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储能技术应用广泛,市场需求潜力巨大,是能源互联网中的关键环节:储能技术的潜在需求很大,第一、光伏与风电等间歇性电源出力不稳定,当其发电占比达到较高比例时,会对电网造成一定的冲击,从而需要配套一定比例的储能来稳定风光电站的出力。第二、用电价格相对上网电价较高的地区,波峰波谷电价差异很大的地区,分布式配套储能往往很容易具经济性;微网、离网对于储能的需求也很直接。第三、储能应用于电力系统中将改变电能生产、输送和使用同步完成的模式,弥补电力系统中缺失的“储放”功能,以达到优化电力资源配置、提高能源利用效率之目的。第四、储能技术进步还带动了电动汽车的迅速发展。第五、在日渐兴起的能源互联网中,由于可再生能源与分布式能源在大电网中的大量接入,结合微网与电动车的普及应用,储能技术将是协调这些应用的至关重要的一环,储能环节将成为整个能源互联网的关键节点;能源互联网的兴起将显著拉动储能的需求,助推储能产业实现跨越式发展。
在能源互联网背景下,电化学储能、储热、氢储能、电动汽车等储能技术或设备围绕电力供应,实现了电网、交通网、天然气管网、供热供冷网的“互联”,储能和能源转换设备共同建立了多能源网络的耦合关系。在未来的能源互联网中,部分新能源发电将通过制氢、制热等方式进行转换,或以电化学储能等双向电力储能设备存储并适时返回电网。在各电力储能技术的支撑下,新能源发电与热电联供机组、燃料电池、热泵等转换设备协调运行,实现了在新能源高效利用目标下,以电能为核心的多能源生产和消费的匹配。
各种储能技术及产业发展现状和趋势
储能从技术原理上主要可分为适合能量型应用的电化学储能、压缩空气储能、熔融盐蓄热、氢储能以及适合功率型短时应用的飞轮、超导和超级电容器储能等。
抽水蓄能是目前技术最成熟、应用最广泛的大规模储能技术,具有规模大、寿命长、运行费用低等优点,目前效率可达70%左右,建设成本大致为3500元/kW~4000元/kW。缺点主要是电站建设受地理资源条件的限制,并涉及上、下水库的库区淹没、水质的变化以及库区土壤盐碱化等一系列环保问题。
钠硫电池具有能量密度大,无自放电,原材料钠、硫易得等优点,缺点主要是倍率性能差、成本高,以及高温运行存在安全隐患等。未来发展趋势主要是提高倍率性能、进一步降低制造成本、提高长期运行的可靠性和系统安全性。
目前主要的液流电池体系有:多硫化钠/溴、全钒、锌/溴、铁/铬等体系,其中全钒体系发展比较成熟,已建成多个MW级工程示范项目,具有寿命长、功率和容量可独立设计、安全性好等优点。缺点主要是效率和能量密度低、运行环境温度窗口窄。发展趋势主要是选用高选择性、低渗透性的离子膜和高导电率的电极提升效率,提高工作电流密度和电解质的利用率以解决高成本问题等。
铅碳电池是在传统铅酸电池的铅负极中以“内并”或“内混”的形式引入,具有电容特性的碳材料而形成的新型储能装置。相比传统铅酸电池具有倍率高、循环寿命长等优点。但是碳材料的加入易产生负极易析氢、电池易失水等问题,发展趋势主要是进一步提高电池比能量密度和循环寿命,同时开发廉价、高性能的碳材料。
锂离子电池的材料种类丰富多样,其中适合作正极的材料有锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰酸锂;适合作负极的材料有石墨、硬(软)碳和钛酸锂等。锂离子电池的主要优点是:储能密度和功率密度高,效率高,应用范围广;关注度高,技术进步快,发展潜力大。主要缺点是:采用有机电解液,存在安全隐患;寿命和成本等技术经济指标仍待提升。
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