楊裕生:發展化學儲能有助于解決“棄風”“棄光”難題

發布時間: 2020-02-26 14:28:08   來源:中國能源報  作者:楊裕生

  化學儲能不受地理、氣候條件的限制,規??纱罂尚?,特別是其能量轉換效率高達80%甚至90%以上,且伴隨技術進步,價格不斷下降,是可再生能源高效利用的利器,可用以徹底解決“棄風”、“棄光”問題,在未來能源體系中占有十分重要的位置。

  但是,由于認識上的不足、火電產能嚴重過剩、節能減排觀念淡薄等因素,化學儲能在我國并沒有得到應有的重視和恰當的使用,這一問題日漸突出。

  亟待消除化學儲能偏見

  現在,仍有部分電力系統人士認為,“應用化學儲能代價太大,一度電經過化學儲能要加價4-6元”,這已是一種過時的觀念。實際上,隨著技術發展,化學儲能的成本已大幅下降。

  近五年來,鉛炭電池壽命延長了好幾倍,磷酸鐵鋰電池的壽命延長至萬次,價格降到了幾年前的1/5,兩個因素疊加,電池的使用成本已大幅下降。

  當前,無論是鋰離子電池還是鉛炭電池,儲能一度電的加價約為0.3元左右。在峰谷電價有合理差別情況下,將谷電(包括“三北”風電)通過化學儲能時移至用電高峰期,對發電、輸電、用電各個環節都有好處。

  回收是化學儲能電池產業鏈的重要一環,只要精準施策,其回收處置完全可以做好,從而避免對環境的污染。

  總之,不能因為個別歷史遺留問題,影響對化學儲能積極作用的評價。

  不同化學儲能技術各有優劣

  目前技術上來看,應用較多的儲能電池有鉛炭電池、鋰離子電池和液流電池。

  鉛炭電池安全性有保障。儲能應把安全性放在第一位。以水溶液為電解液的鉛炭電池不含可燃物,安全性有保障。

  工信部將鉛炭電池列入“強基工程”支持企業發展,形成了規?;a能。2016年-2017年,相關主管部門先后四次發文鼓勵鉛炭電池發展:國家發改委、國家能源局發布《能源技術革命創新行動計劃(2016-2030年)》;國家發改委、工信部、國家能源局發布《中國制造2025—能源裝備實施方案》;工信部發布《輕工業發展規劃(2016-2020年)》;國家發改委、財政部、科技部、工信部、國家能源局發布《關于促進儲能技術與產業發展的指導意見》。

  目前,我國有小至幾十千瓦時、大至百兆瓦時的20多個鉛炭電池儲能電站,已安全運行多年。

  我國鉛炭電池不僅應用在國內的儲能電池,也應用在德國等海外的調頻電站中,運行良好。在國外,“古老”“落后”“污染”不是鉛炭電池的標簽。

  鋰離子電池儲能有利也有弊。鋰離子電池具有比能量高、循環壽命長等特點,近年來,受益于電動汽車的拉動,其價格迅速下降,并廣泛應用于信息技術、航空航天及儲能領域。引人注目的是,韓國建立了幾百個以三元材料為正極的鋰離子電池儲能電站,單站規模達十兆瓦時級。因此,我國也有人士認同此技術路線,用三元鋰離子電池建儲能電站。

  數據顯示,從2017年8月到2019年5月,韓國共發生23起儲能電站火災,甚至還引發爆炸。盡管關于火災的調查結果未指向任何一家涉事企業,甚至認為主要起因并非三元鋰電池。但不可否認的是,大火燃燒的是電池中的有機電解液,蔓延的大火令電站損失嚴重。因此,鋰離子電池用于大規模儲能電站,應該慎重。

  相比之下,鉛炭電池更安全,其沒有可燃的有機溶劑,即使電氣系統出現了問題,也不會引發大火、遭受電站燒毀的重大損失。磷酸鐵鋰電池不易產生助燃的氧,安全性高;且磷酸鐵鋰電池壽命長,使用成本低,可在一定規模的儲能電站中使用。

  各種體系的液流電池競相發展。液流電池安全性高,壽命很長;體系繁多,各有千秋。

  我國全釩液流電池發展較快,技術最為成熟。但是,近幾年釩價上漲太快,導致全釩液流電池競爭力急劇下降。鋅鎳單液流電池也因鎳價高漲而遭遇同樣命運。

  鉻鐵液流電池以便宜的鐵和鉻做活性材料,且用廉價的陽離子作為交換膜,成本較低,現在,國家電投集團正在開展工程放大研究,用這一技術發展大規模儲能前景可期。

  需要注意的是,液流電池實際上是一個電化工廠,與通常生產化學產品的化工廠不同,其產品是直流電,運行要比固定電解液的儲能電池復雜得多,運行成本相對較高。因此,需要通過縝密的經濟可行性分析加以選擇。

  化學儲能競爭力可期

  目前,已建成的化學儲能站規模達百兆瓦時,在此基礎上再逐漸擴大規模至千兆瓦時(即百萬千瓦時)應不存在技術難題?;瘜W儲能電站造價目前大致可控制在1200元人民幣/千瓦時,與抽水蓄能電站造價(6800-7000元/千瓦,6小時發電)相當;但其選址的靈活性、快速響應性等優勢,則是抽水蓄能電站所不及。因而,可在不同場合,實現兩者的優勢互補。

  化學儲能電站因能量轉換效率高(以85%計),與抽水蓄能電站(能量轉換效率以70%計)比,運行經濟效益將高出約20%(進、出電價均分別按0.3元和1.0元計)。較短的投資回收期完全可以彌補其壽命稍短的不足。

  我們專為大規模儲能電站研制新型水系電池,其比能量接近鋰離子電池,但安全性優勢明顯;價格接近鉛炭電池,但環保性優勢明顯;壽命接近液流電池,但方便性優勢明顯。目前,工作已有顯著進展,正擇機融資擴大研制規模。

  此外,我們已研制出一種塑鉛復合板柵,其重量僅為相同尺寸鉛板柵的47%。使用該板柵,鉛酸電池生產流程不需變動,電池用鉛量減少,比能量提高30%,成本顯著下降,其儲能競爭力將相應上升。

  儲能發展的幾點建議

  化學儲能創新前景廣闊,必將有力地推動可再生能源高效利用。為切實推動化學儲能發展,建議:

  一、各部委拿出切實執行所發文件的具體政策和辦法,將清潔能源從字面落到實處。普遍實行峰谷電價,以合理拉大峰谷電價差的政策代替普遍降低工業用電電價的政策,這有利于充分發揮儲能在整個電力系統中的作用,消化各種來源的谷電。同時,要用經濟手段抑制煤電的生產擴張、克服地方保護主義和部門利益。

  二、目前,我國可再生能源發電量占比仍不高,大力推動可再生能源發電,就必然需要儲能來配合,以避免大量“棄風”、“棄光”的窘境。因此,政府要大力支持儲能技術(包括儲能的專用電池)創新,要鼓勵建立儲能電站,發放貼息(低息甚至無息)貸款或是一種行之有效的途徑。

  三、電力系統要突破部門利益束縛,從節能減排的高度重視化學儲能的作用。(作者系中國工程院院士)

      關鍵詞: 儲能,棄風棄光

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