鉅大LARGE | 點擊量：1497次 | 2018年07月01日
先進儲能電池技術的解析
儲能被達沃斯經(jīng)濟論壇評為未來可能改變世界的十大新技術之一，儲能電池是儲能技術研發(fā)和應用最活躍的領域。目前儲能電池技術發(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。未來儲能電池技術將在新一代電力系統(tǒng)中實現(xiàn)廣泛應用。
新型儲能電池技術成為當前研發(fā)的熱點和技術前沿
現(xiàn)有商用電池技術包括鋰離子電池、鉛酸電池、鎳氫/鎘電池、鈉硫/鎳電池等，這些電池技術成熟，已廣泛應用在電動汽車、手機、筆記本電腦、風電場儲能系統(tǒng)、電網(wǎng)調(diào)頻、分布式電源和微網(wǎng)等領域。
目前，處于商用和示范應用、實驗室研發(fā)或概念設計階段的新型儲能電池超過30種。其中，已示范應用的電池技術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;處于實驗室研發(fā)階段的電池技術包括石墨烯/鋰硫/鋰空等新一代鋰離子電池、半固態(tài)/無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已經(jīng)成為當前研發(fā)的熱點和技術前沿，未來有望大幅提升儲能電池的性能，推動儲能電池大規(guī)模應用。
半固態(tài)液流電池結(jié)合了鋰離子和液流電池的優(yōu)點，將在提高電池能量和功率密度、縮小體積、降低成本方面實現(xiàn)質(zhì)的飛躍。目前美國麻省理工大學已研發(fā)出半固態(tài)液流電池，能量密度達到250瓦時/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，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的特性，將充電時間縮短至分鐘級。西班牙Graphenano公司和科爾瓦多大學共同研發(fā)出全球首例電動汽車石墨烯電池，充電時間只需8分鐘，續(xù)航里程達到1000公里。鋰硫電池理論能量密度可達2600瓦時/千克，是傳統(tǒng)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/千克、600瓦時/千克。鋁空氣電池以空氣為正極、鋁為負極，通過鋁與氧氣發(fā)生化學反應釋放出能量，電池能量密度在理論上可達8100瓦時/千克，居各種電池能量密度之首。以色列Phinergy公司已研發(fā)出專供電動汽車使用的鋁空氣試驗電池，能量密度超過800瓦時/千克，續(xù)航里程達到1600公里。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
鋰離子和液流電池有望成為未來儲能電池的主流技術
鋰離子電池是當前最受關注的儲能技術，據(jù)美國能源部統(tǒng)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(shù)量近百項，項目數(shù)占比為53%。在電化學儲能示范項目數(shù)中，鋰離子電池所占比重最高，達到48%，在電池儲能中位列最高。未來，新一代鋰離子電池技術將對電池的安全性、能量密度、充電時間等指標帶來根本性的改變，在電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻、電動汽車、商用/家用儲能系統(tǒng)等領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10萬千瓦級以上、經(jīng)濟可靠的儲能電站，為提高電網(wǎng)調(diào)度控制靈活性、大規(guī)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(qū)建設投運儲能電站，能夠提供調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)壓等多種輔助服務，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(tǒng)，能夠有效平抑新能源發(fā)電出力波動，靈活跟蹤發(fā)電計劃曲線，促進新能源發(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(gòu)的判斷，2030年左右鋰離子和液流電池將突破技術瓶頸，電池整體性能得到全面提升，成為最具大規(guī)模商用前景的主流電池技術，占全球儲能電池容量的比例將超過50%，極大推動儲能電池技術的發(fā)展和應用。
多種儲能電池技術創(chuàng)新發(fā)展將在新一代電力系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用
隨著未來多種電池儲能技術發(fā)展和廣泛應用，儲能電池將應用到電力系統(tǒng)“發(fā)、輸、配、用、調(diào)”的各個環(huán)節(jié)，有可能改變現(xiàn)有電力系統(tǒng)生產(chǎn)、運輸和使用方式，助力傳統(tǒng)電力系統(tǒng)向“廣泛互聯(lián)、智能互動、靈活柔性、安全可控”的新一代電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型。
在發(fā)電側(cè)，鋰離子電池、液流電池將成為支撐新能源大規(guī)模發(fā)展重要的儲能技術，推動新能源成為新一代電力系統(tǒng)的主力電源。截至2017年年底，我國風電、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%。未來我國新能源還將加快大規(guī)模發(fā)展。根據(jù)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，高比例新能源接入將成為我國新一代電力系統(tǒng)的主要特征，如何駕馭大規(guī)模新能源并網(wǎng)運行需要大幅提升電力系統(tǒng)靈活性。鋰離子電池、液流電池將在短時大功率輸出、響應速度快等性能方面實現(xiàn)進一步突破，有效平抑大規(guī)模新能源發(fā)電出力波動，靈活跟蹤發(fā)電計劃出力曲線，實現(xiàn)新能源電廠可觀、可測、可控。
在電網(wǎng)側(cè)，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，增強電網(wǎng)調(diào)度控制的靈活性和安全性。液流電池具有循環(huán)壽命長、容量大、響應速度快、安全性高的技術優(yōu)勢，未來有望代替目前已投運的鋰離子儲能電站，發(fā)展成為10萬千瓦及以上的電網(wǎng)級儲能電站，提供調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)壓等多種輔助服務，在發(fā)用電不平衡調(diào)劑、應對電網(wǎng)緊急事故中發(fā)揮作用。同時，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(qū)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、促進電力平衡中的重要作用。
在用戶側(cè)，鋰離子電池將成為推動分布式小型電池儲能系統(tǒng)發(fā)展的主流技術，新型電池可作為鋰離子電池的補充配合應用。未來鋰離子電池技術進一步突破，能量密度將接近600瓦時/千克，續(xù)航能力超過500公里，比目前提高一倍左右;充電時間將縮短至30分鐘以內(nèi)，使用壽命達到15年，滿足小型分布式儲能、移動式電源的性能要求。新型電池可配合鋰離子電池共同在電動汽車、家用分布式儲能等領域?qū)崿F(xiàn)融合應用。未來，分布式光儲應用潛力較大，部分用電需求小、對電網(wǎng)依賴性不強的用戶，出于經(jīng)濟利益考慮，可能選擇分布式光儲系統(tǒng)獨立供電，美國夏威夷已經(jīng)出現(xiàn)了用戶選擇“分布式光儲+電網(wǎng)”供電模式。
