專家呼吁盡快研制大容量電池儲能系統(tǒng)

    鋰電世界  “正是由于我們目前還缺乏先進的大容量電池儲能技術(shù)，大量的風電設(shè)施在完成裝機后無法發(fā)電上網(wǎng)。據(jù)統(tǒng)計，中國風力發(fā)電場的平均棄風水平是歐洲平均水平的3倍。”上海市工商聯(lián)副主席段祺華日前表示。

    數(shù)據(jù)顯示，“十二五”規(guī)劃中將新能源列為戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，其中的風能發(fā)電規(guī)模將在目前3000萬千瓦、居世界第二的風電裝機容量基礎(chǔ)上，至2015年和2020年，分別達到9000萬千瓦和1.5億千瓦的風電裝機容量，成為世界第一風電大國。為保證全部可再生能源發(fā)出的電力可以被收購上網(wǎng)，國家《可再生能源法》以法律的形式規(guī)定了“全額保障性收購制度”，而且國家對可再生能源的上網(wǎng)價格按照其投資成本進行補貼。

    值得關(guān)注的是，統(tǒng)計顯示，我國目前完成的風電裝機總量只有不到20%的比例實現(xiàn)發(fā)電并網(wǎng)。許多風力發(fā)電場經(jīng)常發(fā)生“棄風”、“停機”現(xiàn)象，產(chǎn)生了大量的投資浪費。許多業(yè)內(nèi)人士認為，缺乏大容量電池儲能系統(tǒng)是風能并網(wǎng)的瓶頸所在，我國應(yīng)該加快相關(guān)技術(shù)的研發(fā)，以便更好地服務(wù)于我國的可再生能源發(fā)展。

    大容量電池儲能系統(tǒng)匱乏

    據(jù)了解，風能較難實現(xiàn)并網(wǎng)的原因在于它是一種“劣質(zhì)”電能。所謂“劣質(zhì)”，是指風能固有的隨機性、間歇性特征決定了其屬于能量密度低、穩(wěn)定差、調(diào)節(jié)能力差的電能，發(fā)電量受天氣及地域的影響較大，若直接將其全部電力并網(wǎng)，會對電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行以及電網(wǎng)的供電質(zhì)量造成不利影響。為了解決這一瓶頸問題，國內(nèi)現(xiàn)在采用的方案主要有兩個，一是通過風火電混送并網(wǎng);二是使用抽水蓄能，將不穩(wěn)定的風電轉(zhuǎn)化為水能，再用水能發(fā)電。但這兩種方案在實際運作中均有弊端或障礙。段祺華表示，正是基于上述原因，最近幾年日本、美國、歐洲及中東地區(qū)國家正在大力推廣和應(yīng)用先進的大容量電池儲能技術(shù)，并將該技術(shù)配套于風能等可再生能源的并網(wǎng)，例如墨西哥和美國南加州正在建設(shè)中的總規(guī)模為1600萬千瓦的風電場已經(jīng)開始配套100萬千瓦鈉硫電池儲能系統(tǒng)。大容量電池儲能系統(tǒng)沒有污染、零碳排放，使用它與風電等可再生能源發(fā)電裝置聯(lián)合運行，對其進行穩(wěn)定干預，可使隨即變化輸出的風電轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定輸出的電能，從而實現(xiàn)風能的大規(guī)模并網(wǎng)發(fā)電。“因此，為風電等可再生能源配裝合適的大容量電池儲能系統(tǒng)是解決我國目前風能發(fā)電無法并網(wǎng)的瓶頸問題的最有效途徑。”段祺華認為。

    國內(nèi)儲能技術(shù)尚不成熟

    正是因為大容量電池儲能系統(tǒng)對我國風能等可再生能源實現(xiàn)并網(wǎng)有著十分重要的作用，目前我國也正在積極研發(fā)各種先進的電池儲能技術(shù)(如鈉硫電池、液流電池、鋰電池等)。據(jù)了解，大容量儲能電池一般都是指兆瓦級，目前有兩種技術(shù)路線，上述把電池并聯(lián)做成較大容量，以鋰離子電池技術(shù)為主;另一種是專門開發(fā)大容量電池，國際上主流的技術(shù)是鈉硫電池，目前在國外已經(jīng)有上百座鈉硫電池儲能電站在運行，是各種先進二次電池中最為成熟和最具潛力的一種。

    據(jù)了解，鈉硫電池是美國福特公司于1967年首先發(fā)明公布的，具有許多特色之處：一個是比能量(即電池單位質(zhì)量或單位體積所具有的有效電能量)高。其理論比能量為760Wh/Kg，實際已大于100Wh/Kg，是鉛酸電池的3～4倍。如日本東京電力公司和NGK公司合作開發(fā)鈉硫電池作為儲能電池，其應(yīng)用目標瞄準電站負荷調(diào)平(即起削峰平谷作用，將夜晚多余的電存儲在電池里，到白天用電高峰時再從電池中釋放出來)、UPS應(yīng)急電源及瞬間補償電源等，并于2002年開始進入商品化實施階段。

    近年來，中科院上海硅酸鹽所和上海電力公司合作，自主研發(fā)儲能用鈉硫電池，并已經(jīng)實現(xiàn)并網(wǎng)運行，在上海世博會期間對外進行了展示和示范。中科院上海硅酸鹽研究所鈉硫電池項目負責人、中科院上海硅酸鹽所研究員溫兆銀表示，中國鈉硫電池技術(shù)已經(jīng)初步解決了安全、壽命、溫度、廢電池處置、成本等問題，如果國家支持力度足夠，我國的商用鈉硫電池有望在3～5年內(nèi)趕上日本現(xiàn)在的水平，在未來打破日本NGK公司一統(tǒng)國際市場的局面。

    對此，段祺華認為，該技術(shù)離商業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用還需要好幾年時間，對解決大規(guī)模風電并網(wǎng)的問題仍是“遠水救不了近渴”。

    兩條腿走路滿足發(fā)展需求

    對于我國風能發(fā)電市場需求的迫切性和發(fā)展不協(xié)調(diào)的現(xiàn)狀，如果從國外直接進口鈉硫儲能設(shè)備，雖可馬上滿足風電并網(wǎng)的需求，但由于全球的鈉硫電池年產(chǎn)量不足200兆瓦，而且供不應(yīng)求，訂單已經(jīng)排至2016年，面對龐大的中國風電基地，單靠進口鈉硫電池遠遠不能滿足儲能需求。因此，段祺華建議國家有關(guān)部門應(yīng)該考慮盡快引進先進的鈉硫電池技術(shù)，在國內(nèi)建設(shè)大規(guī)模的生產(chǎn)基地，以滿足國內(nèi)飛速發(fā)展的風能等可再生能源發(fā)電并網(wǎng)的迫切需求。

    溫兆銀認為，必須有國家層面的推動才能實現(xiàn)從實驗室到產(chǎn)業(yè)化的突破。他說：“現(xiàn)在很多技術(shù)要真正進入市場還很難，要向產(chǎn)業(yè)化推進必須有更大的支持力度。”據(jù)悉，NGK從2002年開始商業(yè)推廣，到2008年實現(xiàn)贏利，用了6年時間。根據(jù)溫兆銀理想的設(shè)計，我國現(xiàn)在必須加速起步，花上3～5年時間達到日本現(xiàn)在的規(guī)模。“這個產(chǎn)業(yè)涉及很多方面，一旦推動起來將很快形成巨大的產(chǎn)業(yè)鏈。”

    中科院上海硅酸鹽所研究人員劉宇認為，NGK之所以能實現(xiàn)商業(yè)推廣，一個重要因素是日本機電配套企業(yè)的能力很強，實現(xiàn)了生產(chǎn)的自動化、連續(xù)化。“它的自動化程度甚至比生產(chǎn)鋰離子電池還高。”劉宇說，“我們下一步要實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)面臨的主要問題，就是中國企業(yè)的工業(yè)生產(chǎn)能力。”