最新储能科技成果公示：钠硫电池、热储能供暖调峰、液态金属储能、石墨烯电极项目

3 新型液态金属储能电站系统

所处阶段：成熟待产业化

成果来源：等离子体物理研究所

必要性及需求分析:

储能电站将多余的电能、通过储能介质存储起来，需要用电时再放出能量产生电能向电网输送。因此储能电站是解决可再生能源间歇性和不稳定性、提高常规电力系统和区域能源系统效率、安全性和经济性的迫切需要，被称为电力产业的第6价值链和21世纪电力产业的新经济增长点。西班牙在安达卢西亚格拉纳达省3×50MW储能电站能够供20万人口使用的环境友好的电能，由此可以使每年节省45万吨二氧化碳的排放。

(1)储能电站是提高常规能源发电与输电效率、安全性和经济性的迫切需要。当前发电装机容量与电网容量是按最大需求建设，随着电网峰谷差日趋增大，必然导致非用电高峰时发电机组的停机或低负荷运行以及电网容量的浪费。2011 年全国电网负荷利用系数小于55%。利用储能电站储能可以大幅提高发电机组实际运行效率，增强电网的输电能力。国际上也采用储能系统提高电厂的总负荷系数，而我国的火电厂尚没有增加储能系统。

(2)储能电站是我国可再生能源大规模接入的迫切要求。根据我国《可再生能源发展“十二五”规划》，到2020 年，风电和太阳能并网装机分别达到2 亿千瓦和5000 万千瓦。但风能和太阳能等可再生能源固有的间歇性和波动性对电网的冲击很大，导致我国风电和光伏发电未并网比例高，弃风/光严重。如2012年的全国总弃风量达200亿kW˙h，平均弃风率为20%，局部地区达40%，风电和太阳能已成为电网的“负担”，而储能系统能够很好的解决此问题。

近年来液态金属及其合金(合金熔点温度更低)在先进核能、太阳能电池等领域已经成为最具竞争力的能量载体之一。与传统的熔盐储能相比，液态金属使用温度范围大(最高可达1000℃)，化学稳定性好，温度上限对储能限制小，热导率和传热效果在同等条件下(如300℃)为熔盐的十倍，具有巨大的储热能力。因此，采用液态金属及其合金作为储能介质，能够代替传统的导热油、熔盐的介质，提高储能电站的经济性具有重要意义。

目标及主要任务:

(一)目标

完成新型储能电站设计与关键技术突破，建成50MW储能电站中试系统，完成液态重金属关键设备制造，实施成果转移与产业化。新型液态金属储能电站具有以下特点：

- 技术先进：采用液态金属作为储存介质，其导热性能好、热熔大、使用温度高、化学性能稳定;

- 经济性高：电站系统的热电转化效率可达到55%，若同时作为供热系统，电站的热经济效率可达到75%;

- 应用前景广阔：作为我国电网系统的有利补充，能够解决在低负荷条件下电厂的经济性问题，提高电厂的负荷系数，降低电厂排放污染物，实现高效、环保、环境友好型电力生产;

(二)主要任务

(1)开展新型金属合金(如铅合金、锡合金等)熔炼与纯净化工艺研究，降低合金熔炼成本，选择适用于储能系统的金属及其合金材料。

(2)开展液态金属及其合金与储能系统结构材料的相容性研究，筛选服役性能优良的储能系统结构材料。

(3)研制液态金属储能系统关键设备，如换热器、驱动泵等，具有良好的长期运行稳定性和重复性。

(4)联合发电厂开展示范应用，建造一套50MW液态金属储能电站系统，开展储能电站综合技术验证与复杂工况下的测试，对液态金属储能电站系统经济性验证。

现有工作基础:

(1)已成功制备百吨级高纯度液态重金属铅基合金，为研制新型液态金属合金提供了熔炼技术支持。

(2)已成功研发液态金属储能系统关键设备，如液态金属驱动系统、换热系统、氧测量与控制系统，并成功运行几万小时，为大中小型液态金属储能系统研制提供了较为成熟的核心设备。

(3)已成功研制并稳定运行几万小时的世界规模最大、参数最高的液态金属实验装置群(DRAGON和KYLIN回路)，为研究液态重金属及其合金物理、化学性质、液态金属换热能力提供了丰富的测试平台;

(4)依托中科院核能安全技术研究所，拥有本项目所需的多学科交叉人才队伍，涉及到材料、真空、电磁、结构、热工、化学、测控、机械等专业。

预期经济和社会效益:

(1)巨大的市场潜力及推动上下游产业飞速发展：我国目前共有200多家火力发电厂，按照每个系统造价5亿元，每个电厂配套2套储能系统，市场潜力超过2000多亿元，同时扩大上下游行业的发展，如冶炼、金属制备、设备制造等产业，直接经济效益超过500亿元。

(2)增加火电厂总负荷系数，提高电厂经济性和减少温室气体排放：利用储能电站可将燃煤机组的总负荷系统及电网利用系统都提高到80%，则可减少2.1 亿千瓦的火电装机建设和25%电网容量建设，相当于减少投资1.05万亿元，同时每年节约3000万吨标准煤及近1亿吨二氧化碳的排放。

(3)降低风能和太阳等的弃风率，解决风能和太阳能的大规模接入问题：到2015 年和2020年，分别相当于每年节约3000万吨和8000万吨标准煤。

实施方式/模式：

(1)巨大的市场潜力及推动上下游产业飞速发展：我国目前共有200多家火力发电厂，按照每个系统造价5亿元，每个电厂配套2套储能系统，市场潜力超过2000多亿元，同时扩大上下游行业的发展，如冶炼、金属制备、设备制造等产业，直接经济效益超过500亿元。

(2)增加火电厂总负荷系数，提高电厂经济性和减少温室气体排放：利用储能电站可将燃煤机组的总负荷系统及电网利用系统都提高到80%，则可减少2.1 亿千瓦的火电装机建设和25%电网容量建设，相当于减少投资1.05万亿元，同时每年节约3000万吨标准煤及近1亿吨二氧化碳的排放。

(3)降低风能和太阳等的弃风率，解决风能和太阳能的大规模接入问题，到2015 年和2020年，分别相当于每年节约3000万吨和8000万吨标准煤。

附件：图片

4 石墨烯燃料电池关键材料

所处阶段： 小试

成果来源：等离子体物理研究所

必要性及需求分析

目前全球的石油储量约有1345亿吨，而现在全世界燃油的消耗每年达30亿吨以上。显而易见，全球的石油资源再有40年左右就会枯竭。而作为贫油国家，我国的石油仅有23的开采储量。进口依存度由1995年的6.5%已上升至2008年的52%!直接影响着我国的可持续发展。统计资料表明，全球约三分之一的能源用于交通，所以寻找新能源在交通中的应用迫在眉睫。

近年来，直接甲醇燃料电池由于其工作温度低、燃料来源广泛、低污染、高能量密度、成本低廉等特点，成为人类解决能源危机的有效途径之一，近年来越来越受到人们的关注。作为燃料电池阳极的催化剂，要求贵金属铂以良好的形貌和大小分布于载体上并与载体结合牢固。为达到以上效果，需从两方面着手：一方面要有良好的 Pt的负载均匀程度和合适的金属粒径大小;另一方面，载体需有大的比表面积，以提高贵金属的负载率，并且要有良好的导电性，以提供电子传输的通道，还要有稳定的特性，以防止在酸性环境中被腐蚀。石墨烯具有良好的物理、电学性能，是负载铂催化剂的理想载体。

目标及主要任务

(1)目标

探索应用新方法制备质量和数量都较高的石墨烯，并应用等离子体法对石墨烯表面进行修饰，制备适合燃料电池电极的载体。检测电极特性，使其电化学特性几倍于当前商用载体或电极材料。石墨烯制备的新方法有以下特点：

原料来源广且价格便宜：以石墨为原料

产品质量和数量较高：以等离子体方法制备石墨烯得到较高的质量和数量

对环境无污染

(2)主要任务

探索应用等离子体法制备石墨烯的新方法

以石墨烯为电极材料组装电池，使其特性几倍于当前商用电池

现有工作基础

(1)应用等离子体法还原氧化石墨烯

经过多年的探索，已经成功应用等离子体方法还原氧化石墨烯制备适合于燃料电池电极载体的石墨烯材料，其方法简单易行且对环境没有污染。

(2)等离子体技术制备铂纳米复合物

利用Ar射频辉光等离子体对负载了Pt前驱物离子的石墨烯载体进行还原，制备了高效的催化剂，对其进行表征，并用于甲醇催化氧化的研究。

(3)等离子体技术制备掺杂石墨烯铂及其甲醇电催化性能研究

利用NH3及H2射频辉光等离子体对氧化石墨烯进行掺杂，制备成两种载体掺杂 H石墨烯(GH)和掺杂氮石墨烯(GHA)，然后将上述所得等离子体技术制备石墨烯铂纳米复合物及其在直接甲醇燃料电池中的应用得载体与氯铂酸混合，采用氢气等离子体对混合物进行一步还原从而制备掺杂氢石墨烯铂纳米复合物(Pt/GH)和掺杂氮石墨烯铂纳米复合物(Pt/GHA)。并用于甲醇催化氧化的研究。

预期经济和社会效益

我国的电动车行业正处在迅猛发展中，将燃料电池用于电动车性能的提升，环保，节约能源，具有良好的经济效益和社会效益。

实施方式(模式)

应用与基础并进，通过基础研究为应用提供理论支撑，与企业联合开发等方式。