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陈海生:先进储能技术发展现状及路线研究成果

作者: 来源:中国电工网 日期:2017-10-17 点击次数:797

      中科院工程热物理研究所副所长/中国能源研究会储能专业委员会主任委员陈海生在9月17日举行的中国能源研究会年会2017分论坛“储能推动能源创新发展”上发表《先进储能技术发展路线》演讲,并发表储能发展路线图研究成果。

 

    以下为发言实录:

 

    主持人:非常感谢齐处的介绍和解读,我们可以看到随着储能指导意见的即将发布,储能的春天确确实实已经来临了。今天听到齐处的讲话很激动,作为在储能行业里长期工作的人来讲,这样的消息确确实实是非常振奋人心,指导意见对储能行业发展必定是一个重大的推动。

 

    下面我代表储能技术和政策发展路线图研究课题组,汇报关于储能技术发展路线的研究成果。这个课题组从2012年开始,由当时储能联盟和中科院工程热物理所一起接受了能源局科技装备司的任务,开展储能方面的技术发展路线、产业发展路线及政策发展路线前期的研究。

 

    随着推动储能健康发展指导意见工作,后来又和中科院物理所、中国电科院、清华大学等不同的力量一起,做了关于中国储能技术发展路线和政策发展路线的战略研究,这方面工作也为促进储能产业健康发展指导意见的出台起到了重要的支撑作用。

 

    下面我主要汇报“先进储能技术发展路线”的研究成果,时间关系我主要汇报两个方面的内容:除了简单介绍一下研究背景,重点是分享先进储能技术现状和技术路线图,最后简要汇报储能技术发展展望。在技术现状当中,我重点介绍最近一两年的进度:

 

    一、研究背景

 

    储能具有重大战略意义,无论从可穿戴电子一直到人工智能到电动车、到可再生能源到工业应用,直到能源互联网和智能电网,储能可以说无处不在。同时,储能也被称为能源革命的支撑技术,在杰里米.里夫金第三次工业革命中,储能被称为五大支柱中是关键支撑技术。第三,储能是的战略性新兴产业。在国民经济与社会发展十三五规划中,100项重大项目的第37项是发展储能与分布式能源。在能源委2016年11月17日会议中,李克强总理强调集中力量在可再生能源开发利用,特别新能源技术和储能微网技术上取得突破,说明储能的重要意义已经得到层面的认可。第四,储能存在巨大的市场需求。根据国际能源署规划,到2050年,储能占电力装机10%-15%,容量将达到200GW。

 

    基于储能的重要性,也是为了支撑储能产业与技术发展指导意见的出台,我们开展了相关战略研究。主要是开展几方面工作:一是对储能技术进行全面梳理调研,二是对技术现状与趋势的总结归纳,然后进行报告初步编制、同行审定修改,在此基础上提出技术发展路线图的初步意见,包括国情分析、专题研讨、路线绘制、同行核定,最后开展技术发展路线定稿工作。

 

    储能有很多技术,为了限定工作量和高效开展工作,我们进行了储能技术的聚焦。聚焦的标准是这样的,一个是已经具备规模储能的能力或者潜力,就是已经进行了兆瓦级以上的示范或应用,或者正在开展或具备建设的潜力。二是处于前沿技术,应用前景看好。三是至少国内有基础有布局的,所以我们选定了11个技术,下面简要介绍技术现状。

 

    二、先进储能技术现状

 

    1.抽水蓄能,这是应用最广的,传统的抽水蓄能技术我们已经掌握了,变速抽水处于研究阶段,海水抽水和小型化处于攻关阶段。

 

    2.压缩空气储能,目前现状是这样的,德国、美国已经商业运行,我国传统压缩空气储能没有运行的电站。新型压缩空气储能不使用燃料,不使用储气洞穴,我们研究基本和国际同步,在1兆瓦-10兆瓦发展过程中,这部分主要是中科院工程物理所1.5MW和10MW项目和清华大学500kW项目的示范。

 

    3.飞轮储能,美国总体上处于领先地位,我国飞轮储能十二五期间也有布局,包括英利集团,浙江大学、电工所、哈尔滨工程大学等等开展百千瓦级高速飞轮储能的研究。清华大学联合中原石油公司完成兆瓦级的中低速飞轮储能系统的研究。

 

    4.超导储能,我们和国际水平差距并不是很大,中科院电工所、华中科技大学等开展MJ级样机工作。前沿技术包括高效低温智能技术,多元混合储能技术等等。

 

    5.铅酸电池,铅酸电池有价格优势,仍然是电池总量一半以上,近期26兆瓦时铅酸电池的项目,目前铅碳电池发展很快等等。

 

    6.锂电池,随着动力电池发展的推动,当前发展势头非常迅猛。国内的有张北14兆瓦,比亚迪20兆瓦都已经运行了,最近科技部立了100兆瓦时CATL做这方面工程。固态锂电池或半锂电池发展是目前研究的热点,包括聚合物理的锂电池,锂硫、锂空气电池发展很快。

 

    7.钠硫电池,日本有绝对领先地位。我国中科院上海硅酸盐所目前已经完成兆瓦的示范,常温钠硫电池属于前沿的技术,主要是把钠硫电池温度从350度尽量下降到300度,甚至到200度以下,从而提高钠硫电池的安全性和效率。

 

    8.液流电池,目前我们发展得非常快,处于领先的地位,美国、日本都在布局。我们大连融科和中科院大连化物所制定首个我国液流电池的标准,正在开展200MW/800MWh全钒液流电池的储能项目。北京普能的液流电池有10兆瓦、百兆瓦项目陆续实施过程中。前沿技术还有很多,锌镍液流电池等等。

 

    9.超级电容器,已经发展到10MJ级,我们清华大学、防化研究院、复旦大学、中国科学院金属研究所等陆续开展的项目,石墨烯等等是前沿热点的技术。

 

    10.储热技术。包括显热储热、潜热储热、热化学储热。研究热点上目前潜热储热最热,热化学储热在前沿技术方面发展得最快。从应用上来讲显热储热应用最多,目前潜热有10兆瓦级储热项目开始示范应用,太阳能光热发电,还有供暖应用中发展比较快。

 

    11.氢储能。包括制氢、储氢、用氢三个方面,制氢碱性电解槽是发展的时间最长、技术最成熟的电解槽。高压储氢是比较成熟的技术,用氢目前质子交换膜燃料电池占到全球88%,占主流。

 

    总体上,物理储能规模比较大寿命长,化学储能发展快规模适中,响应时间非常快,应用非常全面广泛。

 

    分析现状,我们看到储能技术存在几方面挑战:关键技术存在技术瓶颈,规模化应用需要解决稳定性、可靠性、耐久性、安全性,同时系统集成方面存在共同的挑战。

 

    推广应用方面除了个别的电池技术产业链总体不太完整,缺乏针对产业一揽子解决方案,第二是应用示范相对较少,没有一种技术占明显优势。第三大规模推广难度比较大,产品定型周期比较长,需要我们共同努力。

 

    我国储能技术发展现状,全球技术正在激烈竞技,对储能技术创新要求不断提高,迫切需要对相关技术发展路线进行研究,对储能发展进行指导,在这个基础上我们开展了储能发展路线图研究。

 

    三、储能发展路线图研究成果

 

    第一抽水蓄能,面向2030,重点包括变速抽水蓄能机组,实现高效高参数蓄能技术国产化。

 

    第二压缩空气储能,要实现从1兆瓦到百兆瓦工程示范产业化,突破大规模压缩空气储能的关键技术,重点两个方面,一个是大型化、一个是新技术提高系统效率。

 

    第三飞轮储能,突破磁悬浮轴承高速飞轮转系材料等MW级阵列式系统集成关键技术,完成MW级阵列式飞轮储能系统应用化。

 

    第四超导储能,重点掌握新型超导材料和带材技术,实现关键技术突破和应用,实现从1.0到10MJ超导产品及应用示范工作。

 

    第五铅酸电池,重点解决三个问题,一是提高寿命,二是提高能量密度等等。第二是提高免维护性和环保性能,实现兆瓦时几十兆瓦时的商业示范。

 

    第六锂离子电池,重点发展正负电池材料和安全电解液技术,进一步提高寿命,实现10兆瓦和100兆瓦的示范和应用。

 

    第七钠硫电池,陶瓷和电磁管理技术要求很高,进一步大幅提高可靠性和安全性,实现百千瓦一直到数兆瓦商业应用系列化。

 

    第八液流电池,目前已经实现10兆瓦级的突破,进一步提高它的性能,实现百兆瓦级示范和应用。

 

    第九超级电容,未来要掌握超级大规模电力电子,以及高能量密度超级电容器电极材料技术。

 

    第十储热技术,主要有几方面,在高温储热制备工艺,示范验证从10-100MWh级面向分布式功能的储热系统,探索新方法,实现关键技术领域方面的突破。在热化学储热技术方面,希望我们尽快赶超国际先进水平,逐步推广示范应用。

 

    最后,是氢能技术,主要实现氢能的制备集成和加氢站示范运行,特别是氢化物储氢等方面,针对制约燃料电池规模化应用的性能寿命和成本的问题,建立完备的设计、工艺检测,掌握关键技术,形成完备氢的产业链,实现氢储能系统大规模应用。

 

    四、储能技术展望

 

    按照我们能源局总体规划,特别在能源革命行动计划中,重点规划了三个一批。

 

    第一,重点攻关一批具有自主知识产权的储能技术。第二,试验示范一批具有产业化潜力技术。第三,集中攻关关键核心技术等。

 

    到2030年总体实现储能技术的跨越式发展,规模从目前大部分百千瓦到兆瓦量级,实现向10兆瓦到100兆瓦的跨越,寿命从2000次左右到5000-10000次跨越,成本从15000元/kW左右向8000元/kW以下跨越,即从3000元/kWh左右到1500元/kWh以下跨越。实现没有任何补贴政策的情况下,能够自身健康发展,同时为支撑我国能源革命的发展做出贡献。

 

    最后感谢能源局的支持,感谢储能技术和政策发展路线图研究课题组所有成员!谢谢大家

 

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