源。国外大力(尤其是日本)发展钠硫电池储能除钠硫电池本身的高性能特点外,一个主要的原因是从资源和环境考虑,铅酸电池不仅比能量低,其制造过程和废旧电池对环境都会造成严重污染,锂离子电池中的Li和Co(目前其正极材料LiCoO2)的地球储量都不丰富(尤其是Co),此外Co有毒性,其制造过程和废旧电池对环境和人体都有伤害。与此相反,Na和S几乎用之不竭。单质Na和S元素本身对人体是没有毒性,而且废旧电池中的Na和S几乎可以100%的回收。因此,无论是从发展新型能源、节约能源、环境保护的角度看,还是从可持续发展的战略高度去衡量和思考,我国发展钠硫电池储能系统是完全有必要的,使该项技术转化为生产力已刻不容缓。

  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。钠硫电池已经成功的用于削峰填谷、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。目前在国外已有100余座钠硫电池储能电站在运行中,涉及工业、商业、交通、电力等多个行业,是各种先进二次电池中最为成熟的一种,也是最具有潜力的一种先进储能电池。

关键字:钠硫电池

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