智能電網(wǎng)儲(chǔ)能應(yīng)用升級(jí)，釩電池初露鋒芒
智能電網(wǎng)儲(chǔ)能應(yīng)用升級(jí) 釩電池初露鋒芒
前不久美國(guó)能源部為了支持風(fēng)電儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，提供420萬(wàn)美元資金，與合作伙伴一起建立一個(gè)3.3千瓦時(shí)的概念性超導(dǎo)磁項(xiàng)目，以期實(shí)現(xiàn)兆瓦級(jí)的 應(yīng)用。而這只是儲(chǔ)能技術(shù)興起的一個(gè)片段。隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的推進(jìn)，儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用將得以快速發(fā)展，相關(guān)產(chǎn)品的市場(chǎng)規(guī)模將快速擴(kuò)大。目前在智能電網(wǎng)中的示范 性項(xiàng)目中，多項(xiàng)儲(chǔ)能技術(shù)已經(jīng)得到應(yīng)用，包括鋰離子蓄電池、液流電池、鈉-硫蓄電池等，我國(guó)在這一新興領(lǐng)域也開始發(fā)力“搶跑”。
電網(wǎng)儲(chǔ)能應(yīng)用要求不一
儲(chǔ)能在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用需求不一。中華全國(guó)工商聯(lián)新能源商會(huì)儲(chǔ)能專業(yè)委員會(huì)理事長(zhǎng)、北京普能世紀(jì)科技有限公司董事長(zhǎng)俞振華對(duì)《中國(guó)電子報(bào)》記者 表示，發(fā)、輸、配、用4個(gè)環(huán)節(jié)都能用到儲(chǔ)能技術(shù)，對(duì)儲(chǔ)能要求也求同存異。在用電端，用戶有互動(dòng)性需求，對(duì)電能質(zhì)量有更高要求。一般要求達(dá)到千瓦級(jí)別，而千 瓦級(jí)別的儲(chǔ)能市場(chǎng)很“擁擠”，各種儲(chǔ)能技術(shù)大都能滿足需求。在配電端，可進(jìn)行輸配電網(wǎng)增強(qiáng)/電力線增容，需要達(dá)到兆瓦級(jí)別，相對(duì)而言對(duì)儲(chǔ)能的需求較少。在 發(fā)電端，儲(chǔ)能的應(yīng)用關(guān)注點(diǎn)在于電網(wǎng)負(fù)荷調(diào)節(jié)，以平滑可再生能源的間歇性，減少旋轉(zhuǎn)備用。分布式電網(wǎng)系統(tǒng)一般采用小型的儲(chǔ)能系統(tǒng)，更大規(guī)模的儲(chǔ)能則需要液流 電池、智能電池、抽水蓄能等儲(chǔ)能系統(tǒng)。此外，儲(chǔ)能還可用于削峰填谷，在用電需求谷底時(shí)充電，在用電高峰時(shí)放電。
每一種儲(chǔ)能方法都有其自身的性能范圍和成本，以滿足不同的需求。各種不同技術(shù)的性能范圍相互部分重疊，而業(yè)界最關(guān)注的是每一種技術(shù)在其最佳值相 對(duì)應(yīng)的性能范圍。國(guó)家973液流儲(chǔ)能電池重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目首席科學(xué)家、大連融科儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展有限公司副總經(jīng)理張華民形象地比喻，飛輪、超級(jí)電容器等適合 1KW-10KW領(lǐng)域的“短跑”，抽水蓄能、壓縮空氣等則擅長(zhǎng)10MW-100MW區(qū)間的“馬拉松”，鉛酸電池、液流電池等適合10KW-10MW區(qū)間的 “中長(zhǎng)跑”。“儲(chǔ)能應(yīng)用的機(jī)會(huì)多、技術(shù)多，不存在絕對(duì)的優(yōu)劣勢(shì)，多種技術(shù)將并存發(fā)展。”俞振華指出，“雖然現(xiàn)在需求很明確，但支撐技術(shù)還要一段時(shí)間才能滿 足需求。”
目前儲(chǔ)能市場(chǎng)還處于起步階段，技術(shù)上也處在示范工程階段，真正產(chǎn)業(yè)化還面臨諸多挑戰(zhàn)。中華全國(guó)工商聯(lián)新能源商會(huì)儲(chǔ)能專業(yè)委員會(huì)秘書長(zhǎng)林朔指出， 儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)面臨三大挑戰(zhàn)：一是經(jīng)濟(jì)性挑戰(zhàn)，包括關(guān)鍵材料供應(yīng)的成本制約、制造工藝復(fù)雜以及低轉(zhuǎn)化效率等；二是應(yīng)用挑戰(zhàn)，因儲(chǔ)能在電力領(lǐng)域應(yīng)用時(shí)間短，產(chǎn)品需 要大規(guī)模的應(yīng)用才能成熟，產(chǎn)業(yè)化道路會(huì)比較漫長(zhǎng)；三是政策法規(guī)挑戰(zhàn)，表現(xiàn)在受益方難以界定、經(jīng)濟(jì)價(jià)值不易衡量等，這也加大了政策出臺(tái)的難度。
此外，在智能電網(wǎng)中應(yīng)用除了儲(chǔ)能本身技術(shù)要大步發(fā)展外，其他“并行”的技術(shù)也不容“省心”。“在與智能電網(wǎng)‘配套’時(shí)還需要逆變技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等，這都需要企業(yè)加以關(guān)注和解決。”集盛星泰(北京)科技有限公司首席執(zhí)行官陳勝軍表示。
仍需政策支持
從國(guó)外發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，政策對(duì)儲(chǔ)能應(yīng)用的推動(dòng)作用明顯。美國(guó)FERC提出儲(chǔ)能目標(biāo)，鼓勵(lì)企業(yè)實(shí)現(xiàn)，形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。美國(guó)能源局將提供相關(guān)資金，建 立示范項(xiàng)目，并對(duì)企業(yè)實(shí)行稅收減免等政策。日本則推出了月光計(jì)劃和示范工程，而我國(guó)在這方面尚無(wú)明確的產(chǎn)業(yè)政策和支持方案，業(yè)界也迫切呼吁“春風(fēng)化雨”般 的政策出臺(tái)。“在目前的技術(shù)情況下，儲(chǔ)能市場(chǎng)要放量增長(zhǎng)才能帶動(dòng)成本的下降，這還需要政策的支持。”俞振華表示。
而業(yè)界的共識(shí)是，在儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的定位上，應(yīng)該上升到產(chǎn)業(yè)層面甚至是國(guó)家戰(zhàn)略性層面，明確其對(duì)節(jié)能、新能源發(fā)展、增強(qiáng)電網(wǎng)能力、增強(qiáng)國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力的戰(zhàn) 略意義。“儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)正處在技術(shù)突破向產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵階段，經(jīng)濟(jì)性改善明顯。如果政策滯后，產(chǎn)業(yè)化發(fā)展之路就會(huì)更困難一些。”國(guó)務(wù)院發(fā)展研究中心研究員張 永偉表示。
張永偉還介紹，政策上還要在以下方面有所考量：一是支持多種示范項(xiàng)目。鼓勵(lì)多元技術(shù)示范和驗(yàn)證，加快部署國(guó)家級(jí)綜合性示范項(xiàng)目，這是越快越好。 同時(shí)還應(yīng)鼓勵(lì)地方和企業(yè)層面的示范項(xiàng)目。二是建立和完善相關(guān)電價(jià)機(jī)制，峰谷電價(jià)機(jī)制要做到穩(wěn)定化、擴(kuò)大化和經(jīng)濟(jì)化，儲(chǔ)能電價(jià)也要考慮，并且可投資補(bǔ)貼。三 是規(guī)劃先行。規(guī)劃落后和滯后是我國(guó)能源領(lǐng)域的老問(wèn)題，在規(guī)劃中要考慮儲(chǔ)能在發(fā)、輸、用電的地位和應(yīng)用。四是實(shí)行強(qiáng)制性約束機(jī)制。包括對(duì)新能源強(qiáng)制性儲(chǔ)能配 比要求、對(duì)電網(wǎng)公司強(qiáng)制性配比要求、對(duì)儲(chǔ)能產(chǎn)品的強(qiáng)制性認(rèn)證制度，并加快制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，堅(jiān)持“先標(biāo)準(zhǔn)、后制造”的發(fā)展機(jī)制。
釩電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程提速
在儲(chǔ)能技術(shù)路線上，多元技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)式發(fā)展可提供多元的應(yīng)用市場(chǎng)，但相對(duì)成熟的技術(shù)可先行應(yīng)用。而其中釩電池是最接近產(chǎn)業(yè)化的一種方向，它具有諸多優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊，在北美、歐洲和日本等已開始商業(yè)化應(yīng)用，而我國(guó)在這一領(lǐng)域也初露鋒芒。
張華民表示，液流儲(chǔ)能技術(shù)是最適合于風(fēng)能發(fā)電調(diào)幅調(diào)頻并網(wǎng)的儲(chǔ)能技術(shù)，但也各有千秋。他介紹說(shuō)，鉛酸電池的不足在于能量效率低、不可深度放電， 難以滿足功率和蓄電容量須同時(shí)兼顧的大規(guī)模儲(chǔ)能要求。鈉硫電池易引起爆炸，危險(xiǎn)性大，制造成本高。而全釩液流儲(chǔ)能電池優(yōu)勢(shì)突出，能量轉(zhuǎn)化效率高，電池均一 性好，壽命長(zhǎng)，充電狀態(tài)(SOC)可即使監(jiān)測(cè)，材料可循環(huán)使用。僅從其風(fēng)電市場(chǎng)的應(yīng)用來(lái)看，2020年我國(guó)風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量將達(dá)1.5億千瓦，按 10%～20%的配套儲(chǔ)能計(jì)算，市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)數(shù)千億元。
大連融科在這方面也持續(xù)發(fā)力，目前已實(shí)現(xiàn)了液流儲(chǔ)能電池材料的完全國(guó)產(chǎn)化，提高了競(jìng)爭(zhēng)力。張華民介紹，一是掌握了液流儲(chǔ)儲(chǔ)能電池電解質(zhì)溶液、電 極雙極板、密封材料的批量化生產(chǎn)技術(shù)，突破了離子交換膜材料合成方法和制備工藝，實(shí)現(xiàn)了液流儲(chǔ)能電池材料的完全國(guó)產(chǎn)化；二是掌握了大功率電池模塊和電池系 統(tǒng)的設(shè)計(jì)、集成及控制技術(shù)。比如在離子交換膜方面，經(jīng)過(guò)融科的刻苦攻關(guān)，掌握了新型膜材料的合成技術(shù)，如果實(shí)現(xiàn)規(guī)�；a(chǎn)，其價(jià)位將從700美元/m 2降到200美元/m 2。電解質(zhì)溶液和雙極板等也已自主開發(fā)。張華民表示，儲(chǔ)能的競(jìng)爭(zhēng)最終是成本、性價(jià)比的競(jìng)爭(zhēng)。目前釩電池的成本為每千瓦1.3萬(wàn)元，融科的目標(biāo)是在未來(lái)將其 降到5000元，電解質(zhì)溶液每千瓦時(shí)達(dá)到2000元，這將進(jìn)一步普及其應(yīng)用。
點(diǎn)評(píng)：技術(shù)突破與商業(yè)模式并重
智能電網(wǎng)中應(yīng)用的儲(chǔ)能不僅是發(fā)揮“錦上添花”的作用，它是實(shí)現(xiàn)風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源普及及應(yīng)用的核心技術(shù)，也是提高電網(wǎng)的調(diào)峰能力和對(duì)可再 生能源并網(wǎng)的兼容能力、構(gòu)建我國(guó)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)。我國(guó)智能電網(wǎng)的逐步推進(jìn)將帶動(dòng)儲(chǔ)能技術(shù)升級(jí)，推動(dòng)儲(chǔ)能需求的快速增長(zhǎng)。而當(dāng)前我國(guó)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)化面臨 的挑戰(zhàn)中，儲(chǔ)能技術(shù)的價(jià)格政策和投資回報(bào)機(jī)制缺失、政府對(duì)大容量?jī)?chǔ)能技術(shù)的研發(fā)支持少、相關(guān)示范項(xiàng)目還較少等還需要政府相關(guān)部門出臺(tái)相應(yīng)的政策逐步解決， 而在儲(chǔ)能技術(shù)本身和商業(yè)模式上加以突破則是參與企業(yè)的“必答題”。
智能電網(wǎng)對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的基本要求在于儲(chǔ)能容量大、功率響應(yīng)速度快、儲(chǔ)能效率高、使用壽命長(zhǎng)、運(yùn)行費(fèi)用低等。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，有些儲(chǔ)能技術(shù)已經(jīng)距離 解決可再生能源發(fā)電和互動(dòng)問(wèn)題、實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用越來(lái)越近，但要儲(chǔ)能應(yīng)用“全面開花”，還需要下大力氣實(shí)現(xiàn)與儲(chǔ)能系統(tǒng)要求的“對(duì)接”。雖然各種儲(chǔ)能技 術(shù)都有其優(yōu)劣勢(shì)，“花落誰(shuí)家”一時(shí)還難見(jiàn)分曉，但儲(chǔ)能的競(jìng)爭(zhēng)終歸是性價(jià)比的競(jìng)爭(zhēng)，企業(yè)應(yīng)加大研發(fā)支持力度，在提高轉(zhuǎn)化效率、簡(jiǎn)化制造工藝、配套材料替代等 環(huán)節(jié)加強(qiáng)攻關(guān)。同時(shí)，儲(chǔ)能是系統(tǒng)工程，除了產(chǎn)品本身技術(shù)要“達(dá)標(biāo)”外，還需要配置技術(shù)、控制策略再到工程應(yīng)用等全方位“匹配”，這是對(duì)企業(yè)實(shí)力的全面考 驗(yàn)。
同時(shí)，技術(shù)并不能自我“推銷”，如果沒(méi)有好的商業(yè)模式，多好的技術(shù)也只能“束之高閣”，尤其是儲(chǔ)能在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用時(shí)間還較短的情形下，要積 極探索應(yīng)用和運(yùn)營(yíng)的多種商業(yè)模式，走基于本土技術(shù)突破再推進(jìn)商業(yè)示范和產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展模式。通過(guò)實(shí)踐破解受益方難以界定、如何界定、如何利益共享等難題，將 使儲(chǔ)能在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用“無(wú)往而不利”。
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