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规模储能的分类与特点挑战与对策

规模储能的分类与特点、挑战与对策

中国电工网讯:

在《第三次工业革命》一书中,杰里米˙里夫金(JeremyRifkin)把当前世界范围内以新能源和可再生能源取代传统化石能源的新型能源体系变革提升为“第三次工业革命”。以新能源技术和信息技术的深入结合为特征的“能源互联网”则是实现“第三次工业革命”的核心驱动力。发展规模储能是解决可再生能源大规模接入、提高常规电力系统和区域供能系统效率、安全性和经济性的迫切需要,是当前各国为即将到来的工业革命进行重点布局的“前沿阵地”。从国内外储能技术的发展现状来看,除抽水蓄能和铅酸电池外,其他电力储能技术都没有达到大规模推广应用的水平,都还需深入开展储能技术的研发、示范及工程化。换句话说,谁能在这个领域夺取制高点,势必在即将打响的“第三次工业革命”中赢得先机,创造出更多新的经济增长点。

规模储能的分类与特点

经过长期发展,目前已经实现商用或达到示范应用水平的储能技术包括:抽水蓄能、压缩空气储能、铅酸蓄电池、锂离子电池、镍镉电池、钠硫电池、锌溴电池、全钒液流电池、超级电容器、超导储能、飞轮储能等。其中,抽水蓄能是目前唯一实现大规模利用的储能技术,但抽水蓄能存在天然地理条件限制,特别是与我国风能、太阳能资源存在地域错位,且其容量和功能不能满足我国储能发展的全部需求。到2050年惠济军海医院的地址我国储能装机将达电力总装机的10%-15%,将超过抽水蓄能的可开发容量的两倍以上,因此发展抽水蓄能外的其它储能技术势在必行。

每种储能技术都有它的优势和不足,各种储能技术有其适用场合。当多种储能技术在电网中互补应用时,它们的潜力可以得到充分发挥,是更加理想的应用方式,也是应对电网规模不断扩大、可再生能源发电大量接入、电网安全稳定和电能质量问题日益突出等问题的研究探索方向。表1列出了部分规模储能技术的能量密度、效率和成熟度等指标,显示了不同技术的特点。

面临的挑战

当前,储能技术的发展呈现多元化格局,技术类别繁多,在全球有示范应用的主流技术就多达十几种。每种技术均有自身的优势和局限,其未来发展取决于是否能够找到适合该技术特点的应用领域,并以合理的价格交付。因此,多种技术并存、共同发展将成为未来的趋势。目前各种大规模储能技术在全球尚处于产业化初期阶段,表现为出现了一些在各自技术领域领先的公司,已经拥有成型产品并具有规模生产能力,但成本较高。这些公司主要致力于参与到更多的示范项目中并开始探索商业化运河南军海医院能信吗作之路。

在目前已经获得实际应用或者第三方测试验证的各种大规模储能技术中,抽水蓄能和压缩空气技术相对成熟,适合100MW以上级别储能系统;钠硫电池、全钒液流电池、锂锂离子电池、先进铅酸电池和飞轮储能已经开始运用于MW级别的应用中;而在百千瓦及以下级别的应用中,大多数储能技术都能够满足需求。在电动工具及电子产品中,锂离子电池、镍氢电池、超级电容器等均有广泛应用。

综合来看,作为能源互联网关键技术之一,规模储能系统发展存在着三方面的挑战:

经济性挑战:经济性将成为各种技术流派选择的关键问题,成本过高是限制目前各种储能技术推广应用的共同挑战。由于不同应用场合对产品的性能、寿命、可靠性要求不同,对关键材料的规格要求也不同,进而存在成本制约。制造工艺的复杂性将增加成本下降的难度。此外,较低的能量转换效率会提高用户的运营成本,降低客户使用价值。关键材料、制造根河癫痫病中医医院工艺和能量转化效率是各种技术面临的共同挑战,但针对具体的应用场景,各种技术面对的挑战不尽相同。

应用性挑战:规模储能系统在输配电系统中的应用包括储能电源的合理规划、储能系统与现有电网之间的柔性连接技术、先进的控制调节技术以及储能系统与可再生能源相结合等。电力行业对产品可靠性要求高,传统上至少需要5年以上的实地可靠性测试和试用才能通过电力用户的较低标准,而现有储能系统在电力系统的应用时间短,导致产品规模生产前定型周期长;而且储能产品的方案设计成熟度、可靠性与一定的规模化直接相关。电力行业的这种情况使得储能技术产业化道路漫长。

政策机制挑战:针对储能的政策出台有难度。由于发电、输电、配电和用电均能从储能的应用中受益,因此政策针对哪一方出台机制尚没有明确结论。另外应用场景的不同会对以上各方带来收益的较大差异,储能的经济价值难以计算。

对策与建议

从国内外储能技术的发展现状来看,除抽水蓄能和铅酸电池外,其他电力储能技术都没有达到大规模推广应用的水平,在研发和示范应用方面还需开展进一步的工作。较近几年为适应可再生能源大规模发展的战略需求,我国各种新型大规模储能技术的研发和示范工作比较活跃,但前期投入和技术积累比较薄弱,距离大规模推广应用还有较大差距。同时,国家应注重对具有自主知识产权的电力储能技术的支持,引导和支持各种新型储能技术与新能源、电网的同步发展,鼓励、引导和推动科研院所和企业合作开展新型储能技术研发及示范,加快实用化进程。具体建议如下:

全盘考虑储能与电力系统规划

将电网规划与电源发展对接,储能规划与电网、电源发展对接,按照实现整个电网系统安全运行和效率较优的原则,在规划新能源发电和电网输送线路的同时,应提出相应的储能解决方案,明确储能发展的规模和建设区域等。实现整个电力链条的发、输、储统一融合。

出台系列财政激励政策

储能作为新兴产业,在其起步阶段国家的资金支持和优惠政策激励无疑是至关重要的。目前,行业急需峰谷电价政策、合理补贴支持政策和研发激励政策,行业政策制定部门应调研制定并实施峰谷电价、储能电价,用以补偿储能所产生的巨大经济效益和社会效益;同时在税收方面对大规模储能技术的应用给予优惠。在满足储能建设和运行成本的基础上,进一步形成对储能行业的激励环境,促进储能产业的健康、蓬勃发展。

加大对大规模储能技术研发示范的支持

发展储能技术的研究应超前于需求发展,不能等到出现瓶颈的时候再考虑加大投入。由于目前还没有任何一项储能技术完全胜任各种应用领域的要求,因此应该开展技术经济性评估,加大对有竞争能力的经济性、安全性好的大规模储能技术的研发和应用示范的支持力度,鼓励原始创新,突破关键技术。在示范项目中,要结合考虑各类储能技术的性能,在全面评价基础上,根据具体用途选用合适的储能技术。将储能技术工程化以及应用示范列为“十三五”重大工程和技术创新引导专项规划。电网公司是示范项目的重要组织者和建设者,国家主管部门应要求并支持电网公司组织多个示范项目,技术来源应以国内企业为主,主要支持国内自主技术发展。

采取“政产学研用”五位一体研发模式

美国和日本作为规模储能产业的全球领跑者,政府(如日本NEDO和美国DOE)扮演了资助者和推动者角色,在一、二十年前就已出台一系列政策促进其储能产业的发展。主要手段包括持续投入多种储能技术的基础研发、通过直接资金支持重点储能企业的发展、通过示范项目论证储能系统在实际应用中的效果、通过财政补贴对使用储能技术的用户方进行鼓励等;电力企业与研究机构合作开展研发示范,起到创新链贯通和应用保障的双重作用。由于储能系统的应用与电力系统紧密相连,我国在电力储能系统的研究开发体制上需要采取政、产、学、研、用五位一体的模式,吸纳电力系统应用方的实际参与,开展化工材料与电力的跨领域研究,通过实施若干个储能示范项目为自主储能技术提供重要的工程实践机会,为未来北京癫痫医院大规模应用积累技术数据和运行经验。

加强对储能材料和设备制造的重视

先进材料研究是储能系统的基础,而性能优异的实验室产品在投入商业化扩大生产后的可靠性和稳定性难以保证。此外,随着储能技术的不断成熟和应用的逐步深入,将极大推动相关储能设备的发展。国内精密材料、高端前沿材料的加工工艺跟美国、日本差距很大。储能系统涉及众多非常规设备,例如压缩空气储能电站中高膨胀比的透平机械等,都是对我国现有机械设计制造产业的技术挑战。因此除了基础科学研究之外,新材料开发和设备制造等技术层面的问题需要引起重视。

高度关注核心技术知识产权保护与布局

在储能技术知识产权保护方面做得较好的国家是日本,不仅在国内加强保护,还注重在海外潜在应用市场进行专利提前布局,以做好抢占国际市场的准备。我国研发机构一方面需要清楚已存在的知识产权制约,另一方面对储能技术原理、材料、构造、工艺、制造装备等方面自主创新的成果除及时申请保护外,还应该拥有国际化视野,对在他国进行专利布局进行提前研判。

加快储能产业的技术标准制定

规模储能行业技术标准的制定是一个系统而复杂的过程,需要大量的人力和物力投入,单靠一家企业或者行业组织难以完成,需要多方配合和努力。为加快行业技术标准制定的速度,国家应给予相关技术标准制定部门更多的支持。同时,政府应强调、规范可再生能源发电并网的技术标准与管理要求,逐步建立并网认证和检测制度。


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