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杨裕生院士:发展化学储能有助于解决“弃风”“弃光”难题

作者:杨裕生 来源:中国能源报 发布时间:2020-10-02 浏览:
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化学储能不受地理、气候条件的限制,规模可大可小,特别是其能量转换效率高达80%甚至90%以上,且伴随技术进步,价格不断下降,是可再生能源高效利用的利器,可用以彻底解决“弃风”、“弃光”问题,在未来能源体系中占有十分重要的位置。

但是,由于认识上的不足、火电产能严重过剩、节能减排观念淡薄等因素,化学储能在我国并没有得到应有的重视和恰当的使用,这一问题日渐突出。

(文丨杨裕生)

亟待消除化学储能偏见

现在,仍有部分电力系统人士认为,“应用化学储能代价太大,一度电经过化学储能要加价4-6元”,这已是一种过时的观念。实际上,随着技术发展,化学储能的成本已大幅下降。

近五年来,铅炭电池寿命延长了好几倍,磷酸铁锂电池的寿命延长至万次,价格降到了几年前的1/5,两个因素叠加,电池的使用成本已大幅下降。

当前,无论是锂离子电池还是铅炭电池,储能一度电的加价约为0.3元左右。在峰谷电价有合理差别情况下,将谷电(包括“三北”风电)通过化学储能时移至用电高峰期,对发电、输电、用电各个环节都有好处。

回收是化学储能电池产业链的重要一环,只要精准施策,其回收处置完全可以做好,从而避免对环境的污染。

总之,不能因为个别历史遗留问题,影响对化学储能积极作用的评价。

不同化学储能技术各有优劣

目前技术上来看,应用较多的储能电池有铅炭电池、锂离子电池和液流电池。

铅炭电池安全性有保障。储能应把安全性放在第一位。以水溶液为电解液的铅炭电池不含可燃物,安全性有保障。

工信部将铅炭电池列入“强基工程”支持企业发展,形成了规模化产能。2016年-2017年,相关主管部门先后四次发文鼓励铅炭电池发展:国家发改委、国家能源局发布《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》;国家发改委、工信部、国家能源局发布《中国制造2025—能源装备实施方案》;工信部发布《轻工业发展规划(2016-2020年)》;国家发改委、财政部、科技部、工信部、国家能源局发布《关于促进储能技术与产业发展的指导意见》。

目前,我国有小至几十千瓦时、大至百兆瓦时的20多个铅炭电池储能电站,已安全运行多年。

我国铅炭电池不仅应用在国内的储能电池,也应用在德国等海外的调频电站中,运行良好。在国外,“古老”“落后”“污染”不是铅炭电池的标签。

锂离子电池储能有利也有弊。锂离子电池具有比能量高、循环寿命长等特点,近年来,受益于电动汽车的拉动,其价格迅速下降,并广泛应用于信息技术、航空航天及储能领域。引人注目的是,韩国建立了几百个以三元材料为正极的锂离子电池储能电站,单站规模达十兆瓦时级。因此,我国也有人士认同此技术路线,用三元锂离子电池建储能电站。

数据显示,从2017年8月到2019年5月,韩国共发生23起储能电站火灾,甚至还引发爆炸。尽管关于火灾的调查结果未指向任何一家涉事企业,甚至认为主要起因并非三元锂电池。但不可否认的是,大火燃烧的是电池中的有机电解液,蔓延的大火令电站损失严重。因此,锂离子电池用于大规模储能电站,应该慎重。

相比之下,铅炭电池更安全,其没有可燃的有机溶剂,即使电气系统出现了问题,也不会引发大火、遭受电站烧毁的重大损失。磷酸铁锂电池不易产生助燃的氧,安全性高;且磷酸铁锂电池寿命长,使用成本低,可在一定规模的储能电站中使用。

各种体系的液流电池竞相发展。液流电池安全性高,寿命很长;体系繁多,各有千秋。

我国全钒液流电池发展较快,技术最为成熟。但是,近几年钒价上涨太快,导致全钒液流电池竞争力急剧下降。锌镍单液流电池也因镍价高涨而遭遇同样命运。

铬铁液流电池以便宜的铁和铬做活性材料,且用廉价的阳离子作为交换膜,成本较低,现在,国家电投集团正在开展工程放大研究,用这一技术发展大规模储能前景可期。

需要注意的是,液流电池实际上是一个电化工厂,与通常生产化学产品的化工厂不同,其产品是直流电,运行要比固定电解液的储能电池复杂得多,运行成本相对较高。因此,需要通过缜密的经济可行性分析加以选择。

化学储能竞争力可期

目前,已建成的化学储能站规模达百兆瓦时,在此基础上再逐渐扩大规模至千兆瓦时(即百万千瓦时)应不存在技术难题。化学储能电站造价目前大致可控制在1200元人民币/千瓦时,与抽水蓄能电站造价(6800-7000元/千瓦,6小时发电)相当;但其选址的灵活性、快速响应性等优势,则是抽水蓄能电站所不及。因而,可在不同场合,实现两者的优势互补。

化学储能电站因能量转换效率高(以85%计),与抽水蓄能电站(能量转换效率以70%计)比,运行经济效益将高出约20%(进、出电价均分别按0.3元和1.0元计)。较短的投资回收期完全可以弥补其寿命稍短的不足。

我们专为大规模储能电站研制新型水系电池,其比能量接近锂离子电池,但安全性优势明显;价格接近铅炭电池,但环保性优势明显;寿命接近液流电池,但方便性优势明显。目前,工作已有显著进展,正择机融资扩大研制规模。

此外,我们已研制出一种塑铅复合板栅,其重量仅为相同尺寸铅板栅的47%。使用该板栅,铅酸电池生产流程不需变动,电池用铅量减少,比能量提高30%,成本显著下降,其储能竞争力将相应上升。

储能发展的几点建议

化学储能创新前景广阔,必将有力地推动可再生能源高效利用。为切实推动化学储能发展,建议:

1.各部委拿出切实执行所发文件的具体政策和办法,将清洁能源从字面落到实处。普遍实行峰谷电价,以合理拉大峰谷电价差的政策代替普遍降低工业用电电价的政策,这有利于充分发挥储能在整个电力系统中的作用,消化各种来源的谷电。同时,要用经济手段抑制煤电的生产扩张、克服地方保护主义和部门利益。

2.目前,我国可再生能源发电量占比仍不高,大力推动可再生能源发电,就必然需要储能来配合,以避免大量“弃风”、“弃光”的窘境。因此,政府要大力支持储能技术(包括储能的专用电池)创新,要鼓励建立储能电站,发放贴息(低息甚至无息)贷款或是一种行之有效的途径。

3.电力系统要突破部门利益束缚,从节能减排的高度重视化学储能的作用。

(作者系中国工程院院士)

关键字:电化学储能

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