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光热发电资深学者张建城:大规模电网储能—钠氯化物电池储热蓄电

北极星储能网  来源:电力头条App    2018/9/20 14:07:32  我要投稿  

北极星储能网讯:如何把我们光热发电储能作用更充分的发挥,这就跟电网有直接关联了,一个是提高我们光热发电的效益,延长发电时数,另外一个是意识到现在我们的电网必须具有大规模的储能技术,必须要引入。

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光热发电资深学者张建城先生分享了大规模电网储能—钠氯化物电池储热蓄电。

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以下为发言实录:

张建诚:我是从事光热发电研究的,国内来讲可能比较早一些,光热发电用英文讲叫CSP,中文翻译叫做聚光太阳能发电,我们国家刚开始示范,今天要讲的是另外一个问题,如何把我们光热发电储能作用更充分的发挥,这就跟电网有直接关联了,一个是提高我们光热发电的效益,延长发电时数,另外一个是意识到现在我们的电网必须具有大规模的储能技术,必须要引入,这个我就不多讲了,因为时间比较紧。

最主要的是可再生能源的介入,进入电网之后,现在我们电网如果不想被颠覆,恐怕储能是很好的一个办法。我不知道大家有印象没有,可能是去年全世界能源界把目标对准到德国,为什么?因为德国出现了日全食,特别是光伏是不是去年我也说不准确了,但是这件事情是真的,德国通过储能,通过调配保证了电网的安全,因为它的光伏占比很大。

加储能技术是一个必经之路,今天我的报告内容是这样,一个是大规模电力储能技术的选择,另外一个讲一讲高温容盐电池的比较,另外改一个钠氯化物电池的创新,第四个讲一讲大规模电池储能和储热,这个是我们理念就不一样了,第五个是结语。

大规模电力储能技术的选择,现在我们有这么几项,一个是物理储能,刚才空气储能都属于这一类的,还有一个电化学储能,是我们的电池,还有一个热化学储能,可能这个大家接触的不多,这跟我们光热发电可能比较多,因为我们要用热把化学的热能利用起来,再一个就是储热蓄冷。再一个是储氢技术,还有一个是多能互补,这是储能领域比较多的方面,这个就不解释了,各种储能技术,大家从各种材料上都能看到,都能了解。

大规模储能技术关键有这么几点要求,第一个是储能技术的安全性要高,我们都不用想,没有易燃易爆的隐患。第二个是生命周期内,性价比要高,就是经济性要优。第三个就是生命周期的环境负荷好,实际上环境要友好。第五个就是寿命周期长,高可好。第二个是尽可能的储能密度高,不能跟电动汽车去比较去,电动汽车要求的密度很高,要跑400公里,跑800公里,我们不需要那个密度。

另外一个,尽可能的自放电要小,因为我们电池维护要容易。这是我们国家电网公司,这个可能有一段时间了,他们对储能技术提出的要求,据说最近可能又有了新的标准,我简单说一下粗略的,安全性上要求电池一定安全,对环境友好,第二个要低成本,提高每千瓦时造价是1500元以下,但是目前来讲恐怕还要降低,因为美国政府最近提出了新的目标,每度电5美分,放电要安全5美分来结算,这是一个目标。再一个长寿命,再一个循环寿命大于五千次,存储密度大于100,这些要求都很高的对电池技术。

我们现在来讲,我是提出了一个新的理念,在我们国内恐怕是最早提出来的,这个理念是什么呢?利用电池的热能,充分利用它,所以我就提出了一个储热蓄电的问题。要想储热又想蓄电,可选择的电池只有熔盐电池,技术上比较成熟的主要是钠硫电池和钠氯化物电池,另外这两年刚刚出现的一种熔盐电池叫液态金属电池。高温熔盐电池的主要特点,就是工况环境温度高,一般都在摄氏200度到600度才能工作,另外循环寿命要长,能量密度居中,没必要要的很高,这个来讲大家可以理解。另外一个是储能成本降低的空间要大,我们既然要做这个熔盐电池,下面我们就解释解释这三种熔盐电池,加以比较一下。

目前来说高温熔盐电池就这么三种,一种是日本NGK生产的钠硫电池,我们看到所有的介绍,电池存储技术的时候钠硫电池少不了,但是少的是哪种电池,是美国GE的大松钠氯电池,这个电池也叫斑马电池,最早是印度搞出来的。另外一个是美国MMT,就是麻省理工学院近两年推出来的液态金属电池。

这个是日本NGK的钠硫电池,我们简单介绍一下,因为这个大家都比较熟悉,它就一个问题,它的安全性隐患比较大,现在在我们电池储能,规模储能中现在还是规模比较大的一种,安装比较多的。这是在意大利安装的一个,这个持续放电时间可以达到6-7个小时,一般其他的电池还达不到这个电池。2015年6月我们国家电网引进的一个只有一个,就这么一座钠硫电池的示范项目,因为钠硫电池的安全性,大家知道着了几次火了,现在发展遇到了瓶颈,现在使用量好像暂停了。

另外我们讲一讲钠氯化物电池,原理性跟钠硫电池有点类似,只是里头用的材料不一样,把硫成了氯化钠,这是瑞士搞的一个公司,但是被意大利非凡收购了,这家公司的电池现在就在我们国家销售,是你们GE,也就是将来你们超威的竞争对手,这是我们GE公司搞的钠氯化物电池,这个我们的结构都是传统结构,跟NGK的结构完全一样,都是柱状的进行组装,组合,但是这个我想底下介绍的应该都是公开信息。

这是GE公司可以说是堆叠组成的规模性的储能,一个一个小模块组合起来,成本还是相对比较高的。这个核心部件,我们说钠镍电池,钠硫电池的核心部件是什么东西,就是这么一个东西,一般来讲就是固体电解质,是陶瓷的。所以这个生产线是烧结出来的,我不知道你们是不是准备要搬到超威去,这是他的零部件,这是组装线,这是超威与GE深度合作,准备在中国生产这个电池,但是你们的竞争对手现在已经就在中国了。

另外是钠镍电池现在受到国际上,2016年之后受到很多国家,包括企业,包括研究所重新,我们讲重新回到了市场,这是德国刚出的电池,这个结构比你们GE的要简单的多,你们可以比较一下那个结构。这是中国科学院合肥物理研究院刚推出的,他准备搞钠硫电池,不是搞钠镍。这是美国麻省理工学院做的,他把很多人都给忽悠进来了,当时风险资金,风险资本一共筹集了将近5000多万,这是他的基本结构,采用锂电池的基本结构,他还在实验当中,而且已经失败了一次了,失败以后现在也停下来了。这个项目里,我们国内很多科研人员都参与到这个项目当中了。

这个项目最近有所进展,麻省理工学院公开了,他说现在他们新研究了一种新的氮化钛来替代固体电解质,我们可以关注一下。国内接棒,我们国家2018年度搞了一个申报,所以现在搞这个电池的单位真不少,但是我讲这个难度很大。

通过比较,我们选择了,我要用的方向是储热蓄电,我选择的电池就是钠氯化物电池,为什么选择就不再说了,最主要比较一下,这边是钠镍,那边是钠硫,大家可以看一下,至少是开路电压比较高,工作温度比他宽,制造的工艺比它简单,连接方式我可以任意组合,再一个来说,我可以干什么呢?我们钠镍电池最多的就是过充过放不怕,用中国话来讲是皮实。主要特点,原则上讲就是这么几个特点,大家可以记一下,开路电压高,300度,比能量高,能量转换率高,可以快速充电,再一个是关键对我有用的,我可以很方便的融入到我们槽式CSP系统当中,不需要你维护,坏了没事儿,电池坏了也不要紧,照常运行,其他的很多了,都是大家公认的。

现在我要用这个电池进行储热蓄电行不行,不行,还存在很多问题。我一直跟踪美国能源部的一个项目,从2008年就开始规划了这个电池了,我很早就跟踪他,他们如果成功,我们可以把这个技术拿来为我们所用,干什么用,就是我们要储热蓄电用,是他规划到2016年实现商业化,到现在实际上大家看一下,最早是这家系统,美国太平洋国家实验室,也是大院大所搞的,但是没有成功,这是美国能源部最早支持的他。紧接着是这家公司,没成功怎么办,计划被取消。这家公司也是一样,给了钱没干成,也是取消。美国能源部很有意思,人家矢志不渝,就看上这个项目了,接着给,而且这个项目是我们聚光太阳能发电要用了,所以这个已经是跟我接近了,但是我这个理念在他之前已经提出来了。

这是他的计划,比较有名,我们叫太阳能发电计划,现在他的目标已经实现了,是什么?光伏发电已经达到每度电600分以下了,他计划是2020年以后实现这个目标。这是他提出来的一个储热蓄电的模式,这是美国的专利,2015年,比我要晚几年。我们要说自主创新就不能抄你们原来的结构,怎么办呢?我就把结构调整了,这个结构调完之后,你看跟你们柱状就完全不一样了,但是又跟美国提出来的平面结构也不同,这是个理念,我们现在时髦话叫创意。

这个大家看,将来这个电池组形成个电池,但是这个比较大。这个是我们说要跟我们太阳能循环嫁接起来,这是一个原理。现在我们提出来,就是我提出的理念就是这么一个图,大家可以看一下,跟你们可能就不一样了。

今天因为时间比较紧,后面的就不再讲了,我们为什么要储热呢?因为我们有个热利用的问题,大家可能不知道,高温电池有个什么好处?有个热,我们可以充分利用充放电产生的热,比如说我们一些社区,我们现在有这么一个电池堆。

Heiko M.Stutzinger:不好意思,现在时间到了。

张建诚:为什么现在要讲这个,这是德国西门子的,这是你们的专利,但是我比你们早四年提高来的,热利用,就是钠镍电池,这个是做的钠氯化物电池组怎么循环,这个我们都比他要提的早一些,这个是西门子低成本的长时间的技术,是搞光热发电。

Heiko M.Stutzinger:不好意思,对不起,我们现在必须要打断你了,因为现在是要问答的时间,我们所有的演讲嘉宾请到台上来,现在我们必须要打断我们的演讲嘉宾了。

张建诚:我们知道他的计划是什么,他定了一个计划,长时间,这个计划是今年刚提出来的,我要放电连续10小时以上到100小时,要求是什么,连续放电的固定成本是什么,5美分,我们能不能到。

Heiko M.Stutzinger:谢谢我们的演讲嘉宾,大家给他热烈的鼓掌。我们有请其他的嘉宾,很抱歉,因为每一个演讲嘉宾要保证时间的准备,我必须要公正的对待每一位演讲嘉宾,我们也留点问答的时间,我们准备好麦克风了吗,有什么问题?在座的观众有什么问题?没有问题,我不太相信,肯定有问题,我先来问吧,我想问一下问题。

(发言根据电力头条App速记整理,未经本人审核)

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