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电池储能技术与产业的发展现状分析



  为降低对化石能源依赖和促进全球能源安全,2015年9月26日国家主席习在联合国发展峰会上提出倡议:构建全球能源互联网,推动以清洁和绿色方式满足全球能源需求。能源互联网主要是通过大范围的电网互联,使能源发展摆脱资源、时空和环境约束,并推动太阳能、风能、水电等可再生能源逐渐成为主导能源。能源互联网已获得越来越多的国家认同和积极响应。能源转型和全球能源互联网的关键在于规模开发可再生能源,且全球可再生能源资源十分丰富,特别是太阳能、风能。权威资料显示,如能获得太阳辐射到地球能量的六千分之一或风能能量的五百分之一,就可满足目前全球经济所需的能量。尽管可再生能源发展潜力巨大,但其不稳定性制约了大规模发展,并由此导致了弃风、弃光风潮。储能是有效调节可再生能源发电引起的电网电压、频率及相位变化,促可再生能源大规模发电、并入常规电网的必要条件。全球能源互联网实质是“智能电网+特高压电网+清洁能源”。智能电网是基础,特高压电网是关键,清洁能源是根本,而大规模储能系统是智能电网建设的关键一环。从某种程度上说,储能技术应用程度既决定了可再生能源发展水平,也决定了能源互联网的成败。西方国家在10年前就已经开始重视储能技术研发和产业化。美国政府以其国防部先进研究计划署(DARPA)为范本,成立先进能源研究计划署(AdvancedResearchProjectsAgency-Energy,简称ARPA-E),集结全美最好的科学家、工程师和企业家对可再生能源技术进行研究,而储能技术是其重中之重。德国能源转型令世界瞩目,德国可再生能源占电力来源的比例从2000年的6%增长到2015年的30%,这一比例在部分时段甚至会达到70%~90%。该国能源转型颇为重视储能技术,政府除了资助相关技术研发外,每年设立5000万欧元补助金,专门帮助居民购买储能系统,德国光伏发电量有1/3来自居民。我国储能产业刚刚起步,国家相关部门近期公布了一系列支持储能产业的文件。国家发改委和能源局2016年3月下发《能源技术革命创新行动计划(2016—2030年)》,在该文件15项重点任务之一的“先进储能技术创新”中明确指出:研究面向可再生能源并网、分布式及微电网、电动汽车应用的储能技术,掌握储能技术各环节的关键核心技术,完成示范验证,整体技术达到国际领先水平,引领储能技术与产业发展。国际石油公司已经开始布局储能领域,比如,道达尔公司高价收购电池制造商SAFT,埃克森美孚与FuelCellEnergy公司合作研发燃料电池技术,挪威国家石油公司将投资海上风电场及相关的储能技术。储能技术包括物理储能、电化学储能、电池储能三大类,以及发电及辅助服务、可再生能源并网、用户侧、电力输配、电动汽车五大类应用领域(图1)。

  截至2015年底,全球累计运行储能项目(不含抽水蓄能、压缩空气和储热)327个,装机规模从2005年50MW增长到2015年950MW,规划和在建项目180个(图2)。

  从各项技术应用分布情况来看,锂离子电池在各个领域都获得了应用,钠硫电池在电力输配、可再生能源并网中应用比例最大,飞轮储能在辅助服务(调频)中具有一定应用优势,液流电池主要应用于可再生能源领域(可再生能源并网、分布式微网),铅蓄电池在分布式微网中应用占比较大。储能技术目前应用情况如下。2.1压缩空气储能技术向产业化迈进压缩空气储能技术作为目前除抽水蓄能外,容量最大、技术最成熟的储能技术备受业界关注,国际上接近等温压缩空气储能技术已取得突破,小型空气压缩车处于小规模试用阶段。中科院工程热物理研究所已成功研制出国内首台具有自主知识产权的1.5MW级超临界压缩空气储能系统,比传统压缩空气储能系统效率高10%以上,为我国电网级的储能应用开辟了发展空间。2.2液流电池技术取得重大进展全钒液流电池在关键材料、电堆、电池系统设计与集成上都取得了重大进展,产业链逐步完善,整体产业已经进入市场化初期阶段,在日本、加拿大、美国、澳大利亚等国家已逐步开始取代铅酸电池。且液流电池技术已经从全钒、锌溴体系扩展到成本更低、能量密度更高的有机体系和水溶性体系,研究首次证明了碘化锂—硫(碳)半固液两相复合新型液流电池的可行性,可大大提高电池容量、安全性和使用寿命。哈佛大学BrianHuskinson研发出一种基于有机分子——苯醌的无金属液流电池,且已经完成了对醌基电池100次的充放电循环,成本可下降到27美元/(kW·h),几乎是钒电池的1/3,显示出良好的经济与商业前景。液流电池概念车已问世,时速最高可达300km/h以上,续航里程超过800km。

  锂离子电池储能技术的应用现状目前,世界各国都投入了大量的人力、物力进行大规模电池储能技术的研究。近年来,国内外连续建成大量规模化的电池储能电站。以美国为代表的西方国家近年来对于大规模电池储能电站建

  锂电池的应用广泛,从民用的数码、通信产品到工业设备到特种设备等都在批量使用,不同产品需要不同的电压和容量,因此锂离子电池串联和并联使用情况很多,锂电池通过加装保护电路、外壳、输出而形成的应用电池称为P