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發(fā)展儲能支撐新型電力系統(tǒng)建設(shè)
日期:2021-08-19   [復(fù)制鏈接]
責(zé)任編輯:sy_youfutai 打印收藏評論(0)[訂閱到郵箱]
今年7月,國家發(fā)展改革委、國家能源局印發(fā)了《關(guān)于加快推動新型儲能發(fā)展的指導(dǎo)意見》,明確提出“將發(fā)展新型儲能作為提升能源電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力、綜合效率和安全保障能力,支撐新型電力系統(tǒng)建設(shè)的重要舉措,以政策環(huán)境為有力保障,以市場機制為根本依托,以技術(shù)革新為內(nèi)生動力,加快構(gòu)建多輪驅(qū)動良好局面,推動儲能高質(zhì)量發(fā)展。”還提出儲能發(fā)展目標(biāo):“到2025年,實現(xiàn)新型儲能從商業(yè)化初期向規(guī)?;l(fā)展轉(zhuǎn)變,裝機規(guī)模達3000萬千瓦以上;到2030年,實現(xiàn)新型儲能全面市場化發(fā)展。”

筆者針對目前電力系統(tǒng)中主要應(yīng)用的鋰離子電池、鉛碳電池、液流電池等新型電化學(xué)儲能技術(shù)應(yīng)用,尤其是儲能技術(shù)進步趨勢和市場需求預(yù)期,進行了技術(shù)經(jīng)濟分析,提出了未來電化學(xué)儲能的成本下降趨勢為“三個5”——“每5年,循環(huán)壽命將提升50%,成本將下降50%”。到2030年,電化學(xué)儲能循環(huán)壽命將超過當(dāng)前水平的2倍以上,功率成本和能量成本將下降到當(dāng)前水平的1/3以下,度電成本低于0.1元/千瓦時·次。

“常勝將軍”的鋰離子電池,當(dāng)前已具備規(guī)?;瘧?yīng)用能力,適用于電力系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻、新能源消納、緊急事故備用、黑啟動等大部分應(yīng)用場景,是電力系統(tǒng)優(yōu)質(zhì)的靈活調(diào)節(jié)資源。

鋰離子電池由正極、負(fù)極、隔膜和電解液組成,其材料體系豐富多樣,其中適合用于電力儲能的主要有磷酸鐵鋰、三元(鎳鈷錳酸鋰)、鈦酸鋰等,此外近年來還發(fā)展了一些高能量密度的新型鋰離子電池體系。鋰離子電池充電時鋰離子從正極脫出,通過電解質(zhì)和隔膜向負(fù)極遷移,并在負(fù)極嵌入負(fù)極材料;放電時整個過程逆轉(zhuǎn)。

“后起之秀”的鉛炭電池,當(dāng)前充放電深度較低,系統(tǒng)可靠性較差,出力特性難以掌握,僅在部分用戶側(cè)儲能項目中得到應(yīng)用,對于電力系統(tǒng)的適應(yīng)性還需加強。

鉛炭電池是在鉛酸電池的鉛負(fù)極中以“內(nèi)并”或“內(nèi)混”的形式引入具有電容特性的碳材料而形成的新型儲能裝置。鉛炭電池的正極是二氧化鉛,負(fù)極是鉛—炭復(fù)合電極。目前,鉛炭電池負(fù)極中加入的炭材料主要有石墨、炭黑、活性炭、碳納米管、石墨烯等。目前,鉛炭電池儲能系統(tǒng)的能量成本約為1300元~1800元/千瓦時,但由于充放電深度一般低于80%,因此實際成本略高。

“揚長避短”的液流電池,從技術(shù)原理上講,液流電池儲能系統(tǒng)在實際工程應(yīng)用時存在能量轉(zhuǎn)換效率低(約為60%~65%)、能量密度低的缺陷,但由于其循環(huán)壽命長的顯著優(yōu)勢,在特定場景中具備較好的應(yīng)用前景。

全釩液流電池,其包括正負(fù)兩極的電解液罐、水泵以及中間的電堆,電堆中包括端片(絕緣框架)、集流體(主要為銅)、石墨片、碳/石墨氈電極及離子交換膜。正負(fù)極電解液是分別含有V4+、V5+和V2+、V3+的水溶液,在充放電過程中電解液流過電極表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng),其內(nèi)部的電荷平衡是通過溶液中的H+在離子交換膜兩側(cè)遷移來完成。目前,全釩液流電池關(guān)鍵材料和部件還未實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化,生產(chǎn)成本較高。

電化學(xué)儲能技術(shù)未來前景可期。以鋰離子電池為代表的電化學(xué)儲能技術(shù)近年來在本體研發(fā)、系統(tǒng)集成、工程驗證等關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域持續(xù)提升,初步具備了規(guī)?;瘧?yīng)用的條件,將成為“雙碳”進程中發(fā)展速度最快,應(yīng)用前景最廣的儲能技術(shù)。

以磷酸鐵鋰電池為代表的電化學(xué)儲能技術(shù)擁有85%左右的高能量轉(zhuǎn)化效率、百毫秒級的四象限功率快速響應(yīng)能力以及建設(shè)靈活性等優(yōu)勢,是理想的儲能資源。得益于電動汽車動力電池的蓬勃發(fā)展,鋰離子電池在生產(chǎn)成本、能量密度、模塊化集成等方面取得了長足的進步,給電化學(xué)儲能應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。

而面向電力儲能應(yīng)用需求,電化學(xué)儲能技術(shù)近年來也在多個領(lǐng)域取得了關(guān)鍵性的突破,在規(guī)模化集成方面,實現(xiàn)了電化學(xué)儲能由兆瓦級向百兆瓦級集成規(guī)模的突破;而在功能實現(xiàn)與工程驗證方面,通過國家風(fēng)光儲輸、江蘇、河南、廣東等地電網(wǎng)側(cè)儲能等一系列電化學(xué)儲能示范工程,驗證了其在調(diào)峰、調(diào)頻、新能源消納、緊急功率支撐等多場景中的功能與應(yīng)用價值。

總之,電化學(xué)儲能技術(shù)已通過了規(guī)?;瘧?yīng)用功能驗證。面向未來,鋰電池循環(huán)次數(shù)仍有一定提升空間,且能量成本仍將進一步下降,到2030年其單位容量建設(shè)成本將低于抽水蓄能,且隨著固態(tài)電池、高安全集成等電池制備與系統(tǒng)集成技術(shù)的突破提升,其在應(yīng)用安全性與靈活性等方面的優(yōu)勢將進一步凸顯。 

原標(biāo)題:發(fā)展儲能支撐新型電力系統(tǒng)建設(shè)
 
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來源:中國電力新聞網(wǎng)
 
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