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技術(shù) | 儲能電池技術(shù)解析及應用
來(lái)源: | 作者:pmo55805a | 發(fā)布時(shí)間: 2018-06-15 | 2553 次瀏覽 | 分享到:
儲能被達沃斯經(jīng)濟論壇評為未來(lái)可能改變世界的十大新技術(shù)之一,儲能電池是儲能技術(shù)研發(fā)和應用*活躍的領(lǐng)域。目前儲能電池技術(shù)發(fā)展很快,一旦取得突破,將對新能源發(fā)展、電網(wǎng)運行控制、終端用能方式等產(chǎn)生重大影響。
儲能被達沃斯經(jīng)濟論壇評為未來(lái)可能改變世界的十大新技術(shù)之一,儲能電池是儲能技術(shù)研發(fā)和應用*活躍的領(lǐng)域。目前儲能電池技術(shù)發(fā)展很快,一旦取得突破,將對新能源發(fā)展、電網(wǎng)運行控制、終端用能方式等產(chǎn)生重大影響。未來(lái)儲能電池技術(shù)將在新一代電力系統中實(shí)現廣泛應用。

▌新型儲能電池技術(shù)成為當前研發(fā)的熱點(diǎn)和技術(shù)前沿

現有商用電池技術(shù)包括鋰離子電池、鉛酸電池、鎳氫/鎘電池、鈉硫/鎳電池等,這些電池技術(shù)成熟,已廣泛應用在電動(dòng)汽車(chē)、手機、筆記本電腦、風(fēng)電場(chǎng)儲能系統、電網(wǎng)調頻、分布式電源和微網(wǎng)等領(lǐng)域。

目前,處于商用和示范應用、實(shí)驗室研發(fā)或概念設計階段的新型儲能電池超過(guò)30種。其中,已示范應用的電池技術(shù)包括三元材料鋰離子電池、全釩/鋅溴液流電池、鉛碳電池、超級電容電池等;處于實(shí)驗室研發(fā)階段的電池技術(shù)包括石墨烯/鋰硫/鋰空等新一代鋰離子電池、半固態(tài)/無(wú)薄膜等新一代液流電池、鋁/鋅等金屬空氣電池、鈉/鎂離子電池、液態(tài)金屬電池等;石墨烯超級電容電池、雙碳電池、納米微電池、有機電池等處于概念設計階段。這些新型儲能電池技術(shù)已經(jīng)成為當前研發(fā)的熱點(diǎn)和技術(shù)前沿,未來(lái)有望大幅提升儲能電池的性能,推動(dòng)儲能電池大規模應用。

半固態(tài)液流電池結合了鋰離子和液流電池的優(yōu)點(diǎn),將在提高電池能量和功率密度、縮小體積、降低成本方面實(shí)現質(zhì)的飛躍。目前美國麻省理工大學(xué)已研發(fā)出半固態(tài)液流電池,能量密度達到250瓦時(shí)/千克,比目前的液流電池提高10倍以上,成本僅100至250美元/千瓦時(shí),比目前降低70%以上。石墨烯鋰電池以高導電性、質(zhì)量超輕的石墨烯為材料,利用鋰離子可在石墨烯表面和電極之間快速穿梭運動(dòng)的特性,將充電時(shí)間縮短至分鐘級。西班牙Graphenano公司和科爾瓦多大學(xué)共同研發(fā)出全球首例電動(dòng)汽車(chē)石墨烯電池,充電時(shí)間只需8分鐘,續航里程達到1000公里。鋰硫電池理論能量密度可達2600瓦時(shí)/千克,是傳統鋰離子電池的8至10倍。美國Polyplus公司、德國弗朗霍夫材料與光束研究所研發(fā)的鋰硫電池能量密度已達到420瓦時(shí)/千克、600瓦時(shí)/千克。鋁空氣電池以空氣為正極、鋁為負極,通過(guò)鋁與氧氣發(fā)生化學(xué)反應釋放出能量,電池能量密度在理論上可達8100瓦時(shí)/千克,居各種電池能量密度之首。以色列Phinergy公司已研發(fā)出專(zhuān)供電動(dòng)汽車(chē)使用的鋁空氣試驗電池,能量密度超過(guò)800瓦時(shí)/千克,續航里程達到1600公里?!?br />
▌鋰離子和液流電池有望成為未來(lái)儲能電池的主流技術(shù)

鋰離子電池是當前*受關(guān)注的儲能技術(shù),據美國能源部統計,至2016年年底,美國、日本、歐盟和中國儲能裝機占全球總裝機的94%,其中電化儲能示范數量近百項,項目數占比為53%。在電化學(xué)儲能示范項目數中,鋰離子電池所占比重*高,達到48%,在電池儲能中位列*高。未來(lái),新一代鋰離子電池技術(shù)將對電池的安全性、能量密度、充電時(shí)間等指標帶來(lái)根本性的改變,在電網(wǎng)調峰調頻、電動(dòng)汽車(chē)、商用/家用儲能系統等領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。

液流電池具有容量大、成本低的優(yōu)勢,能夠建成10萬(wàn)千瓦級以上、經(jīng)濟可靠的儲能電站,為提高電網(wǎng)調度控制靈活性、大規模發(fā)展新能源提供重要支撐。在大型能源基地、中樞變電站、負荷中心、電網(wǎng)末端等地區建設投運儲能電站,能夠提供調峰、調頻、調壓等多種輔助服務(wù),在保持發(fā)用電平衡、緩解電網(wǎng)局部阻塞、應對電網(wǎng)緊急事故等方面發(fā)揮重要作用。在新能源發(fā)電基地配置大容量液流儲能系統,能夠有效平抑新能源發(fā)電出力波動(dòng),靈活跟蹤發(fā)電計劃曲線(xiàn),促進(jìn)新能源發(fā)電成為主力電源。

綜合國際可再生能源署、國際能源署等機構的判斷,2030年左右鋰離子和液流電池將突破技術(shù)瓶頸,電池整體性能得到全面提升,成為*具大規模商用前景的主流電池技術(shù),占全球儲能電池容量的比例將超過(guò)50%,極大推動(dòng)儲能電池技術(shù)的發(fā)展和應用?!?br />
▌多種儲能電池技術(shù)創(chuàng )新發(fā)展將在新一代電力系統中發(fā)揮重要作用

隨著(zhù)未來(lái)多種電池儲能技術(shù)發(fā)展和廣泛應用,儲能電池將應用到電力系統“發(fā)、輸、配、用、調”的各個(gè)環(huán)節,有可能改變現有電力系統生產(chǎn)、運輸和使用方式,助力傳統電力系統向“廣泛互聯(lián)、智能互動(dòng)、靈活柔性、安全可控”的新一代電力系統轉型。

在發(fā)電側,鋰離子電池、液流電池將成為支撐新能源大規模發(fā)展重要的儲能技術(shù),推動(dòng)新能源成為新一代電力系統的主力電源。截至2017年年底,我國風(fēng)電、光伏發(fā)電并網(wǎng)容量合計達到2.93億千瓦,占全部電源裝機的比重達到17%。未來(lái)我國新能源還將加快大規模發(fā)展。根據國家非化石能源發(fā)展目標、碳減排目標,考慮在水電和核電裝機放緩情景下,2030年年底全國風(fēng)電、光伏發(fā)電等新能源發(fā)電總裝機容量至少要達到8.8億千瓦,是2016年年底新能源發(fā)電裝機容量的3.5倍左右,占全部電源裝機容量的比重達到30%左右。未來(lái),高比例新能源接入將成為我國新一代電力系統的主要特征,如何駕馭大規模新能源并網(wǎng)運行需要大幅提升電力系統靈活性。鋰離子電池、液流電池將在短時(shí)大功率輸出、響應速度快等性能方面實(shí)現進(jìn)一步突破,有效平抑大規模新能源發(fā)電出力波動(dòng),靈活跟蹤發(fā)電計劃出力曲線(xiàn),實(shí)現新能源電廠(chǎng)可觀(guān)、可測、可控。

在電網(wǎng)側,液流電池作為大容量電網(wǎng)級儲能電站備受青睞,可為電網(wǎng)提供多種輔助服務(wù),增強電網(wǎng)調度控制的靈活性和安全性。液流電池具有循環(huán)壽命長(cháng)、容量大、響應速度快、安全性高的技術(shù)優(yōu)勢,未來(lái)有望代替目前已投運的鋰離子儲能電站,發(fā)展成為10萬(wàn)千瓦及以上的電網(wǎng)級儲能電站,提供調峰、調頻、調壓等多種輔助服務(wù),在發(fā)用電不平衡調劑、應對電網(wǎng)緊急事故中發(fā)揮作用。同時(shí),在大型能源基地周邊、中樞變電站、負荷中心、電網(wǎng)末端等地區建設大容量液流儲能電站,能夠充分發(fā)揮不同地域儲能電站在緩解局部電網(wǎng)阻塞、促進(jìn)電力平衡中的重要作用。

在用戶(hù)側,鋰離子電池將成為推動(dòng)分布式小型電池儲能系統發(fā)展的主流技術(shù),新型電池可作為鋰離子電池的補充配合應用。未來(lái)鋰離子電池技術(shù)進(jìn)一步突破,能量密度將接近600瓦時(shí)/千克,續航能力超過(guò)500公里,比目前提高一倍左右;充電時(shí)間將縮短至30分鐘以?xún)?,使用壽命達到15年,滿(mǎn)足小型分布式儲能、移動(dòng)式電源的性能要求。新型電池可配合鋰離子電池共同在電動(dòng)汽車(chē)、家用分布式儲能等領(lǐng)域實(shí)現融合應用。未來(lái),分布式光儲應用潛力較大,部分用電需求小、對電網(wǎng)依賴(lài)性不強的用戶(hù),出于經(jīng)濟利益考慮,可能選擇分布式光儲系統獨立供電,美國夏威夷已經(jīng)出現了用戶(hù)選擇“分布式光儲+電網(wǎng)”供電模式。
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