储能国际峰会2014——分论坛二:先进储能技术需求及解决方案 文字实录
储能国际峰会2014——分论坛二:先进储能技术需求及解决方案 文字实录
会议地址:国家会议中心三层会议区会议室309B
会议时间:2014年6月24日(上午)
主持人:各位嘉宾、大家上午好,欢迎来到储能国际高峰会2014先进储能技术需求及解决方案分论坛。我是中国科学院工程热物理研究所储能研究中心陈海生。
今天上午我们将与来自行业协会、大学研究所和公司的7位嘉宾,为大家来做精彩报告。首先我们有请中国电力企业联合会标准化管理中心主任许松林,他报告的题目是《电力储能标准化现状与展望》,大家欢迎。
许松林:
我报告的题目是“电力储能标准化现状与展望”。我将从储能发展的概况、储能在电力系统中的应用及实例、电力储能标委会级标准化工作三个方面进行介绍。
储能标准化的发展,离不开储能技术的发展,既是储能技术发展和储能电站建设的需要,也是对储能技术发展的总结。美国在金融危机之后,开始了大规模的储能产业发展。根据相关法案,美国政府在2009年上半年,拨款20亿美元支持包括大规模储能在内的电池技术开发。日本也一直重视发展储能技术和储能能源领域的应用。目前在钠硫电池,液流电池技术等多个电池技术领域,日本已处于世界领先的地位。德国、澳大利亚、英国、瑞士、韩国等国家在不同储能技术领域,取得了世界领先的水平。
2011年全球储为121兆瓦,预计到2021年达到12353兆瓦,总量增长达100倍,这意味着十年内将有1220亿美元的投资进入储能开发项目上来。在储能项目中,可再生能源并网方面占比将近一半。近几年我国储能产业发展较快,国内储能技术研究和应用,以及电力系统应用等方面的发展也开始加快,拥有核工业西南物理研究所等示范工程。我国储能发展总体落后发达国家。截至2013年底,我国电力储能总量2151.1万千瓦。仅占全国装机的1.7%,其中抽水储能达2000多万千瓦。
储能可运用到电力系统的各个环节,包括发电,输电和配电等环节,其作用为提高稳定性、支撑振荡电压等。在电动汽车领域,储能可以给电动汽车充电。在风电和光伏等新能源方面,储能也发挥了巨大的作用。对微网而言,储能技术可以对电网进行调峰,同时也对电网的结构形态、规划设计、调度管理、运营控制、以及使用方式等产生一定的影响。储能新能源将储能系统与新能源发电相结合,最大限度的发挥光伏的经济效益,满足系统当中电力供需平衡。
储能在用户端的作用为用户分时电价的管理、容量费用的管理、电能质量管理等。我国也有一些示范工程,包括国家风光储输工程等,同时实现了计划发电、系统调频等多项高级应用。
电力储能标准体系的范围,指储能系统并网及应用的各个环节与过程,包括规划设计招标建造、设备实验检测、工程建设的组织、安装施工、交界验收、运行交易、维护进修报废等。对于电力储能的标准,重点关注储能装置的外特性及其适用性,不涉及储能的本体材料。抽水储能已经有了相对完善的的技术标准体系。
IECTC120标准,是于2012年10月经过SMB讨论成立的标准体系,国内的技术对口单位包括中国电力企业联合会和全国电力储能标准技术委员会。中国电力企业联合会主要负责电器储能系统的规划、设计建设运行管理和维护等方面的国际工作。
全国电力储能标准技术委员会于2014年5月批准成立的。标委会主要工作是:一、制订与研究、修订标准;二、进行基础研究,对指定的标准进行验证。这也形成了包括规划与设计、社会集成、并网及检测,维护等在内的体系。除了储能电站设计规范已编制完成外,其它的标准规范都还在编制中。我们也准备一些标准规范在企业中试行后,经论证上升为行业标准和国家标准。
我认为,我国的储能要走向国际,就要在标准制定上设置高起点,这样才能促进我国储能技术的发展。谢谢大家。
主持人:
主持人:感谢许松林主任。下面有请北京氢璞创能科技有限公司董事长、总经理欧阳洵博士,为大家带来题为《燃料电池技术及应用》的演讲。
欧阳洵:
大家好,燃料电池不属于储能行业,所以我今天要把燃料电池和储能结合在一起介绍。从储能技术方面来说,可分为机械储能,飞轮储能,压缩工具储能等。
燃料电池是一种发电技术,是直接将燃料的化学能转化成电能的发电装置。最简单的燃料电池是将氢气与氧气结合,还可以使用甲醇或天然气等。燃料电池最早在航天项目中被使用的,现在已逐渐走向商业化。燃料电池分很多种,最常用的燃料电池通常是千瓦到兆瓦级的,因此可以在储能领域中使用。其他种类的燃料电池有磷酸燃料电池等。这些燃料电池由于技术不同、反应温度不同,使用方式也不同。燃料电池在过去5到10年中发展较快,尤其是近几年全球燃料电池市场的销量翻了三番。2012年整个行业达到了近180兆瓦的总量。
据预测,2014年全球市场的燃料电池装机容量可能超过400兆瓦,五年以后发展会更快。目前使用的燃料包括氢气、天然气和甲醇。其中氢气可以实现零排放;甲醇在我国风、光资源价差地区有一定应用,我国天然气在发电方面应用较少。燃料电池的发电优势在于效率较高,可以实现零排放。
燃料电可用于小型分布式电源,未来或许还能实现将太阳能直接转化成燃料能。在国外有很多燃料电池与电网结合应用的例子,同时燃料电池可以实现与光伏及抽水储能的很好结合。在日本,燃料电池除了可以提供电力外,还可以成为供热热源。在中国,燃料电池与储能结合也有一定的发展。在效益分析方面,随着系统规模的增加,系统成本也相应增加。据我测算,燃料电池投入的成本大概在2-3年后即可收回。
谢谢大家。
主持人:
主持人:感谢欧阳洵博士的报告。下面有请清华大学副研究员戴兴建博士,为大家做《飞轮储能技术 应用于独立动力系统调峰》的报告。
戴兴建:
各位来宾上午好,我将对飞轮储能在调峰上的应用作如下分享。
飞轮储能已在全球广泛应用,这些应用包括作为跨越电网,备用电网启动,以及作为调频电站、独立风力发电的输出调节等。近10年来,为了提高储能密度,飞轮储能开始采用更先进的复合材料。此外磁悬浮技术也在该领域有应用。
和国外相比,我国的飞轮储能技术还相对落后,但是近期在关键技术方面有所突破,部分大学和研究机构完成了集成装置研究。可以说现在我国的飞轮储能技术,已经处于从实验室研究向企业转化的过程中,但目前我国飞轮储能的文献数量在储能领域的占比仍然很小。
1997年的时候,我们开发了一套实验装置,使用了复合材料和线性装置,但是功率很小不能实际应用,后来我们又开发出一套采用钢飞轮做的装置。最近我们做了一套600毫米高的装置,比早期的飞轮大了很多。
我们曾经做过检测,转机动力的脉冲负荷大概是七八百千瓦,长时间工作的话大概是200千瓦。中原油田曾经提出过这样一个思路,在低负荷的时候,我们是不是可以把多余的功力储存起来,放在储能装置中,等到发动机功率不足的时候再使用,以此达到节能的目标。当绞车处于停止状态时,发动机的功率调控电机,发动机运行发出能量,当绞车启动的时候,飞轮储能释放能量,作为电动机来运行。整个装置支持频繁工作,三分钟一个循环。
我们用一年半的时间设计系统,然后进行了飞轮储能系统充放电实验。在工程实施过程中,系统在多数时间是不工作的,每次只工作几十秒,剩下的时间大多是在准备提升或者等待下降。柴油发动机通过传统系统进行发电,然后用飞轮进行储能,当系统需要提升功率的时候,飞轮的电机会变成发动机,驱动电力传导,将存储的功率用回到系统中。
绞车在下放过程中能感知到转杆的重量,在重力作用下,绞车会随时处于刹车状态,会消耗很多能量,而给它提供能量的发动机会形成空载,如果能将这些因为空载造成了能量损耗储存起来,把损失的功率用于调峰运行过程中,可以有效地改善发动机工作状态。
在去年4月到9月开展的中原油田项目中,我们使用的发动机采用了对负荷能力不提供大功率损失的攻略,在实验中,我们全程使用了天然气发动机来进行钻井施工,为他们提供了大规模的数据。
我们认为,飞轮储能技术对钻井应用非常重要,其中有大量的关键技术,而且研制出了国内首套动力系统,调峰控制台。这套系统反应灵敏,目前已经经过了12年间的1600多次考验。
我们认为,在项目中,发动机的平稳工作特性得到了很大改善。对此,清华大学也申报了一些专利,培养了一批学生,承担起应有的责任。
我的报告就到这里,谢谢。
主持人:
主持人:感谢戴老师,下面有请中国科学院大连化学物理研究所王小丽,她演讲的题目是《钒氧化还原液流电池的大规模能源解决方案》,有请。
王小丽:
张华民教授今天有事情没到场,首先我转达一下他的歉意,然后跟大家分享一下我们的一些思考。我们的报告主要将聚焦在液流电池方面。
随着经济发展,我国能源消费量快速增加,在过去十年间,我们还是以煤炭、石油等化石能源消费为主,可再生能源使用量的增长幅度非常小。化石能源可以支持国家的高速发展,但是从环境角度看已经达到了极限。目前来看,发展新能源的成本还是偏高的,但是如果我们把化石能源带来的环境治理成本也加上的话,其实化石能源的成本同样很高。所以我们在考虑储能成本的时候,要从经济效益和社会环境效益的双重角度来思考。最近习总书记提出了能源消费、能源供给、能源技术、能源体制四方面要求,对新能源推广将产生深远影响。因此我们也在想,关于可再生能源,不能仅从电价本身去考虑,能源资源、能源安全、空气质量等,也要在考虑的范围内。
可再生能源是全球实现低碳能源转型的关键,这是大势所趋,从很多报告中我们也可以看到,很多国家都制定了2020甚至是2050年规划,可再生能源在未来的电力消费中将占到50%甚至是80%的比重,逐渐从辅助能源转变成主导能源,成为大规模使用的储能技术。
现在美国的储能发展也比较快,加州、纽约州、夏威夷等地也都在立法,并做出详细的规划。根据他们的数据,22个储能项目中有12个项目是液流电池。我们大连化物所主导技术,我们很有信心把液流电池做好。另外,欧盟在这方面也有经费支持。日本北海道的项目使用液流电池也非常可行,而且液流电池在日本发展也比较快。
总体来讲,发展大规模储能技术首先要把安全性做好,其次要考虑环境问题和社会问题,然后就提高储能技术。
在我们的实验系统中,电池的循环寿命已经达到了13000次,但我们还需要通过实际来检验这个数据。从充放电响应速度来看,对整个电池的封闭稳定性、系统的安全性等方面还需要继续提高。在电池的整个生命周期中,通过可再生技术或者提纯技术可以让电池重复使用,或者我们也可以考虑用租赁等方式,避免让用户过多承担成本。
液流电池的缺点在于体积大、比较重,储能密度比较低,现在的定位是固定式的,常用于大型的储能项目中。
大连化物所与融科储能全钒实验室主要是进行原理性验证和简单的设计。2008年融科公司成立后,主要是把实验室成果进行工程化和产业化开发,比如5兆瓦,10兆瓦系统的安装设计与运行。从2013年开始,我们不断升级技术,到现在可以提供全产业链,尤其是关键材料。
现在来看液流电池的最大问题是成本比较高,尤其是关键原材料的成本,其中离子交换膜占到了成本的20%-30%,这也是我们下一段要研发的重点方向。现在我们推出了非氟多孔离子传导膜,已经在内部进行了小批量生产,从电压效率和充放电实验数据来看,这种膜在导电性等综合方面表现非常好,稳定性也不错。
另外我们也做液流电池的电堆,之前做的电堆密度大概是80毫安每平方厘米,看上去非常大。现在技术发展的方向就是把电堆功率密度放在材料上,另外我们对电堆结构进行了重新设计,在同样电堆规格下,可以得到更大功率。我们的第二代电堆产品体积更小,功率密度可以达到110毫安,这意味着电池材料在大幅度减少,大概降低了30%左右,现在这种电堆已经实现了规模化生产。
此外我们还推出了集装箱式的高密度电堆,这种产品的最大优势是我们事先进行了标准化设计,所以在工厂里我们只需要简单的电路和管路,就能完成系统集成工作,大大节省了工作量,同时也能保证品质。在使用过程中,也可以直接进行环评,省去了业主的麻烦,非常便捷。
2014年,我们陆续实施了将近20个项目,累计装机容量12兆瓦,电解热出口达到了100兆瓦时。
在国外市场方面,我们在德国获得了250千瓦的一个项目。另外,我们还在美国的华盛顿与合作伙伴共同开发项目。
产业发展标准方面,大家都比较关心液流电池的参数,还有电解液检测方法,所以我们也在参与一些标准制定工作。2012年我们与欧洲的一些国家共同发布了液流电池协议,低于行业标准,属于行业规范。
基于我们前期的一些研究成果,我们想在未来电解质主要使用全钒液流电池,一方面是因为制造原理简单,此外这种电池可以回收利用,可以减轻环境污染。
储能目前来说还是个课题,没有真正达到大规模应用,或者进入产业化发展阶段。希望在座的各位可以共同努力,让环境变得更好。
谢谢大家。
主持人:
感谢王小丽,也感谢其他嘉宾的精彩发言,今天上半场会议到此结束,茶歇时间后继续。
(茶歇)
主持人:
感谢大家回来,下面继续我们的演讲。首先有请防化研究院副研究员程杰博士,他演讲的题目是《锌镍单液流电池的研发和应用》,有请。
程杰:
我们机构主要是做电池的研发和应用方面的研究。从应用层面来看,现在锂电、电解液等电池的寿命比较长,镍电池还有很多需要提高的地方。在此情况下,我们提出了锌镍电池,它的正极是氢离子,不会导致活性物质或者结构材料坍塌,而且无毒,稳定性和寿命都很好。根据我们前期做的实验数据,这种电池在实验室的循环寿命可以做到万次以上,而且容量大概可以保持在90%左右,说明电池寿命还很长。
我们在实验中用的溶液是氧化锌,从电池性能角度看,锌的存在会让电流效应有所下降,电解液的流速也会受到影响,进而影响整个电池的效率,主要原因是锌导致了电池正负极降低。通过比较电流密度实验,我们发现在没有含锌、百分之百充电后的电池中,循环性能会很快下降,大概在500次循环后,衰减会变得特别明显。在使用氧化锌之后,电池500次循环后还会保持的很好,而且在恒流充电的情况下,放电效率可以达到100%。也就是说,溶液中锌的存在提高了电池寿命。
我们也对溶液的流动结构做了研究。在金属溶液中,溶液的均匀性非常关键,所以要尽量做到流速的平均,这一点在单层结构和多层流动中都是一样的。
为了提高电流密度,我们也做了一些电池结构方面的研究。通过降低镍的激化,电池效率可以达到75%,这个数据对于锌电来说已经很高了,大概每平方厘米80的电流密度,可以达到4C或者5C的放电,能达到较高的倍率。
锌镍单液流电池的温度非常特别,电池在-40℃到-20℃的情况下下降非常小,大概下降80%左右。在提高截止电压的情况下,大概也能达到60%到70%左右。这说明在低温情况下,这种电池的效率比较高,低温性能比较好,比有很大改善。
在张北示范基地,我们做了一个50千瓦时的储能系统,电池在额定功率工作的情况下,差不多可以达到80%的能量效率。电池在200安下充电,最高能量效率可以达到75%。所以说,由于条件的不同,能量效率也会发生变化。
国外的一个课题组也做了与我们类似的电池结构,只是在溶液流动方面稍有差别。他们电池的一致性,与我们的实验结果差不多。这说明电池本身比较容易做到一致性,整体溶液容易实现均匀性控制。
我们在前期研究的基础上也进行了优化,将整体的泵放到电池内部,结构类似铅酸电池,这样的设计可以得到比较高的能量效率。
总体来说,镍流电池使用碱性溶液,整体上没有爆炸和燃烧的风险,安全可控。另外,镍流电池的循环使用率很高,而且抗低温性能很好。第三,这种电池环保无污染,整体上材料是可以回收的,镍和锌的回收都比较方便。现在主要的问题是成本问题,原材料的目标成本可以做到2元钱甚至到1.5元以下,但是研发成本比较高。
感谢我的课题组,谢谢大家对我们的关注。
主持人:
感谢程杰博士。接下来一位发言人是Primus Power 公司的首席执行官 Tom Stepien 先生,有请。
Tom Stepien 先生 :
我们公司在美国西北部有一个电站,附近有很多大公司的总部,我们的水力发电系统为这些公司供电,同时我们也为一些公司提供天然气。
在中国,有三分之二的电是靠燃煤来产生,而在美国则主要是靠天然气。过去,美国最主要的发电能源也是煤,现在天然气价格非常便宜,所以使用量超过了煤。在华盛顿地区,我们有21个水电站,基本上都是由能源部控制的。
下面我讲一个我们公司在高效低成本储能装置方面的案例。
在距离西雅图13公里的一个小岛上,很多人在那里工作,但是岛上没有天然气,发电很不方便。后来我们在岛上建了三个变电站,输电能力占到了90%,基本能满足需求。冬天的早晨是用电高峰,因此我们还需要调节能源效率,解决这一问题。所以我们可能会建造第四个电站,并增加储能系统。
但解决这一问题还需要考虑经济效益的问题。电气研究所的朋友告诉我们,储能系统可以给我们带来很大的价值,远超过我们要付出的成本。
曾经有研究小组向美国国会提交分析报告,建设一个新变电站我们需要准备场地、购买电池、让系统运行起来,并进行后期维护,综合成本大概在1800万到2400万美元之间。另外我们也计算过,这个岛如果在每个季度停一次电,就会给企业造成非常大的损失。如果我们能建立微电网,就可以解决这一问题。而微电网的成本,大概在1000万美元左右。之后我们又对美国的其他电厂进行了分析。目前在美国有3200家电厂,分布在50多个州,得出了结论是建造变电站的成本要远高于使用电池做储能。因此综合考虑之后,我们选择了用电池做储能变电站。这个变电站,将在今年年底正式运行。
这个变电站使用的是标准化的电池,另外我们对液流电池的电极进行了重新设计,虽然金属电极的价格更高,但能量密度是现有电池的10倍。此外我们也使用单独管道、单独泵等方式来进一步降低成本。另外最重要的一点,我们还会考虑生命周期成本,如果电站可以使用更长的时间,也是在降低成本。
第二个案例位于加州中部,这个地区在四五年前发现了金子,大概是在谷底的位置。运营这个项目的公司希望做出经济型的决策,因为公司周边还有一些小区、教堂等设施。刚好在项目推进过程中,奥巴马总统对电力项目提出了一些新要求,希望能够降低煤炭排放,关闭污染严重的工厂,将可再生能源的比例进一步提高到33%左右。
我们考虑了电网的灵活性、智能化,然后购买了6个发动机,建造了整个分布式的网络系统。在这个区域,我们采用了地热发电,与传统的火电相比,更加清洁,而且性能更好。由于使用天然气发动机,我们在固定容量范围内可以达到最大的功率,所以从计算总体经济效益的角度看,我们大概节约了30%左右的成本。
现在,我们在整个房屋建筑中都需要很多电力,同时我们还会考虑配电线之间的相互联系、安装场地、额外的扩展空间等问题。我们尽量将电池放在可控范围内,利用可再生能源进行发电,然后结合储能系统,为整个电网输送电力。我们会根据成本来选择储存中心,也会采用分布式电池等方式,提高使用效率。能源存储装置在安装后不需要拆开,如果有需要,可以整体移到其它位置,进行快速安装,这也能提高工作效率并降低成本。
谢谢,希望明年可以再次来到这里,继续与大家进行分享。
主持人:
非常感谢您的演讲。我们下一位演讲嘉宾是ABB瑞士公司ATP-S 总经理 Dario Cicio 先生,有请。
Dario Cicio:
在此我想跟大家简单介绍一下,整个电池的储存系统。
我们可以看到,可再生能源的市场发展趋势与传统能源储备市场有些不同,这意味着我们必须根据相关的法律法规来提供可再生能源的储能。
北京现在有很多电动车,这些电动车都需要快速充放电的基础设施,为了支撑未来的这一需求,我们必须有很好的储能系统。现在,整个产业内部也对储能提出了很高的要求。
能源储备主要有两个类别,分别用于应对长期和短期的不同放电时间。一般来说,ABB在选择电池的时候,会在技术上把电池独立区分出来,依照客户的需求,使用不同的储能技术做系统。除了提供产品,ABB还可以提供复杂的解决方案,以满足客户的不同安装需要,包括如何选择适合的规模系统,如何组建电池储能,使用怎样的管理系统,如何选择控制器,确定变电器使用中压还是高压等。所有用于储能的电池都是标准化的产品。
我们主要生产模型化的产品,同时也提供灵活的储能产品组合方案,以及一揽子解决方案。在这些解决方案中,抵押转化器、变电器等,都是比较有效的解决方案。我们也会提供易安装的产品,方便消费者在购买后能够尽快安装。此外还有针对电力应用和电视应用等方面的扩展化服务、便携式储能产品等。
储能最重要的是控制器系统,它和整个电池管理系统连成一体,可以检测并保护所有设备。通过检测网络,我们可以获得前期数据,然后与模块中心进行沟通,然后经过计算,更好地让系统运行。这种控制器有单界面和双界面等形式,可以与新基站共同使用。
我们在全球100多个国家和地区都有业务,并配备了技术团队。我们也有相关的协议为当地合作商进行培训,并负责现场监督,进一步检测整个电池储能系统的生命周期。
我们在能源管理系统方面也有很多经验,比如在加利福尼亚的一些项目中,我们提供了整个电力转化项目,在整个控制器和保护系统上,都先做了模拟运行,然后持续进行监督。在纽约的项目主要针对能源领域,主要安装了PCS能量控制设施。在中国的北京,我们也有类似项目,2010年我们安装了2兆瓦的项目。在英国的项目中,我们根据客户要求做了可再生能源并网,对动态电网进行提升。2003年,我们做过最大规模的电池项目,客户需求包括电力质量、容量等方面。
以上就是我想向大家介绍的产品组合,和我们能提供的一些解决方案。我们在外面还有一个展台,大家有问题也可以到展台来做进一步的沟通,谢谢。
主持人:
谢谢您的发言。那么我们今天上午的分会场结束,谢谢大家的聆听。
(午餐)
主持人:
大家下午好,我负责今天下午的主持工作,下面有请来自中国电力科学研究院新能源所的叶博士,他将与我们分享一下,储能技术解决方案的适用性和需求对接。大家欢迎。
叶季蕾:
首先我代表杨波先生说一声抱歉,对应的,我演讲的主题也有所调整,请大家见谅。
我是来自中国电科院学能源所的叶季蕾,今天汇报的题目是《储能用于平移城市负荷快速增长的技术》,主要从以下几部分进行介绍:第一,介绍一下这一领域的应用背景;第二,对储能系统在城市电网中的典型应用模式做一个总结;第三部分,探讨储能容量和选址的方法,对储能系统在城市电网运用经济性的分析。
应用背景
目前我国城市发展的现状、城市电网中主要存在以下几个问题:第一,建设标准不够统一;第二,网络结构和设施不规范;第三,由于城市快速发展,负荷的快速增长,造成电网的规划和城市规划脱节,如果通过传统的旧线改造,会对其他公共设施造成破坏;第四,配电网结构越来越复杂,需要进一步加强安全。
我们看一下城市负荷现状,现在城市的负荷整体呈现增加趋势,用电峰谷差很大,尤其是第三产业的增幅比较明显,中心城市负荷密度比较高,供电要求较高。
储能系统在城市电网中,能够提高系统的可靠性,同时在不同的场景下,要用到不同的储能方式。第一产业在城市产业中的比重比较低,因此暂不考虑对储能技术的需求。在第二产业中,工业对供电性的要求比较高,而且整体需求比较平稳,昼夜峰谷差不是很大。所以我们可以对工业中不可中断的负荷选用功率型的储能系统,对于负荷用量比较大的,选择能量型的储能系统。第三产业的负荷容量也比较大,峰谷差比较明显,持续时间比较长,在这个场景中我们建议应用能量型的储能系统。而对于居民用电来说,目前对电能质量要求不太高,对储能系统配置的需求还比较小,因此我们会考虑未来会用分布式能源来介入,加上用一些鼓励政策,降低储能成本,提高居民用电的稳定性。
储能系统在城市电网中的典型应用模式
第一种是削峰填谷,持续时间在2到6个小时,需要根据具体区域中负荷峰谷持续时间来选择,它的应用场合大多是用来应对日益增长的高峰,或者是在一定功率下进行放电,在并网模式下工作。
第二种是应急电源应用模式,持续时间大概2到4小时,一般用在紧急场合中,比如一些变电站被破坏,或者计划维修等。对应的应用模式既要能够并网运行,同时也要满足自动切换、联网运行。
第三种是备用容量模式,对储能技术和功率需求会根据某一区域的配电以及增长值来选择,持续时间为一天。这种模式的应用场合又细分为以下几种:超出而定变压器的备用、为重要负荷提供备用、未来电力需求增长超出预计时的备用、应用配电网改造延期场合等。备用容量是用并网方式的模式来运行。
城市电网储能的典型选址方法
城市电网储能的典型配制方法主要包括:储能介入对调整配电网的电压分布,调整电压分布差,以及减少配电网的网损三个方面进行分析。
我们可以看到,储能介入对储能接入点的电压是有影响的,主要影响因素在于储能功率的大小、储能的位置、以及运行的功率因素。我们通过不同的注入,不同储能位置的介入,还有对不同储能功率参数的运行方式进行分析,主要得出以下结论:第一,储能系统的容量增加会对调整分布产生明显作用,但如果储能系统的容量增加到一定时候,会对接入点的电压造成影响,因此我们要选择合适的储能系统容量;另外一方面,对储能系统介入位置的分析结果是,当储能系统介入线路末端,对改善提高电压的作用更加明显;第三,在系统低功率运行的时候,对这个系统电压更加明显,能起到改善偏差的作用。
负荷变化率可以通过调节储能充放电来改善,同样,我们也对这几个方面的影响因素进行了分析。当储能容量介入一定系统时,它的短路容量增加,在低功率因素,无功的基础上,偏差更加明显。
从理论上分析,我们总结出以下几点规律:对于储能系统,介入的选址是基本原则,第一是要尽量安装在线路末端,储能线路末端对提高电压支撑作用更加明显;第二,优先考虑供电节电;第三,选择电压灵敏度高的节点,这些节点的支撑作用更明显。
对于备用方式和类型来说,分散式的储能比集中式更加有利,可以有效减少对电网的依赖,同时减少对线路的网损,因此可以选择一些混合型的储能、功率型储能等。
储能系统在城市电网的经济性分析
在应用场景中,收益大概来自削峰填谷的投资收益、降低网损、应急电源收益、备用容量体系的收益。
其中,应急电源收益可以通过减少地区的停电损失,反映出储能系统对提高电网可靠性的作用。另外应急电源的应用还体现在可以带来很多的社会效益,这一点不能具体进行量化。
备用容量体系可以节省其他容量支出,这方面需要用综合效应理论进行计算,而不是简单的加和。
以上就是我的演讲内容,希望能对大家在储能应用方面的了解起一些参考作用。谢谢。
主持人:
以前我经常被人问到,到底储能系统做多大?功率和容量怎么配制?放在哪儿好?通过叶博士刚才的介绍,我们都可以找到答案,再次感谢叶博士的精彩演讲。
我们下一位演讲嘉宾是来自美国UniEnergy技术有限公司总裁杨振国博士,他演讲的主题是《新一代全钒液流电池的应用》,大家欢迎。
杨振国:
首先我简单介绍一下UniEnergy公司。UniEnergy是美国一家公司,位于西雅图北部。我们是储能设备制造商,工作重点是进行技术革新,建立合作伙伴,同时也强调质量控制。
通过技术革新,我们研发了新一代矾液流电池。我们使用了新一代电解液和电堆,此外还对电子和店里进行控制,形成集装箱化的系统。最近我们推出了复核单元,是大型的兆瓦级系统,高度集成,我们会建一些混凝土地面,然后放置集装箱,接上电源系统就可以运行。我们现阶段的计划是,到明年年初至少要装3个兆瓦级的系统。
矾液流电池有以下优点:由于这种电解液的稳定性,可以用高一些的浓度,加上利用率,实际上能量密度会高出很多,而在实际的系统堆设置上,我们可以缩小占地面积,进行集装箱化;第二,可适应的温度区间比较大,在零下40度不会结冰,温度上升到50度的时候也可以操作;第三,用新型电解液可以改善稳定性和电池性能。这些由于化学而带来的优点,在工程化和系统设置上都能体现出优势。
刚才讲到电堆,其实中国有很多企业这方面做的很好,而且也在准备大规模生产。希望能在质量控制和价格控制方面作的更好。另外我们认为,电解液也要形成产业化,矾化学的精炼、产品的增值都很重要。
在集装箱方面,集装箱更便于运输,但是需要从制造、组装、安装等方面做的更加精确,做好质量控制。
另外我想强调一下电池的安全性。从技术上讲,水剂本身就是灭火剂,同时水的热容量非常大,当大体积的电池充满以后,电化学反应照常进行,有一定的危险性。另外还有腐蚀性方面也需要注意。在美国,操作这种电池的时候,一定会有单个的控制,针对系统安装有很厚的说明书。
在电池价格没降下来的时候,我们希望可以用调频、储能等方式让电池给我们带来更多利益,使用的地方多了,综合效益也就多了。在储能市场还没有完全成熟之前,这一点也非常重要。
我们总结了一下,在矾液流电池系统中,第一没有火灾危险;第二,通过增加电池部件的寿命来增加电池使用的循环次数,因为发电站要求的寿命会比较长,所以不论是一块电池的效率还是一个电堆的效率,都应该考虑到;第三是成本,要综合考虑项目造价和循环次数之间的关系。
在我们的项目中,国家实验室给予了我们大力支持。现在我们有40个工程师,还有一部分人专门做销售和市场。
以上就是我的演讲,谢谢大家。
主持人:
谢谢,下面有请日本碍子株式会社钠硫电池事业部设计部部长玉越富夫先生,大家欢迎。
玉越富夫:
感谢主持人的介绍。
很荣幸能来这里向大家介绍钠硫电池。今天我主要讲四方面内容,首先是过去十年的有关应用,第二部分讲如何加强新电池的安全性,第三个部分是最新的相关应用,第四部分是我们研发的一些项目。
过去十年的应用
我们从2002年开始投产,现在共有45兆瓦的装机系统,其中27万在日本,其他的分布在北美、中东和欧洲地区。在日本东京,95%的系统用在了消费系统方面。我们自2003年以来就开始运行削峰填谷系统,接下来也会涉及可再生能源领域。
新电池的安全性介绍
我们的风能项目与电力公司合作开发应用,通过用钠硫电池不断产生电力。新的钠硫电池主要关注安全性,在日本我们曾经经历过一些火灾,这些火灾的根本原因在于整个电池模块内部短路,而持续的短路会造成大量热量,然后导致起火。
在我们新的30千瓦电池模块中,减少了整体容量,进一步降低了能量密度,每一块电池和周边的其他模块之间都放置了防火板,如果一块电池着火,不会对周边的其他电池产生任何连带影响。因此,我们在进一步提高电池效能的基础上更好地确保安全性。
钠硫电池最新应用
钠硫电池进一步满足能源增长是需要,我们使用有效的发电机,进一步节约能源。现在12兆瓦的电池已经投入使用,8兆瓦的也在推进当中,目前遇到的问题是电力运输,因此我们进一步加强这一方面,推进微电网和智能电网的应用。另外我们也参加了日本的一个示范项目,明年会有4.2兆瓦的项目。
最新发展趋势
我们正在研发200千瓦的钠硫电池包、电池组件,并且会研发一种带热绝缘和钠硫电池的组件。钠硫电池在充电过程中温度会进一步上升,在此情况下,组合使用制冷风扇可以进一步加强钠硫电池的效率。
我们在中国的一个项目,是在集装箱中放入50个模块,这个示范项目从去年12月份开始,每天大约放电1.44兆瓦时。
日本政府对钠硫电池的发展提供很多支持,出台了一些激励政策,也为厂商提供经济支持,以便实现政府的能源目标。
谢谢大家!
主持人:
谢谢玉越富夫先生,尤其是他为我们讲解了安全方面的问题。
下一位演讲嘉宾是三星(SDI)储能部门业务开发经理&市场部总监 Andrew Kwon 先生,有请。
Andrew Kwon:
非常感谢,我的名字是Andrew Kwon,主要负责三星的储能开发业务。
我在储能方面有5年多的经验,在过去的5年里,我认为满足市场需求非常重要。三星在整个应用方面、市场方面以及成本方面都会对未来进行考量,今天探讨的内容也会与此有关。首先我将简单介绍一下三星在客户方面有哪些核心竞争力,然后介绍三星在全球范围内的业务情况,最后讲一下三星的储能业务。
三星集团在起家的时候主要是做半导体,之后发展到电子领域,再然后进入到电动汽车和储能业务。目前三星依然是电子领域中的市场领袖,同时我们也很高兴能为电动车提供电池产品,以及将电池产品用于储能领域。三星在电池领域的研发晚了十年,但现在所占的市场份额并不小。而且我们的技术、自动化生产、安全性方面都做的不错。此外,我们还有个非常重要的优势,就是有从原材料到最终的整合解决方案。
在市场解决方案中,我们有一款家庭使用的产品,是从1到20千瓦时的产品,这款产品去年已经进入了日本市场。日本的储能市场发展很快,尤其是住宅领域和商业领域,都是兆瓦级的规模。另外在美国的夏威夷、加州等地,可再生能源占比也不少,而加利福尼亚也订立了2020年新能源使用目标,所以对于发电厂来说,都必须增强对电网的管理。
目前韩国已经有法律规定在电网中,可再生能源要占的比例,未来4年中,安装新的电池、在建的变电站总的瓦数、可再生目标、容量等,都有明确目标。这些都需要大量资本支出,同时也能为市场带来更大的增长空间。我们的储能业务目前主要是在韩国,明年在中国的西安会开展电动汽车方面的项目,在英国电力网络我们也将开展储能项目。
在整个发展过程中,我们的第一驱动力是政府对我们的支持;第二是可再生能源的利用率在不断提高,我们需要有更好的发展;第三,我们需要发展电动汽车、供电网络等基础设施。
去年,我们智能电网的规模大概是1670亿美元,今年是3230亿美元。到2020年,可再生能源在其中所占的规模要达到350亿美元左右。届时,我们也会大量开展储能电池、电动车、集装箱电池等项目。
到2020年,我们预计市政会有大约23GW的储能需要,我们会快速发展技术、降低成本,在经济供应链上为整个储能系统发挥作用。
以上就是我的分享,如果大家想进一步了解我们的储能系统,可以登录我们的网站查看。非常感谢!
主持人:
下一位嘉宾Eos Energy Storage 公司总裁 Steve Hellman先生,他要给我们演讲主题是《通过使用EOS 创新科技提升区位储能市场承载能力》。
Steve Hellman:
大家好,很高兴能来参加这个会议,与大家一起探讨储能领域的话题。
首先我想跟大家简单介绍一下储能市场在美国和欧洲的相关经验,以及对中国市场的一些相关影响。
对于我们来说,储能是一个商业问题而不是技术问题,因为随着技术的发展,可以进一步解决很多商业问题。在美国和欧洲的发展过程中,曾经产生过一系列复杂的问题,比如提高效能、对消费者的驱动力等。通常来讲我们会选择低成本的解决方案,通过提高周期来降低成本,进一步增加整个能源储备相关的资本,提高效能。
在设备当中与设备之外的能源切换都是相当重要的,能源密度和安全性也非常重要。在储能应用中,我们要提供一系列峰值发电能力以及峰值发布能力,保证整个储能负荷中心的安全性和紧凑度,我们非常不愿意看到起火的现象。
我们选择与有商业难题的企业进行合作,帮助他们找到解决方案。目前我们在美国和欧洲有很多合租伙伴,与以色列电力运输公司和国家电网也有合作。我们帮他们寻找解决方案,然后进行检测,并最终实施方案。
我们根据几个标准来选择电池系统。首先是成本,其次是这种电池系统是否可以与其他电网系统连接使用。此外我们针对高峰时期的电网使用集装箱,能量密度比较高,而且对于任何储能系统,它的放电系统都很好。目前我们使用的不管是还是钠硫电池,在应用方面都还不是非常完美。在美国,储能成本很大一部分来自天然气成本的支出,我们的电池可以提供同样的产能,而且更廉价。
2003年我们曾开展过一个项目,这个项目发展到2012年的时候,我们重新制定了整个的商业投产计划,让它成为可以并网的电力系统。今年我们会对所有技术能效进行一系列的回顾,未来会进一步降低成本。同时我们也正在把一些产品进行示范项目投产,我们要做的是提供解决方案,而不是通过实验室进行验证。目前我们与第三方的制造商已经展开了合作,我们将共同分享成果。另外在比利时的实验室里,我们也进行过相关验证。
在过去的一年里,整个储能系统进行了大变革,我们看到储能方面的采购量很大,这一点可能与储能成本的进一步下降有关。美国的储能产能大部分来自加利福尼亚和夏威夷,采购工作主要由电力公共部门进行。我们与采购部门对储能价值的定位一致,在理念方面也相互认同。
我们的一个合作伙伴,在电网层面关注储能系统,主要是想用储能系统进一步代替分散的系统,有效结合能源价值、基础设施价值和项目价值,提高投资回报。在整个电力系统中,我们监测到的储能价值,大概回报率在20%左右。
在我们看来,中国市场的储能系统有很大驱动力,因为目前中国大部分还是用煤炭发电站,只有很少的循环系统,可再生能源还有待进一步发展,比如城市地区的消费密度很高,对能源强度的需求也很大,另外电动汽车发展也很快,这些都对储能有需求。当然,中国也会面临很多挑战,整个能源储备、产能、技术实施、服务价值等,都需要在市场中进行很好的表达。此外,我们认为政府也需要能源储备,这是未来发展中非常重要的组成部分。中国的市场非常有序,但同时也很复杂,我们希望能有合作伙伴共同进入市场,而不是孤军奋战。
总体看来,我们认为储能市场非常有吸引力,我们会继续关注储能市场的进一步发展,并制定储能解决方案,最终将方案运用到商业市场环境中。希望能在中国找到好的合作伙伴,将产品分销出去,运用到消费者手中。
感谢大家的倾听,如果有什么问题,可以与我沟通,非常感谢。
主持人:
非常感谢Steve Hellman先生。我们下一位演讲嘉宾是 帅福得香港有限公司亚洲区销售总监&总经理Philippe ULRICH先生。
Philippe ULRICH:
女士们先生们下午好,非常高兴有机会跟大家分享我们所做项目的一些经验。首先跟大家来介绍一下,帅福得是一家在电池方面的专业公司,我们只生产电池产品且已有100年的历史。
我们在印度、珠海、包括在离澳门附近都有自己的工厂。我们的销售额是62400万,客户主要涉及航空、铁路、大众交通以及清洁能源存储领域,我们的电池可用于一些航空和国防活动,以及众多的电表、天然气表上,我们的电池具有12到15年的使用寿命。同时我们还有锂子电池等产品。在我们的工厂里,我们为不同的市场分区来生产不同类型的电池。
在细分市场方面,我们刚刚推出了应用于航空系统的锂离子电池。自1999年开始,在航天、航空领域中,累计有近100枚卫星使用我们电池;近几年军事航空领域也开始使用我们锂离子电池,其中我们的项目中就包括第一个使用锂离子电池的航天器。另外,我们还为印度的电信行业供应锂离子电池,目前该市场使用的电池大约有150MW,在这一市场我们拥有25%到30%的市场份额,且仍在持续增加。我们在国防领域也有应用。另外在特殊车辆等可移动交通运输设施方面也同一些国家和地区有合作。我们还有很多岛屿项目,而且岛屿的电网管理要更加复杂。
我们是一站式服务的公司,提供集成化产品,并在自己的工厂生产这些电池。我们提出了模块的概念,并独创出溶剂的整合。我们非常关注安全问题,并确保在系统中没有过于老化的零件。我们有时会同合作伙伴一起完成逆变器的现场安装。如果有需求的话,我们也会提供维护、培训等服务。截至目前,我们所开展的工作,涵盖了发电,输电,配电、用电这些不同的应用领域,每个领域都有我们相应的产品。
我们的业务涉及了解客户需求,提出方案(包括容量、性能、热交换、生命周期、放电的深度等),以及项目完成后的监控和后续的方案优化等。
在实际运营中,电池并非成本的全部,网损的成本也要计算进来,由于技术可能要持续10-12年,因此电池的寿命成为我们一个新的课题。我们通过在电池寿命方面的应用技术,在不干扰主网频率的情况下达到节约成本的目的。此外还为客户减少了二氧化碳的排放,提高了能源可靠性。
综上所述,我们在技术、专家、解决方案以及产品方面都具有一定的优势和竞争力。
谢谢大家。
主持人:
我们下一位演讲嘉宾,是ABB 集团智能电网部集团高级副总裁 Jochen Kreusel先生,他演讲主题是《提高使用大规模可再生能源电源的电力系统灵活性的主要方式》,有请。
Jochen Kreusel:
我是今天下午最后一位嘉宾。我很难补充一些知识,因为更多的知识已经被大家讲过了。
我很高兴来到这里,我主要负责ABB集团电网方面的一些工作,我们现在正在面临很多变革和挑战,这就需要新的技术提供支持。ABB一直活跃在整个电网产业链,我们在产业链中起到了非常重要的作用,同时我们也愿意了解在整个产业中的一些机会和挑战,并为大家提供解决方案。我们也非常关注智能电网领域。我认为电力系统需要整个负荷的平衡,需要良好的资源分配,而且储能也可以为电网提供帮助。
在储能系统方面,我们有很多商业案例,大家之前也谈到了很多不同的电力应用,在这方面我认为我们达到了广泛的共识:现在储能已经不是技术问题,而是商业模式问题。我们将要面对的不同选择,并不是针对储能系统,而是其提供的功能。我们所看到储能系统,并非仅有成本差异。还包括选择不同系统所带来的不同功能。ABB进入电力行业以来,我一直在努力进总结过去的经验,并发现我们未来应该面对的问题。
储能系统为大的电力系统提供稳定的管理。电力行业正在面临变革,我们也需要更深入地进入风能和太阳能领域,深入储能领域,解决存在的问题。
欧洲有很多先进的电池技术,同时也有很多相关需求。尽管就传统解决方案而言,电池技术十分重要,但它并不能很好地解决储能问题。而当储能系统融入到某一地区的市场、网络、以及监管体系中时,可再生能源解决方案会表现得更为出色。
在过去两年里,可再生能源在德国等国家变得越来越重要。众多拥有峰值的电厂因在商业层面不被看好而被关停,因为剩余的电量产能对于传统电场来说非常不利,这就需要在整个运营层面上做出调整。很多传统电厂开始加装储能设备,尽管还不普遍,但这将是未来的发展趋势。
传统的储能方式是包括水利发电站等,可以让所有电网在不太同的天气环境和负荷条件下整合在一起;天然气储能也是储能的重要组成部分,但ABB在天然气储能方面投入较少。
在电池储能方面,我们有很大的机会。随着全球市场上的不断发展,我们也需要更多的方案去抓住机遇。我们在德国的项目正在讨论有关电池系统的安装和补贴、上网电价等问题。在没有任何激励政策的情况下,可再生能源方案确保符合当地的一些标准,仍可能进行商业化。
除了技术层面,我们还发现客户在储能方面以及灵活性方面有很多需求,而可再生能源的利用进一步加大了这些需求。我们将这些可再生能源整合应用到储能中去,利润率得以进一步提高。在目前的市场中,可再生能源的比例正在逐步增加,这也让电网电价有了很大的差距。在欧洲,太阳能的与电网的关联度很高,但是水电站则较差,但我也相信水电会在欧洲迎来复苏。
现在电动汽车的快速充电变得越来越重要,一些国家已经在全国范围内推出充电设施。由于电池是电动汽车零部件中较为昂贵的部分,因此如果实现电池的二次利用,将进一步提升电动汽车的经济效益。对于这一点,ABB也正在进行相应的测试。
在可再生能源电力系统中,对灵活性的需求在不断增加,并可以通过很多方法来满足这一需求,而并非全部问题都必须用储能解决,比如说我们可以针对电网来解决这些问题。通过储能系统,将其他的基础设施来进行互联,就可以具有广泛的应用空间,且具备可观的经济效益。
我认为,对于特定的业务案例需要全面了解,并选择最匹配的电池技术,但适合的环境控制系统也非常关键。我们还必须从更全面的角度来控制成本,除此之外我们还要实现成本和应用范围的平衡。
我希望我的补充对大家有用,谢谢。
主持人:
好,我们非常感谢今天的演讲嘉宾为我们带来一下午的精彩演讲。
我们今天的会议到此结束,谢谢。
(电池中国网站独家内容,如需转载请注明出处。)
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