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摘要:为使规模储能装置的选择和规模储能技术的发展朝着更加实用化、更加有序而可持续地发展,从规模储能装置的性能指标和运行经济指标出发,推导出了“规模储能装置的经济效益指数”(YCC)关系式,由此可得出储能装置运行的利润率(Pm)。指出对于化学储能装置,循环寿命和成本是其能否在规模储能中获得经济利益的关键因素。
杨裕生,程杰,曹高萍
(防化研究院,北京100191)
电能是国民经济发展和人民生活的重要保障,已成为人类生产、生活中不可替代的组成部分。电能不能简单地直接储存,电能的生产与耗费必须时刻保持严格的同步,这给电能的供需平衡造成了很大的困难。电力系统内的发电和输配电设备均需按照用电峰值配备,导致资源利用率低,系统内存在大量可平移的负荷。电能以规模储存,则可降低电力系统内发电和输配电设备的规模、提高能效和利用率。现代用户对电网提出了越来越高的可靠性要求,这不仅需要电网的智能化,也需要规模储能。我国核能发电迅速增长,核电装置要求恒功率运行,拉大了夜间电网的供需差距。风能、太阳能等可再生能源发电时,功率、电压和频率的波动大,且难以人为控制,如果直接并入电网,将会影响供电质量;尤其我国北方风场夜间风大,势将增加电网调峰的压力。为实现稳定、均衡供电,将部分电能转换成其他能源形式储存,显得愈来愈迫切,开发高效的规模储能技术意义非常重大。
规模储能技术中,物理方法有抽(扬)水蓄能、压缩空气蓄能、飞轮蓄能等,其中实用的当推抽(扬)水蓄能。该方法的规模大、寿命长,但地理条件要求苛刻,且一次投入的建造费用高。
化学方法有铅酸电池、金属-空气电池、钠硫电池、锂离子电池、镍基电池、超级电容器及液流蓄电池等。化学方法不受地理环境的限制,具有随充随放的突出特点,但使用年限和循环寿命不显优势。
本文作者对大规模蓄电装置归结了4大可能的用途:①可再生能源的蓄电;②电网的调“峰”;③用电大户的蓄电;④军用蓄电。各种用途对规模储能的要求各有侧重,需要综合考虑需求目标和储能手段。高安全可靠性是规模蓄电的首要要求,此外还需要考虑能量转换效率、自放电率、初始投资、目标充放电情况下的循环寿命、维护成本、环境适应性和场地等等。再生能源蓄电及电网的调峰对于储能装置的比能量指标要求不强,而用电大户和军用蓄电还会要求储能装置的比能量达到一定的程度。对于化学电源,工作温度也是必须考虑的,低温(如-40℃)环境以Cd/Ni电池和超级电容器最合适,高温下(如60℃)以Zn/Ni电池、MH/Ni电池和超级电容器较好,全钒液流电池的温度范围以5~40℃为好。作为商业运行,在选择储能技术时,还必须切实考虑经济效益。当前,大规模蓄电装置发展迅速,应对蓄电装置的经济效益有一个客观的判据。
据此,对各种储能装置定性地以“5分制”打分,得如下的排序:得5分的有抽水蓄能,得4分的有液流电池,得3分的有锂离子电池和钠硫电池,得2分的有铅酸电池和超级电容器。上述3个因子是在不断变化、发展的,如锂离子电池的价格不断下降,全寿命的循环次数在上升。这就是上述排序中,锂离子电池的排序先于铅酸电池的原因。
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