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中科院物理所李泓:十四五储能技术与产业发展机遇

日期:2020-09-29    来源:CNESA

国际新能源网

2020
09/29
15:02
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关键词: 储能技术 储能项目 比亚迪

9月28日,中关村储能产业技术联盟在青海西宁举办“2020中国储能西部论坛”,会议聚焦“高比例可再生能源渗透率下电力辅助服务市场发展路径探讨”,围绕国内重点区域特别是青海支撑可再生能源消纳的辅助服务现有机制,研讨支撑高比例可再生能源及低碳能源转型的辅助服务机制的发展路径。中科院物理所研究员李泓在会上分享了十四五储能技术与产业发展机遇。

中科院物理所研究员李泓

中科院物理所研究员李泓:谢谢王总的介绍。非常高兴刘秘书长邀请我们参加这次论坛,现在储能的发展可以说是风起云涌,未来五年相信有重要的发展。

今天报告分三部分:

1.储能需求与储能技术响应特性

2.中国规模化储能技术最新进展

3.十四五储能产业发展机遇

在需求方面,惠东博士总结了一下,按照储能的时间长短,根据这样的思路我们进一步把各类储能技术总结了一下。

短时高频小于30分钟的,中短时长30-240分钟的,超长是4小时以上。

在主要的电化学储能方面我们联盟有个统计,总体来说锂离子电池的能量密度高一些,体积密度大一些,循环次数更长一些,能量效率更高一些,温度使用的范围,目前磷酸铁锂低一点。安全性制定了新的标准,目前锂离子单站储能规模达到了100MWh以上,适应2小时之内的储能,再长时间会有挑战。

现在磷酸铁锂的40尺标准集装箱可以装到1.2MWh,按照比亚迪刀片电芯无走廊双开门,现在达到了6.2MWh,这是非常好的数据。如果电芯采用固态锂离子电池、强调安全性满足的情况下可以做到4.7 MWh,按照采用固态锂离子电池刀片电芯设计加两侧双开门预测可以做到8.5MWh,这样未来整个运维成本、安装成本和占地成本会大大下降。在后续发展中,显然在满足安全性的前提下,技术还可以不断的发展。

这是宁德时代提供的一张PPT,解释他们在发电侧、输配电和用户侧做的努力,包括各类应用的运行频率、响应时间方面的统计。目前在宁德时代有三件标志性的示范,一个是海西100MWh示范,晋江108MWh储能电站示范,采用了锂补偿技术的单体寿命做到了12800次,系统效率平均90%,这样度电成本经核算可以到2毛钱以下,这对未来可再生能源配合储能是一个非常重要的技术的积累和突破。在工业用户侧跟海螺水泥配套的储能,整体来说已经看到锂离子电池储能在多方面得到了应用。

液流电池方面,中科院大连化学物理研究所李先锋研究员总结梳理了一下,到底液流电池能适用哪些场景,目前的技术水平和达到的状态?从指标体系来看,寿命能够做到1万次以上,放电时长取决于液流罐,系统效率略低一些,目前成本比较高,目标成本在2元/Wh的水平,加上电解液的租赁预计会下降到1元/Wh的水平。这是目前发展的情况,从应用场景的总结看,和锂离子电池的重叠度还是比较高的。

新发展的一种解决资源问题的钠离子电池目前提出了自己的指标体系适用场景,和前面也有重复的地方。钠离子电池尚未形成产业链,正在中试阶段。

在储能方向有一些能量回收的应用,特别是调频的地方,但是成本还是比较高的,这是由上海奥维安仲勋提供的详细的技术参数和未来希望达到的指标体系,目前看这个指标体系是可以做到的。

还有大规模的先进的压缩空气储能,主要应用场景包括可再生能源的接入,包括辅助服务,国外单机做到300MW,国内目前在努力中,已经有了一些发改委的项目获批。

飞轮是高功率技术,主要是针对辅助调频,风力发电的频率和电压支撑等,还有一些动能回收方面的应用,特别是在轨道交通上已经有了一些大规模的验证,在国内这方面技术的储备和发展和国外最领先的技术还有一定差距,正在努力追赶。

作为储能技术要考虑的几个因素,目前对储能的意义都很认同,提出不断发展新储能技术,很多开发新储能技术的人都理解,未来市场是巨大的,也吸引了政府和资本的投入。在这么多的储能技术中怎么甄别,哪些储能技术能够真正的大规模商业化是很关键的一点,未来是不是可能大量储能技术同时共存,还是逐步聚焦,形成优势技术。有几点和大家讨论一下。

1.根据目前和未来整体的市场容量与应用需求,储能最重要的应用场景在哪里?具体的指标体系和每个指标的权重是多少,根据这样的指标体系和权重,哪一种储能技术最适合?

2.满足应用需求的每一种储能技术实现商业化应用有没有技术瓶颈,如果有的话近期怎么突破?

3.相比其他的并行储能技术,这个技术的核心竞争力是什么?是否所说的核心竞争力是在市场推广时候最看重的?

4.每一种技术都在不断的进步,哪个储能技术会实现规模应用,实现较大市场份额?

安全性放在第一位,任何储能电站都需要确保零事故。接下来是采购成本和度电成本,因为要追求商业盈利模式,还要考虑日历和循环寿命,能源效率和技术成熟度,任何一个技术概念再好,能够成功的关键是需要形成产业和占有较大的产业份额?新技术产业链是怎么形成,如何发展的,这些是开发新技术要注意的地方。

我国在大规模储能技术的进展

宁德时代主持开发了百兆瓦时的储能系统,采用了锂补偿的技术,在国内外能够大规模应用锂补偿技术的目前只有宁德时代。锂补偿技术前两千周没有能量衰减,先爬升再落下来,总的循环次数已经达到了12800次。

虽然锂离子电池取得了很大的进步,但大家还是有一定顾虑,不能保证百分之百的安全性,希望在安全性上进一步提高,从学术和技术发展的角度把液体电解质替换成固态电解质是国内外广泛认可的技术路径。国家重点专项支持了储能型固态锂离子电池的开发。预锂化技术也得到了了验证,安全性能获得显著提升。能否进一步提高安全等级?在更高的安全测试标准下实现呢?比如200度的热箱,60度50伏的过充,还有挤压测试,这些如果都能过的话,可能在大规模储能方面会有更好的安全标准。未来希望按照现在的国标和其他商业机构提出的标准上,我们提出设立不同的安全等级,针对不同的应用场景更好的把安全标准和性能需求关联起来,因为获得系统的本质安全是需要付出代价的,如何匹配需要往前推进,希望现有高能量缪爹锂离子电池储能技术在安全性方面能够超过钛酸锂技术,同时有更高的体积能量密度,这样未来在成本上有所下降,也能够适应宽温区的应用,这对青海这方面很重要。

大连融科在全钒液流电池方面也有很大的进步。包括电流电堆密度的不断提升,也参与了国际标准的制定,最近的规划是实现200兆瓦和800兆瓦时的示范电站,这个项目投资37亿,是非常重要的一个项目。

除了全钒液流电池之外,大化所也在开发不受钒价格波动影响的锌基液流电池技术,也达到了比较高的水准。还有国电投开发的铁铬液流技术,它的温度适用范围更宽,在运维成本上更小一些。目前也在向百兆瓦时推进。

当电动汽车、航天电子都在用锂电池的时候,锂资源迟早会形成瓶颈。虽然现在价格比较低,从国家层面要掌握不受资源依赖的技术。钠离子电池和锂离子电池工作原理一样,但不含受资源限制的材料。这方面的工作已经开发了九年,在2019年中科海钠展示了100千瓦时的示范电站,今年和明年要争取再发展到兆瓦时和10兆瓦时的示范。它的一些性能,相对铁锂来说低温性能更好一些,这是因为材料体系的原因,倍率性能也非常好。安全性上也做了一些全面的测试,这是一个示范。所以,我们感觉钠离子电池也是有很好的发展前景。

在短时间储能方面,超级电容器原来是40到70元钱每瓦时,目前锂离子电容器做到了10千瓦/公斤的水平,可以满足很多的应用,这个也开始做产业化的推广。在过去一直是国外处于领先地位,现在在国内也正在往前发展,技术方面达到了世界领先的水平。

高功率锂离子电池进步也很快,飞轮,超级电容器和高功率锂离子电池这三个技术对标,会不会因为锂离子电池的成本比较低而胜出呢?这个是公开的命题,现在还不好说。

在物理储能方面中国科学院工程热物理所在压缩空气储能方面也做了十多年左右,目前有多种压缩空气技术,工程热物理是提出开发不依赖于低下洞穴的储气罐技术,在超临界的条件下做这件事。最近在布局更大功率的压缩空气项目,包括百兆瓦级项目和肥城千兆瓦级的项目,这是非常大的项目,正在往前推进。压缩空气储能随着储能时长的增加也可以显著降低成本,有可能整个采购成本降到每瓦时1元以下,有望替代抽水蓄能电站。

飞轮取得了一些进展,也不断在推进争取追赶国际水平。

市场对储能技术的要求是清楚的,希望做到高安全、长寿命、高功率、高能量转换效率,响应速度快,低成本,希望度电成本控制在2毛以下,规模达到GWh, 十四五科技项目安排中会考虑支撑GWH级储能的关键技术。

围绕上述目标,重点要布局技术方面的研发,包括各类本体的储能技术,针对规模储能下面有一些比较明确的方向,比如固态锂离子储能、钠离子电池,新型液流电池,压缩空气储能以及其它新型储能技术。未来安排项目的一个考虑是针对需求,解决具体的问题,不完全是针对发展某类新技术。同时还要加强我国在发展储能需要的支撑技术方面的布局,包括GW时级别的电站的系统集成技术,先进的测试方法和理论计算及模拟仿真,智能传感和控制,支撑智能制造方面的一些关键技术,还有全寿命周期的预测、检测、预警和梯次利用和回收技术方面。

从产业发展角度,我们以固态锂离子电池发展为例,已经有了液态锂离子电池的产业链,在固态方面用新材料替代原有材料,再加上现在推进的工业4.0的数字化方案以及先进检测技术,就会形成一个以全寿命周期如何控制成本的核心指导思想和保证本质安全下的下一代产业链,锂离子电池的储能在万亿级以上,怎么在这里面发展成新独角兽企业也是很多人在思考的。

最后小结一下,我国现在具有最坚定的发展可再生能源,建立智能电网和能源互联网的决心和战略,发展储能有利于优化我国能源结构,提高能源安全,具有战略意义,得到了较好的共识。短期看,集合现有的储能技术可以满足现有应用的需求,多种技术不断的发展,新技术不断涌现;未来五年技术还在不断的进步,瓶颈技术不断的攻克,性能不断的提升,成本不断的下降,应用策略不断的优化,技术迭代不可逆转,商业模式不断的拓展,需求和技术的匹配将最终成熟完善,储能将成为集中式和分布式能源系统不可或缺的部分。

在动态发展过程中,我们认为拥有最多的核心技术竞争力,最丰富的应用实践的经验,在整合全生命周期和全产业链资源能力最强的企业最终将成为超级赢家。

最后感谢在这个报告中很多单位和专家提供的一些关键素材。

谢谢大家!


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