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全钒液流电池日益受到重视

作者:威廉亚洲 发布时间:2020-12-17 10:27 点击数:

  分布式能源是一种布置在用户侧的集能源生产消费为一体的能源供应方式,可为用户提供冷热电多种能源供应,具有就地利用、清洁低碳、多元互动、灵活高效等特征,是现代能源系统不可或缺的重要组成部分。分布式储能是分布式能源系统的必要辅助,分布式储能系统接入位置灵活,目前多在中低压配电网、分布式

  本文来源:微信公众号 东滩顾问 dongtanimc 作者:莫金玉 尹福臣

  分布式储能在美国、欧洲、澳大利亚、日本等区域中应用较为活跃,这些国家除了具有较高的终端用户电价、合理的峰谷电价差等比较有利于储能应用的电价制度外,还纷纷出台分布式储能补贴或激励政策,支持本地光储混合系统或独立户用储能系统的发展,以达到帮助用户降低电价、提高可再生能源利用比例、提升电能质量或灾备能力等目的。

  中国已投运储能项目累计装机规模32.4GW,占全球市场总规模的17.6%,2019年新增电化学储能装机规模位列世界第一。随着我国大力推动“新基建”的建设,通信系统、商业园区、工业厂房、社区住宅、海岛、偏远地区等场景对稳定供电的需求增大,分布式储能拥有巨大的市场蓝海。分布式储能正在成为新的产业风口,原有的新能源、动力电池、智能电网等领域的企业纷纷进入该领域寻找新的增长机会。

  国家电网公司办公厅印发《关于促进电化学储能健康有序发展的指导意见》,指出国网将积极支持服务储能发展,有序开展储能投资建设业务,加强储能和电网统筹规划,推动完善储能政策机制等方针。分布式储能作为一种延缓高昂的基础设施投资的非电网方案,是未来能源发展的必要选择。

  一方面,新能源+储能,提升能源稳定度。我国政府承诺2030年左右碳排放达到峰值,煤电占比下降、新能源规模化发展;可再生能源发电具有波动性间、歇性、随机性,与储能结合才能担当能源供应的主力。另一方面,新能源+储能,增加能源转换路径。合理配置储能电站,推进储能技术与新模式应用示范,促进多种能源互补互济,实现能源的充分利用。

  我国能源分布不均衡,东部是中国能源的主要负荷区,东部、东南部主要是消费区,西边、北边是生产区。近年来,我国“电荒”波及范围和程度愈演愈烈,市场呼唤新的能源调配方式。分布式能源将有助于改变能源空间布局,开发中东部地区的太阳能、风能、生物质能等非化石能源,东部将不仅是能源的消费者,而且是能源的生产者。

  储能是未来发展的必然趋势,由于新能源规模化的接入电网、电力削峰填谷、参与调压调频、发展微电网等方面的需要,储能在未来电力系统中将是不可或缺的角色。储能是理解未来能源结构的关键,作为推动未来能源发展的前瞻性技术,储能产业在新能源并网、电动汽车、微电网、家庭储能系统、电网支撑服务等方面都将发挥巨大作用。

  根据能量转换的形式,分布式储能技术大致可以分为三类,物理储能、化学储能、其他储能。物理储能包括抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能;化学储能包括铅酸、镍氢、锂离子、液流和熔融盐等各类电池储能;其他储能包括超导储能、超级电容储能、高密度电容储能等。

  截至2020年3月底,全球已投运电力储能项目的累计装机规模达184.7GW,其中抽水蓄能项目主要用于发电侧储能,一般由电力公司投资用于削峰填谷稳定电力供应,已投运抽水蓄能项目占比达92.6%;其次为电化学储能,可以适应各种分布式储能场景,已投运电化学储能项目累计装机规模为9660.8MW,其中最为成熟的锂离子电池占据主流。

  目前储能技术进步最快的是化学储能,其中钠硫电池、钒液流电池、锂离子电池及超级电容器技术的安全性、能量转换效率和经济性等取得较大突破,产业化的条件日渐成熟,处于由技术积累向产业化迈进的关键时期。锂离子电池、铅蓄电池等主流的电化学储能技术越来越难以满足快速发展的大容量储能需求,而全钒液流电池具有容量大、安全环保、循环寿命长、能量转换效率高,应用价值日益受到重视,成为大容量储能领域的首选技术之一。

  燃料电池、固态电池、超级电容等产品技术将引领未来分布式储能产业变革。燃料电池在技术和产业化方面都取得了重要的进展,如产业化的燃料电池电堆功率密度达到2.0kW/L,掌握了-30°C存储和-30°C低温启动技术,燃料电池系统寿命超过5000h。固态电池量产技术即将实现突破,丰田、本田、日产等23家汽车、电池和材料企业以及15家学术机构参与该计划,计划到2022年全面掌握全固态电池技术。超级电容器的技术发展包括混合型超级电容研发技术、高能量密度和高功率密度超级电容研发与制备技术等。

  从电力系统角度看,分布式储能的应用场景可分为发电侧-电网侧-用户侧三大场景。发电侧主要用于平滑新能源发电,平滑新能源输出;电网侧主要用于调峰调频,削峰填谷,增加电网稳定性;用户侧主要用于削峰填谷电价套利、光伏+储能、通信基站备用电源、数据中心备用电源,以及构建微电网等。

  从发展现状看,发电侧储能主要应用集中在火电储能调频及新能源电站配置储能,其中在辅助服务调频侧,市场容量已接近饱和;电网侧储能2018年呈现爆发式增长,2019年两次被国网叫停陷入僵局;在用户侧储能方面,商业综合体、CBD、大型酒店等商业用户执行固定的商业综合电价,不存在峰谷价差,不需要储能峰谷价差套利。未来随着更灵活的电价改革和政策补贴,用户侧储能市场有望释放。

  新基建和分布式能源系统互相促进。数据中心、5G基站的建设运行,对新型能源有强烈的需求;新能源汽车和电动汽车充电桩的普及将改变我国城市的能源消费模式,形成真正的能源互联网,对分布式储能设备产生新的需求。

  收益来源多元化是分布式储能发展的关键,通过商业模式的创新,可以为分布式储能产业的发展注入新的动力。

  当动力电池不能完全满足电动车车用需求时,可以应用于其他场景,如低速电动车电网储能、家庭储能、充电宝,继续发挥其功能,做到资源利用的最大化。例如,蔚来汽车开创了换电+车电分离模式,根据不同用户出行场景的用电需求,提供一键加电服务,电池所有权归厂家,并进行梯次利用。

  可再生能源受天气影响较大,但是配合分布式储能就可以平复发电波动、存储余电,改善发电质量,基本解决消纳问题。“光储充”一体化充电站建设在新能源汽车充电站建设上的一次创新尝试。充电站使用的是清洁能源供电,通过光伏发电后储存电能,光伏、储能和充电设施形成了一个微网,根据需求与公共电网智能互动,并可实现并网、离网两种不同运行模式。例如,特斯拉已经完成了“光伏+储能+电动车”的产业闭环布局,在打破传统能源基础设施的垄断,使微网和局域网成为可能。

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