全球储能行业调研报告内容133523.pdf
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1、百川东到海,何时复西归?少壮不尽力,老大徒伤悲。汉乐府长歌行百学须先立志。朱熹储能行业调研报告内容(初稿)第壱章储能技术产品电能可以转换为势能、动能、电磁能、化学能等形态存储,按照其具体方式主要分为物理储能、电磁储能、化学储能三大类型。物理储能是指将电能转换为势能或动能存储的方式,主要包括抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能等。电磁储能是指直接以电磁能的方式存储电能的技术,主要包括超导电磁储能、超级电容储能等。电化学储能是通过化学反应存储电能的方式,主要包括电池储能和制氢储能等。图 1 储能方式分类其中物理储能存在的问题是对场地和设备有较高的要求,具有地域性和前期投资大的特点。电磁储能主要是指超导
2、储能,主要问题是高的制造成本以及低的能量密度。而变相储能是通过制冷或者蓄热储存能量,储能效率必然较低。与其它几种方式相比,化学储能具有使用方便、环境污染少,不受地域限制,在能量转换上不受卡诺循环限制、转化效率高、以家为家,以乡为乡,以国为国,以天下为天下。管子牧民先天下之忧而忧,后天下之乐而乐。范仲淹比能量和比功率高等优点,是储能电站储能方式的可行方案。电池储能主要包括铅酸电池、锂离子电池、钠硫电池、钒液流电池、锌空气电池、氢镍电池、燃料电池以及超级电容器,其中铅酸电池、锂离子电池、钠硫电池和液流电池是研究热点和重点。在储存电能中,由于锂电池、镍氢电池等高能二次电池目前只适合做微型或小型可携式
3、电源;钠硫电池需要在高温下运行,可靠性、安全性以及成本影响其商业化;铅酸电池虽然技术上已成熟,但充电放电性能与可靠性不佳、不能满足功率和容量同时兼顾的要求,且使用寿命短、污染环境等缺点限制其使用。由此储能上更倾向于具有明显优点的氧化还原液流电池,包括多硫化钠/溴、铁/杂多酸、铁/铬、铈/钒和全钒。铅酸电池面临严重的环保问题:我国没有形成规模的铅酸电池的回收系统,废旧电池的污染已引起政府关注。在日本、加拿大、美国、澳大利亚、西欧等国家和地区已开始取代容量小、寿命短、污染大的铅酸电池。锂离子电池的安全问题:锂离子电池的安全隐患使其不适合用于大规模储能系统,太阳/风能电厂,智能电网,通讯基站等。锂离
4、子电池产业已接近饱和,国内锂电的生产厂家有近千家,仅深圳就有 200多家锂电池生产厂。全钒液流电池容量取决于活性物质的浓度和储液槽容量,不受电池本身限制,适宜发展大规模能量储存系统;与传统的二次电池相比,其电极反应过程无相变发生,可以进行深度充放电;由于正、负极活性物质分开存储,杜绝存放过程自放电可能性;具有效率高、寿命长、价格便宜等特点。经过优化的电池系统能量效率可达 75%85%,充放电循环次数可达13000次以上,其性能远远高于现有二次电池。可通过更换溶液实现电池的“即时充电”,具备快速响应和超负荷工作能力,活性溶液可重复循环使用,不污染环境等众多优势。老当益壮,宁移白首之心;穷且益坚,
5、不坠青云之志。唐王勃人之为学,不日进则日退,独学无友,则孤陋而难成;久处一方,则习染而不自觉。顾炎武第二章 储能产品技术性能对比 电池储能技术性能比较,如下表表示:项目全钒液流电池钠硫电池锂电池铅酸电池装机容量2kW-100MW100kW-34MW16MW40MW成本/元(kWh)-13500350015001800使用寿命/a10-205-1032-3能量密度/Whkg-140120-150250-30015-30体积比能量(Wh/L)30-47100-11032060-80工作温度/-10-45300-350-40-60-20-60充放电效率70-85%65-80%90-95%65-80%
6、自放电(%/月)无自放电-0-1%2-5%活性物质再生/%100部分不能部分安全性安全不可过充电;钠和硫的 渗漏存在潜在的安全隐患需要单体监控,安全性仍有待提升安全,但废旧蓄电池严重污染环境占地面积/m3MW800-1500150-200100-150150-200维护水平少量少量少量大量优势循环次数高使用寿命长能量密度高占地少能量密度高,效率高技术成熟价格最低劣势能量密度低,占地面积大运行条件苛刻,寿命受深度充放电限制安全性差能量密度低,不能深度充放电,回收困难技术成熟度示范项目示范项目应用应用主要应用邻域大规模储能储能电厂系统调频调峰移动储能动力电池系统备用电源古之立大事者,不惟有超世之才
7、,亦必有坚忍不拔之志。苏轼吾日三省乎吾身。为人谋而不忠乎?与朋友交而不信乎?传不习乎?论语钒电池与其它蓄电池的特征比较,如下表所示:特性Property钒电池VanadiumredoxCr-Fe 电池Fe-Cr redox铅酸电池Lead-acidCd-Ni 电池Ni-Cd工作寿命Operating life/a510未知2310+放电深度Depth of discharge/%907565自放电率Self-discharge rate/%1010902090储存期限Shelf life无限未知开路电压Open-circuit voltage/V1.50.92.01.3能量密度Energy d
8、ensity/Wh.kg-125+1515301035活性物质恢复性Recovery of activematerials/%110不经济Not economic部分Possible维护水平Maintenance不需Free少量Low少量Low少量Low全钒液流储能电池与其他化学储能电池成本比较2004年主要竞争者循环寿命效率%初次投资环境影响响应时间深放电能力20年投资及费用$/KWS铅酸电池SAFT(法)3500451550中等极好不好6860镍镉电池SAFT(法)10800701700中等好不好2833钠硫电池NGK(日)3000701000严重极好好4639锌溴电池ZBB(澳)2500
9、68520严重好好3191全钒电池VRB(加)1300080289极好好好327其身正,不令而行;其身不正,虽令不从。论语吾日三省乎吾身。为人谋而不忠乎?与朋友交而不信乎?传不习乎?论语第三章 储能产品应用优劣分析目前已有的储能技术主要包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能、超导储能、铅酸电池、锂电池、钠硫电池、液流电池及超级电容器等。不同的储能技术适用于不同的应用场合和领域,根据系统功率与放电时间,可以将储能技术的主要应用领域分为能源管理、电力桥接和电能品质管理三部分。未来储能市场的发展将集中在分布式储能、分布式光伏+储能、微网等配网侧和用户侧等领域。近年来中国储能产业在项目规划、政策支持和产
10、能布局等方面均加快了发展的脚步,未来几年随着可再生能源行业的快速发展,储能市场亦将迎来快速增长。不过我国储能产业还处于发展的初级阶段,尚以示范应用为主,储能商业化应用面临着储能成本偏高、电力交易市场化程度不健全、储能技术路线不成熟、缺乏储能价格有效激励等各方面的问题,可谓机遇与挑战共存。现有的储能系统主要分为四类:机械储能、电气储能、电化学储能、热储能。目前世界占比最高的是抽水蓄能。产品应用场景各自优劣分析如下:一、机械储能包括抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能等。1、抽水储能将电网低谷时利用过剩电力作为液态能量媒体的水从地势低的水库抽到地势高的水库,电网峰荷时高地势水库中的水回流到下水库推动水
11、轮机发电机发电,效率一般为 75%左右。不足之处:选址困难,及其依赖地势;投资周期较大,损耗较高,包括抽蓄损耗+线路损耗,未来技术发展趋势为抽水储能电站流体机械的设计、复杂地质条件下高坝的施工和支护,以及抽数储能机械的国产化方向。2、压缩空气储能良辰美景奈何天,便赏心乐事谁家院。则为你如花美眷,似水流年。汤显祖人不知而不愠,不亦君子乎?论语压缩空气蓄能是利用电力系统负荷低谷时的剩余电量,由电动机带动空气压缩机,将空气压入作为储气室的密闭大容量地下洞穴,当系统发电量不足时,将压缩空气经换热器与油或天然气混合燃烧,导入燃气轮机作功发电。适用于大规模风场储能应用。目前只有德国和美国有投运的压缩空气储
12、能站,国家电网公司已立项研究10MW压缩空气储能。不足之处:效率较低。原因在于空气受到压缩时温度会升高,空气释放膨胀的过程中温度会降低。还有需要大型储气装置、一定的地质条件和依赖燃烧化石燃料。未来技术发展趋势为复杂压缩机、高负荷轴流膨胀技术及现金的压缩空气储能装置的集成控制技术的发展。3、飞轮储能飞轮储能是利用高速旋转的飞轮将能量以动能的形式储存起来。需要能量时,飞轮减速运行,将存储的能量释放出来。难点在于根据不同的用途开发不同功能的新产品,因此飞轮储能电源是一种高技术产品但原始创新性并不足,这使得它较难获得国家的科研经费支持。飞轮储能多用于工业和 UPS 中,适用于配电系统运行,以进行频率调
13、节,可用作一个不带蓄电池的UPS,当供电电源故障时,快速转移电源,维持小系统的短时间频率稳定,以保证电能质量(供电中断、电压波动等),飞轮储能最适合高功率、短时间放电或频繁充放电的储能需求。不足之处:能量密度不够高、自放电率高,如停止充电,能量在几到几十个小时内就会自行耗尽,只适合于一些细分市场,比如高品质不间断电源等。未来技术发展趋势为新型飞轮储能系统、储能整列与大型发电机组协调控制技术的研究,以及大容量飞轮储能系统在不同电力系统中的耦合控制技术发展趋势。二、电气储能1、超级电容器储能用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的电容量。与利用化学反应的蓄电池不同,超级电容器的充放电过程
14、始终是物理过程。充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保。用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的电容量。与利用化学海纳百川,有容乃大;壁立千仞,无欲则刚。林则徐丈夫志四方,有事先悬弧,焉能钧三江,终年守菰蒲。顾炎武反应的蓄电池不同,超级电容没有太复杂的东西,就是电容充电,其余就是材料的问题,目前研究的方向是能否做到面积很小,电容更大。超级电容器的发展还是很快的,目前石墨烯材料为基础的新型超级电容器,非常火。不足之处:和电池相比,其能量密度导致同等重量下储能量相对较低,直接导致的就是续航能力差,依赖于新材料的诞生。未来技术发展趋势为高能量密度和高功率密度超级电容研制以及
15、高比电容、搞工作电压、大比功率密度长循环寿命的电极材料的研发与制备技术的发展。2、超导储能利用超导体的电阻为零特性制成的储存电能的装置。超导储能系统大致包括超导线圈、低温系统、功率调节系统和监控系统4大部分。能量以超导线圈中循环流动的直流电流方式储存在磁场中。不足之处:成本高(包括材料和低温制冷系统),由于其格昂贵和维护复杂,虽然已有商业性的低温和高温超导储能产品可用,在电网中应用很少,大多是试验性的。未来技术发展趋势为高效低温制冷技术及在线管理技术的发展。三、电化学储能化学储能主要包括铅酸电池、锂离子电池、钠硫电池、镍氢电池、钒液电池等。1、铅酸电池电极主要由铅及其氧化物制成,电解液是硫酸溶
16、液的蓄电池。目前在世界上应用广泛,循环寿命可达 1000 次左右,效率能达到 80%-90%,性价比高,原料易得,价格相对低廉;高倍率放电性能良好;温度性能良好,可在-40-60的环境下工作;适合于浮充电使用,使用寿命长,无记忆效应;废旧电池容易回收,有利于保护环境。常用于电力系统的事故电源或备用电源。不足之处:如果深度、快速大功率放电时,可用容量会下降。其缺点人之为学,不日进则日退,独学无友,则孤陋而难成;久处一方,则习染而不自觉。顾炎武我尽一杯,与君发三愿:一愿世清平,二愿身强健,三愿临老头,数与君相见。白居易是能量密度低,寿命短,比能量低,一般 30-40Wh/kg;使用寿命不及Cd/N
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