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陳海生:先進儲能技術發展現狀及路線研究成果

作者: 來源:中國電工網 日期:2017-10-17 點擊次數:449

      中科院工程熱物理研究所副所長/中國能源研究會儲能專業委員會主任委員陳海生在9月17日舉行的中國能源研究會年會2017分論壇“儲能推動能源創新發展”上發表《先進儲能技術發展路線》演講,并發表儲能發展路線圖研究成果。

 

    以下為發言實錄:

 

    主持人:非常感謝齊處的介紹和解讀,我們可以看到隨著儲能指導意見的即將發布,儲能的春天確確實實已經來臨了。今天聽到齊處的講話很激動,作為在儲能行業里長期工作的人來講,這樣的消息確確實實是非常振奮人心,指導意見對儲能行業發展必定是一個重大的推動。

 

    下面我代表儲能技術和政策發展路線圖研究課題組,匯報關于儲能技術發展路線的研究成果。這個課題組從2012年開始,由當時儲能聯盟和中科院工程熱物理所一起接受了能源局科技裝備司的任務,開展儲能方面的技術發展路線、產業發展路線及政策發展路線前期的研究。

 

    隨著推動儲能健康發展指導意見工作,后來又和中科院物理所、中國電科院、清華大學等不同的力量一起,做了關于中國儲能技術發展路線和政策發展路線的戰略研究,這方面工作也為促進儲能產業健康發展指導意見的出臺起到了重要的支撐作用。

 

    下面我主要匯報“先進儲能技術發展路線”的研究成果,時間關系我主要匯報兩個方面的內容:除了簡單介紹一下研究背景,重點是分享先進儲能技術現狀和技術路線圖,最后簡要匯報儲能技術發展展望。在技術現狀當中,我重點介紹最近一兩年的進度:

 

    一、研究背景

 

    儲能具有重大戰略意義,無論從可穿戴電子一直到人工智能到電動車、到可再生能源到工業應用,直到能源互聯網和智能電網,儲能可以說無處不在。同時,儲能也被稱為能源革命的支撐技術,在杰里米.里夫金第三次工業革命中,儲能被稱為五大支柱中是關鍵支撐技術。第三,儲能是的戰略性新興產業。在國民經濟與社會發展十三五規劃中,100項重大項目的第37項是發展儲能與分布式能源。在能源委2016年11月17日會議中,李克強總理強調集中力量在可再生能源開發利用,特別新能源技術和儲能微網技術上取得突破,說明儲能的重要意義已經得到層面的認可。第四,儲能存在巨大的市場需求。根據國際能源署規劃,到2050年,儲能占電力裝機10%-15%,容量將達到200GW。

 

    基于儲能的重要性,也是為了支撐儲能產業與技術發展指導意見的出臺,我們開展了相關戰略研究。主要是開展幾方面工作:一是對儲能技術進行全面梳理調研,二是對技術現狀與趨勢的總結歸納,然后進行報告初步編制、同行審定修改,在此基礎上提出技術發展路線圖的初步意見,包括國情分析、專題研討、路線繪制、同行核定,最后開展技術發展路線定稿工作。

 

    儲能有很多技術,為了限定工作量和高效開展工作,我們進行了儲能技術的聚焦。聚焦的標準是這樣的,一個是已經具備規模儲能的能力或者潛力,就是已經進行了兆瓦級以上的示范或應用,或者正在開展或具備建設的潛力。二是處于前沿技術,應用前景看好。三是至少國內有基礎有布局的,所以我們選定了11個技術,下面簡要介紹技術現狀。

 

    二、先進儲能技術現狀

 

    1.抽水蓄能,這是應用最廣的,傳統的抽水蓄能技術我們已經掌握了,變速抽水處于研究階段,海水抽水和小型化處于攻關階段。

 

    2.壓縮空氣儲能,目前現狀是這樣的,德國、美國已經商業運行,我國傳統壓縮空氣儲能沒有運行的電站。新型壓縮空氣儲能不使用燃料,不使用儲氣洞穴,我們研究基本和國際同步,在1兆瓦-10兆瓦發展過程中,這部分主要是中科院工程物理所1.5MW和10MW項目和清華大學500kW項目的示范。

 

    3.飛輪儲能,美國總體上處于領先地位,我國飛輪儲能十二五期間也有布局,包括英利集團,浙江大學、電工所、哈爾濱工程大學等等開展百千瓦級高速飛輪儲能的研究。清華大學聯合中原石油公司完成兆瓦級的中低速飛輪儲能系統的研究。

 

    4.超導儲能,我們和國際水平差距并不是很大,中科院電工所、華中科技大學等開展MJ級樣機工作。前沿技術包括高效低溫智能技術,多元混合儲能技術等等。

 

    5.鉛酸電池,鉛酸電池有價格優勢,仍然是電池總量一半以上,近期26兆瓦時鉛酸電池的項目,目前鉛碳電池發展很快等等。

 

    6.鋰電池,隨著動力電池發展的推動,當前發展勢頭非常迅猛。國內的有張北14兆瓦,比亞迪20兆瓦都已經運行了,最近科技部立了100兆瓦時CATL做這方面工程。固態鋰電池或半鋰電池發展是目前研究的熱點,包括聚合物理的鋰電池,鋰硫、鋰空氣電池發展很快。

 

    7.鈉硫電池,日本有絕對領先地位。我國中科院上海硅酸鹽所目前已經完成兆瓦的示范,常溫鈉硫電池屬于前沿的技術,主要是把鈉硫電池溫度從350度盡量下降到300度,甚至到200度以下,從而提高鈉硫電池的安全性和效率。

 

    8.液流電池,目前我們發展得非常快,處于領先的地位,美國、日本都在布局。我們大連融科和中科院大連化物所制定首個我國液流電池的標準,正在開展200MW/800MWh全釩液流電池的儲能項目。北京普能的液流電池有10兆瓦、百兆瓦項目陸續實施過程中。前沿技術還有很多,鋅鎳液流電池等等。

 

    9.超級電容器,已經發展到10MJ級,我們清華大學、防化研究院、復旦大學、中國科學院金屬研究所等陸續開展的項目,石墨烯等等是前沿熱點的技術。

 

    10.儲熱技術。包括顯熱儲熱、潛熱儲熱、熱化學儲熱。研究熱點上目前潛熱儲熱最熱,熱化學儲熱在前沿技術方面發展得最快。從應用上來講顯熱儲熱應用最多,目前潛熱有10兆瓦級儲熱項目開始示范應用,太陽能光熱發電,還有供暖應用中發展比較快。

 

    11.氫儲能。包括制氫、儲氫、用氫三個方面,制氫堿性電解槽是發展的時間最長、技術最成熟的電解槽。高壓儲氫是比較成熟的技術,用氫目前質子交換膜燃料電池占到全球88%,占主流。

 

    總體上,物理儲能規模比較大壽命長,化學儲能發展快規模適中,響應時間非常快,應用非常全面廣泛。

 

    分析現狀,我們看到儲能技術存在幾方面挑戰:關鍵技術存在技術瓶頸,規模化應用需要解決穩定性、可靠性、耐久性、安全性,同時系統集成方面存在共同的挑戰。

 

    推廣應用方面除了個別的電池技術產業鏈總體不太完整,缺乏針對產業一攬子解決方案,第二是應用示范相對較少,沒有一種技術占明顯優勢。第三大規模推廣難度比較大,產品定型周期比較長,需要我們共同努力。

 

    我國儲能技術發展現狀,全球技術正在激烈競技,對儲能技術創新要求不斷提高,迫切需要對相關技術發展路線進行研究,對儲能發展進行指導,在這個基礎上我們開展了儲能發展路線圖研究。

 

    三、儲能發展路線圖研究成果

 

    第一抽水蓄能,面向2030,重點包括變速抽水蓄能機組,實現高效高參數蓄能技術國產化。

 

    第二壓縮空氣儲能,要實現從1兆瓦到百兆瓦工程示范產業化,突破大規模壓縮空氣儲能的關鍵技術,重點兩個方面,一個是大型化、一個是新技術提高系統效率。

 

    第三飛輪儲能,突破磁懸浮軸承高速飛輪轉系材料等MW級陣列式系統集成關鍵技術,完成MW級陣列式飛輪儲能系統應用化。

 

    第四超導儲能,重點掌握新型超導材料和帶材技術,實現關鍵技術突破和應用,實現從1.0到10MJ超導產品及應用示范工作。

 

    第五鉛酸電池,重點解決三個問題,一是提高壽命,二是提高能量密度等等。第二是提高免維護性和環保性能,實現兆瓦時幾十兆瓦時的商業示范。

 

    第六鋰離子電池,重點發展正負電池材料和安全電解液技術,進一步提高壽命,實現10兆瓦和100兆瓦的示范和應用。

 

    第七鈉硫電池,陶瓷和電磁管理技術要求很高,進一步大幅提高可靠性和安全性,實現百千瓦一直到數兆瓦商業應用系列化。

 

    第八液流電池,目前已經實現10兆瓦級的突破,進一步提高它的性能,實現百兆瓦級示范和應用。

 

    第九超級電容,未來要掌握超級大規模電力電子,以及高能量密度超級電容器電極材料技術。

 

    第十儲熱技術,主要有幾方面,在高溫儲熱制備工藝,示范驗證從10-100MWh級面向分布式功能的儲熱系統,探索新方法,實現關鍵技術領域方面的突破。在熱化學儲熱技術方面,希望我們盡快趕超國際先進水平,逐步推廣示范應用。

 

    最后,是氫能技術,主要實現氫能的制備集成和加氫站示范運行,特別是氫化物儲氫等方面,針對制約燃料電池規模化應用的性能壽命和成本的問題,建立完備的設計、工藝檢測,掌握關鍵技術,形成完備氫的產業鏈,實現氫儲能系統大規模應用。

 

    四、儲能技術展望

 

    按照我們能源局總體規劃,特別在能源革命行動計劃中,重點規劃了三個一批。

 

    第一,重點攻關一批具有自主知識產權的儲能技術。第二,試驗示范一批具有產業化潛力技術。第三,集中攻關關鍵核心技術等。

 

    到2030年總體實現儲能技術的跨越式發展,規模從目前大部分百千瓦到兆瓦量級,實現向10兆瓦到100兆瓦的跨越,壽命從2000次左右到5000-10000次跨越,成本從15000元/kW左右向8000元/kW以下跨越,即從3000元/kWh左右到1500元/kWh以下跨越。實現沒有任何補貼政策的情況下,能夠自身健康發展,同時為支撐我國能源革命的發展做出貢獻。

 

    最后感謝能源局的支持,感謝儲能技術和政策發展路線圖研究課題組所有成員!謝謝大家

 

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