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新型铁镍电池储能助力“削峰填谷” 节能增效-凯发官方网站

发布时间:2023-05-27    作者:信宇人    浏览数:117

 一、解决削峰填谷难题,发展城市分布式储能是切实可行的抓手

 1、解决削峰填谷难题,关键在于搞清楚用电“峰”、“谷”的成因。

据国家能源局2023年第一季度统计,我国工业用电总量,占全社会用电总量的比重在60--75%之间,在全天各时段用电量相对均衡、稳定,多数不会出现白天用电忽高忽低、夜晚不用的情况。即使高耗能行业、大型工业企业或其它用电大户,在低谷时段一般也不会停产,并不是用电峰谷形成的主因;其次,城市功能及居民用电如地铁、电梯、空调、电脑、各类电器等,占比用电总量约在20--30%之间(剩余电力被农业和第三产业消耗),虽总量小于工业用电,却普遍存在用电时段集中的特点:早、晚高峰等用电多易形成用电高峰、23点--次日8点之间城市功能及人员等休息时段用电明显减少,形成用电低谷,因而是形成用电“峰”、“谷”的主因。

2、解决削峰填谷难题,正确的做法,不是对工业企业拉闸限电,而是从用电“高峰”、“低谷”的成因源头上解决。

以往对于用电峰谷的难题,常常采取限制工业企业在用电高峰时段用电、或实施工业企业用电峰谷差异电价,来引导工业企业生产错峰用电。但实践证明,绝大多数工业企业由于需要连续生产,峰谷电价对企业运营的实际帮助不大,加上相关储能设施的投资大,而事实上,对工业企业拉闸限电,不但未能达到调控预期,未能有效解决用电峰谷矛盾,反而增加了企业负担,影响了经济的持续增长,且年年加剧,严重影响到区域经济发展、影响到地方营商环境、影响到工业投资资源的有效利用。既无助于民生的改善,又造成了巨大的资源浪费,且与双碳战略所要求的资源高效利用的目标相背离。

3、解决削峰填谷难题,最有效的手段,是建设城市分布式储能电站。

城市功能用电及居民用电,属于“保民生”的“六保”范畴,同时,也是用电“峰”、“谷”的成因,所以,要削峰填谷,充分调配电力资源,必须从解决城市功能用电和居民用电的角度入手。

我们可以将整个电网链条比作一个“高速公路系统”:电网侧(特高压电网)就是“高速公路”;前端是发电侧(发电厂),就是“高速公路”入口;用户侧(城市功能用电及居民用电)就是后端,类似“高速公路”的出口。发电侧、电网侧都有储能需求,但其所储电能仍需通过高压电网输送给用户,其储能应用规模受限于“高速公路”的通行能力,并不能在用电高峰时大量增加供应,因而不能根本上解决削峰填谷的难题。相反,作为用户侧的城市功能用电和居民用电,其用电行为是峰谷的主要原因,低谷储能、高峰时使用,不需要再通过高压电网传输,从用户侧建设分布式储能电站,才是解决用电峰谷问题的最直接、最有效、最根本的办法。

二、高安全性、高可靠性城市分布式储能体系建设的技术路线和解决措施

1、高安全性是城市分布式储能电网建设的最基本要求

城市分布式储能体系,是指在高层楼房人员密集区域、办公区域、医疗卫生、文化教育、cbd功能区、军事国安等区域单独进行建设的储能系统。

这些领域既有庞大的市场空间,又是电网峰谷调控的关键,更是关系国计民生和安全的重要区域。所以,该区域储能系统建设责任重大,该领域的安全重于泰山、安全压倒一切。

对储能技术的要求可以划分为三个层次:第一层次是安全第一,不安全则一切皆零;第二层次包括循环寿命、造价、能量转换效率等与运营经济效益直接相关的指标;第三层次包括功率、环境友好、使用方便性、地理适应性等应尽量提高的指标。而电站的核心---储能电池必须满足:(1)本质安全,即便在居民区也无消防顾虑;(2)长寿命等算得过来账的经济性;(3)占地面积要小,场地选择余地大;(4)一年四季都能正常保供,不能经常性检修维护 。其中,安全性是一票否决。

2、高安全性、高可靠性城市分布式电网储能体系建设的解决措施

1)当下适用于用户侧的储能电池,主要是电化学储能电池,包括磷酸铁锂电池、液流电池、水系镍氢电池、水系铁镍电池、钠离子电池、以及铅酸电池。

目前,磷酸铁锂为主流技术方向,发展中的钠离子电池也被寄予厚望。

以磷酸铁锂为代表的锂离子电池采用的有机电解液体系特性,决定了锂离子电池的安全性问题不可能彻底解决。锂电池在燃烧爆炸过程中,几乎不可能被扑灭,还会出现剧烈有毒浓烟和有毒氟化氢气体等,会对人身安全带来致命影响。此外,锂离子电池除了有主动燃烧和爆炸的风险,还会被动失控,引起燃烧爆炸,国内外在该领域的安全事故多发,已经引起相关行业和社会的高度警觉,尤其在北京大红门事件后,我国国内该领域储能建设实际处于半停滞状态。国际方面,对于锂电池电动自行车都已经成为“公害”的当下,敏感区域、办公场所、人员密集区域等城市功能及人口聚集区域的储能建设,基本上是电化学储能应用的禁区。由于锂离子电池性价比的提高,促使我国行业在储能中过分热衷于它,而忽视了它的安全性。

2)铁镍电池是传统的水系蓄电池,电解液为氢氧化钠和氢氧化钾的混合水溶液,主辅材料本质上不会起火爆炸、没有毒害气体侵蚀之忧、“零”消防成本是铁镍电池最大的优势,因此,铁镍电池是本质安全的动力及储能电池;铁镍电池充电时,和铅酸电池一样,会析出部分氢气和氧气,只需保持通风,防止氢气聚集,就能确保电池使用安全。

进入21世纪,随着人类对环境污染的高度重视、动力及储能电池应用场景的需求剧增,本质安全、长寿命、环保属性强的铁镍电池再次回到人们的视野,国内先后有:南开大学林东峰、四川大学陈云贵教授团队、中南大学唐有根教授团队等,国外有诸如美国、以色列、荷兰、英国、澳大利亚等国科学家,先后对提升铁镍电池进行了阶段性研究。

创力新能源在认准了铁镍电池具有其它电池体系不可比拟的安全、环保等优点后,耗时十四年,累计投入近亿元,终于在铁镍电池的负极材料、电池结构、电池工艺等方面取得一系列重大突破,创造了全新的新型铁镍电池体系,保留了铁镍电池本质安全、环境友好、性能可靠的优势,解决了大电流快速充放、低温钝化、充电效率、析氢严重、负极材料制备污染且高耗能等铁镍电池的核心难题,并将其循环寿命由550次(国标)提升至15000次以上(70%dod)、重量比能量由18wh/kg提升至70wh/kg(反超铅酸电池约30%),在电池性能大幅飙升的同时,还将铁镍电池的综合成本下降40%以上(度电成本低于全钒液流电池近一半);新近,又再次攻克了电解水制氢的储能及制氢一体化电池,将储能和电解水绿色制氢结合在一起,具备了可以成为大多数储能场景、特别是城市分布式储能等规模储能的主要技术路线和凯发官方网站的解决方案之一。

3)另一储能电池的选择是钠离子电池和铅酸电池,但钠离子电池还有一些技术路线有待成熟。铅酸电池的有害重金属污染、使用寿命短的等问题,都不适合用户侧储能的需求。

南开大学副校长、中科院院士陈军也认为,水系铁镍电池才是目前解决储能安全的可行性方案。

三、解决电力削峰填谷的迫切性

2月10日,国家能源局召开2月份全国可再生能源开发建设形势分析会。会议指出,受国民经济迅猛发展的需要、国际局势、夏季和冬季气温等因素影响,可预见今年电力需求增长将存在很大增量。然而,加大基建投资力度将拉动钢铁、建材等高载能行业较快回升,并叠加2023年前低后高的基数效应,以及国家气象部门对今年夏季我国大部区域气温接近常年到偏高的预测,预计今年全社会用电量同比增长将远高与2022年的7.0%,增速也将明显大幅回升。

会议指出,自2020年以来,受三年的国内外疫情影响、宏观经济、燃料供应、气温、降水,以及煤电企业持续大面积严重亏损等多方面因素交织叠加,给电力供需带来极大缺口。预计迎峰度夏、迎峰度冬期间全国电力供需总体吃紧。

会议强调,今年电力保供局面异常严峻。一方面增效、挖潜、保障电力可靠供应,但应对用电高峰整体上非常吃紧。电力系统持续加强在役机组运行管理,减少非计划停机、受阻情况,保障机组稳发满发,最大限度挖掘各品类电源顶峰发电潜力。另一方面,优化跨区域电网间的开机备用、错峰支援、余缺调剂,全力保障高峰期间电力供需平衡。同时,加快重点电源建设进度,缓解负荷中心的供电紧张。加快推进地区网架优化和配电网建设改造,实施农网巩固提升工程,增强电网供电可靠性。

另外,在兑现“双碳目标”的背景下,新能源比重不断提高,电力系统安全稳定运行的不确定性增加,大面积停电的潜在风险指标逐步提升。当前可再生能源大规模发展还面临部分地区消纳空间不足,用地用海等要素保障困难,大型风电光伏基地还存在“电网等项目”“项目等电网”和“电网等规划”等问题。风电、光伏本身的不稳定以及消纳难等原因,弃风、弃光成为行业发展绕不开的难题,是制约光伏、风电等新能源电力安全广泛应用的首要因素,当下还不能通过新能源建设来根本解决“尖峰负荷需求”的问题。

国家发改委能源局《发改能源规〔2021〕1051号文》提出:“鼓励结合源、网、荷不同需求探索储能多元化发展模式,大力推进电源侧储能项目建设,积极推动电网侧储能合理化布局,积极支持用户侧储能多元化发展。到2025年,实现新型储能从商业化初期向规模化发展转变。新型储能技术创新能力显著提高,核心技术装备自主可控水平大幅提升,装机规模达3000万千瓦以上。到2030年,实现新型储能全面市场化发展。新型储能成为能源领域碳达峰碳中和的关键支撑之一。”

综上,在用电侧建设高安全性、高可靠性城市分布式电网储能体系,是当前破解“削峰填谷”难题的且实有效的办法。同时,直接或者间接,不但会为节能减排、“双碳”目标做出不可估量的贡献,而且有助于中国经济的高质量发展!因而,当下迫切需要新型水系安全铁镍电池这类储能电池在城市分布式电网储能体系中的创新应用。

四、可以给国家带来显著的经济效益和社会效益

鉴于新型铁镍电池“优异的电性能适用性、不起火的安全性、投资回报高的经济性、地域使用的灵活性”优势,将有望超越锂电池和全钒液流电池,成为大多数储能场景、特别是城市(含工业园区)分布式储能等规模储能的主要技术路线和凯发官方网站的解决方案之一。而推广使用以新型铁镍电池为代表的安全储能电池建设城市分布式储能,将能够真正解决削峰填谷的难题、实现明显的节能减排,显著促进碳达峰碳中和的早日实现,并兼顾未来30年的经济发展,实现国家、产业生态及社会资本在经济效益和社会效益方面的双丰收:

1)直接减少化石能源10%以上、各类减排10%以上;

2)对于稳定全域电网、增大全域电网冗余弹性意义重大;

3)电网侧可消纳的新能源增量10%以上;

4)给未来5--10年的经济发展腾出了很大的空间;

5)间接减少了特高压等电网的大基建投入,可以有效遏制钢铁、水泥等高耗能、高污染产能的非必要投入,间接起到了节能减排的作用,助力碳达峰碳中和的实现;

6)可以有效提高并发挥现有资源禀赋的经济效益和社会效益;

7)为经济转型、新旧动能转换提供了抓手和突破口,新能源、特别是储能产业可能成为推动社会经济高质量发展的主要力量;

8)可能带来一场用电革命,为世界各国提供碳达峰碳中和的中国方案。

创力新型铁镍水系电池系统,是储能技术中的耀眼明珠,具有绝对环保、绝对安全、重复充放次数达15000次、适温性能好、长时储大能容量、出力连续性好、技术成熟且领先国际、全生命周期成本较低等优势。以此为核心建设城市分布式储能,将能够破解“削峰填谷”发展瓶颈,显著实现节能减排,同时兼顾未来30年的经济发展,促进碳达峰碳中和的早日实现,给国家带来显著的经济效益和社会效益。

 来源:每日经济、中国化学与物理电源行业协会

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