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上海电气杨霖霖:大规模储能液流电池在电化学储能技术里有独特优势

北极星储能网  来源:北极星储能网    2019/8/8 15:12:48  我要投稿  

北极星储能网讯:大规模储能作为一个电力装备,我们对它的理解,首先这个产品或者说这条技术路线一定要具备高安全性这样的特点,还有就是能够跟电力装备做到同寿命周期,还有高可靠性,从这些因素上我们去分析现在各种技术路线,最重要我们分析来看,可能液流电池在电化学储能技术路线里面还是具有非常独特的优势的。

— —上海电气集团股份有限公司中央研究院储能液流电池产品部部长杨霖霖

8月8日,由华北电力大学、中国可再生能源学会主办的“第一届中国储能学术论坛暨风光储创新技术大会”分论坛在北京召开,北极星储能网将对论坛进行全程直播。在8日“电化学储能”分论坛上,上海电气集团股份有限公司中央研究院储能液流电池产品部部长杨霖霖作“大规模储能液流电池系统”报告。

杨霖霖.jpg

上海电气集团股份有限公司中央研究院储能液流电池产品部部长杨霖霖

以下为发言实录:

上海电气集团股份有限公司中央研究院储能液流电池产品部部长杨霖霖:尊敬的各位专家、各位嘉宾,大家下午好!

我今天介绍分几个部分:首先介绍一下整个储能大的环境背景。从储能需求的形成、价值与作用、主流储能类型、电化学储能市场现状、液流电池种类等方面介绍一下整体的背景。

我们都知道,化石能源时代的终结其实已经在逐步的开始了,新能源其实时代已经是不可避免的在到来,这个其实是能源发展的历史。通过这两张图片,我想表达一个观点,已经是整个相对来说全生命形成的共识,因为可再生能源它的发展真的是势不可当。觉得可再生能源的发展,在可再生能源的技术路线里面,有两个比较突出的发电侧的路线,一个是风、一个是光。风和光发电的先天的有一个不稳定性、还有一个不可控性。由于可再生能源发展催生了储能的发展,储能的价值和作用,在整个储能发电到输、到配、到用电来讲,都有它各种的增值服务。比如在发电侧,对于传统的火力发电而言,也可以通过储能去做调频调峰,对于新新能源发电而言,可以通过储能做蓄水池,做平滑功率的输出,削峰填谷等等增值服务。在输电领域,可以通过储能的增值服务做到延缓输电设备的投资、改善电能质量、高系统可靠性,也有一些削峰填谷的增值服务。在配电领域,同样也可以缓解高峰的负荷需求,延缓网络的升级扩容,应对故障安全,保证供电系统的稳定性、可靠性。

在用电侧,其实储能的用户是多元化的。总结来讲,可以有一些项辅助分布式电源的接入,缩小峰谷差,电源质量的调频改善,还有做UPS或者EPS电源的功能。

整个储能领域,各种储能技术路线非常多,先进的大容量储能电池技术,我也是根据行业内的这些定义做了这样一个解读,先进储能技术特指用于电力系统中,容量在千瓦级以上综合性能优越的储能技术,除电力储能技术以外,广义的能源存储其实还有储热、储氢、储气,各种储能的路线,从分类来讲,大概有这样几各类型,有物理储能、电池、化学、其他。物理储能,传统的像我们在传统的电网环境里面,比如说用抽水蓄能作为大型的物理储能,对电网的稳定起到调控的作用。还有压缩空气储能、飞轮储能。物理储能的特点,采用水或者空气等作为储能介质,这个储能介质是不发生化学变化的,是机械能转化为电能的原理。还有电池储能,典型的代表就是超级电源、超级储能,特点是响应速度非常快,短时间内可以释放大功率的电能,循环次数是比较多的。

还有一种是化学储能或者电化学储能,主要的类型有铅酸、锂离子、镍流、钠硫。铅酸和锂离子电池,它的发展里程是比较长的,并且铅酸和锂电已经渗透到普通民众的日常生活当中,比如我们可能手机、iPa电子产品,还有传统的两轮车用的铅酸。还有一种是液流电池,液流电池也是一种电化学电池,它的定位其实就是做大型储能,或者说我们把它的定位做电力装备,可能除了普通的民众以外,可能在电力这个行业大家认知会更多一点。我举这个例子其实想说明,因为我是做液流储能的经常会有人问液流储能是什么样的技术,我经常提到锂电池或者铅酸电池,我后面会做阐述,几种电池路线在我们的日常生活当中的应用上的影响来做这样一个解读,一个是跟它的发展历史有关,还有一个跟它的定位有关。液流从我们这个产品优势特点来了解,电力装备,不是普通民众经常接触到的,有一些是不熟悉的,后面我会做具体阐述。还有钠硫电池,也是一种电化学电池。

化学储能的特点就是,利用化学元素作为储能介质,充放电过程中是随着储能介质的化学反应或者变化产生的储能,其他的储能某种意义来讲定义是比较宽泛的,比如最近可能氢能、燃料电池都非常火爆,某种意义上其实发电侧,不能把它定义为储能,可能有一些粗放的角度来讲,也会把它定义成燃料电池也是一种储能,还有金属空气电池,它其实本身是不具备充电的特性的,某种意义上来讲发电侧发电装备。

这是对于几种储能的介绍。因为我今天的聚焦还是会聚焦介绍电化学储能,为什么会是电化学储能呢?我们讲,在早期,其实在储能的这样一个领域,在物理储能、电池储能、化学储能、其他储能领域,都经过了很多论证,当时我印象中有位专家提出,什么样的储能才能够定义为真正的储能?首先就是可以模块化复制,还有一个要素就是要高安全、长寿命,能够跟电力设备同寿命周期,还有可以模块化复制,有一个叫可以模块化复制的角度上,或者能够具备这三个要素的角度上讲,所以我觉得可能化学储能的有始更能够有这样几个优势。我今天介绍的重点还是电化学储能,或者电化学储能里面的一种体系。

电化学储能,我这个数据其实也是来自于行业的官方的一些数据统计,比如说全球的电化学市场发展现状,这个数据截止到2018年6月份,全球已经投运的电化学储能项目累计装机容量3623兆瓦,占比2.1%。到2018年看一下增量,其实增量是非常快的,同比增长100%多。从地域分布来看,英国新增投运的装机规模是最大的,有300多兆瓦,同比增长440倍多。辅助服务领域的新增投运项目装机规模也是最大的。

我们中国区,中国电化学储能市场的现状,截止到2018年6月份,中国已投运的电化学储能累计装机容量400多兆瓦,同比2017年有一定的上浮,上浮比例并不是很高,国内有一些大的项目放到了2019年再上有一定的关系,在数据上看到它的增幅并不是特别明显。基本上来讲,或者从区域来看,因为江苏刚刚我们交大的这位老师也介绍了,因为有镇江百兆瓦的储能电池项目,其实就是在江苏镇江,江苏区域新增的储能装机容量规模是最大的,占比25%,同比增幅996%。从应用分布上看,电网侧的装机规模最大,为42.6兆瓦,占比接近45%。

我今天从大规模储能技术路线上去介绍储能的各种技术路线。大规模储能作为一个电力装备,我们对它的理解,首先这个产品或者说这条技术路线一定要具备高安全性这样的特点,还有就是能够跟电力装备做到同寿命周期,还有高可靠性,从这些因素上我们去分析现在各种技术路线,最重要我们分析来看,可能液流电池在电化学储能技术路线里面还是具有非常独特的优势的。为什么这么讲呢?第一,液流电池有一个先天的优势,一般而言,它的功率和容量是可以分开设计的,尤其是容量可以根据用户不同阶段的需求,比如说常规部门的触电时间1—2个小时,如果是液流可以增加电解液的容量和数量达到这个目标。

还有一个特点,液流一般而言还有一个优势,改容量增强恢复,这个也局限于在液流的某些体系里面。我首先介绍一下液流电池的几种类型,液流我们常规的液可能是液体的流动的及如果正极、负极都是流动的,我们叫双一流。目前技术最成熟的体系之一全钒液流电池,早期有铁、铬液流,这个是液流动体系。还有固固体系,我觉得一个意义上讲不能算,比如像铅酸的液流,还有沉浸式的类型。无隔膜型的有一些典型代表,未来我们需需要的液流电池应该具有什么特点:1,从能量密度的角度来讲,活性物质溶解性越高越好,电池体系电压更高。2 ,功率性能,电池学活性高,可逆性好。3,耐受性,活性物质稳定性好,耐高低温。4,降低成本。电解液粘性低,电解液腐蚀性低,5,环保角度希望这活性物质

下面我主要还是想介绍一下大规模储能系统液流体系里面,目前应用比较多、经济性比较成熟的全钒液流电池体系,我来自于上海电气,首先介绍一下我们上海电气。上海电气是一家大型的综合性的装备制造集团,也是一家国有企业。上海电气的业务板块,聚焦能源板块、工业装备、集成服务三大领域,我们的几个板块有高效清洁能源、新能源、工业装备、现代服务业。在高效清洁能源里,我们载火力发电、燃气、输配电、智能电网设备、高压逆变器等等方面,我们的产品都是很多的,或者产业链也是非常广的。在新能源领域,我们在分布式能源、太阳能、风力发电、建筑节能、核电装备等等方面,都有很多的产品或者产业的布局。简单来讲,上海电气从传统的能源板块来讲,其实就是做火力发电装备的,从新能源角度,我们有风力发电装备、也有撞府,我们上海电气的风力发电设备,我们在海上风力发电装备上应该说在行业内做到POT1吧,还有分布式微电网,还有工业装备,这里不详细介绍了。还有现代服务业,我们其实是做EPC投资的。

我来自于上海电气中央研究院,上海电气中央研究院属于上海电气总部的高端研发平台。中央研究院服务于集团的主体产业。我所带领的这个团队是专门做液流电池的,我们这个的团队成立于2012年,我们这个团队就是做储能产品的研发,掌握核心技术支撑上海电气储能产业的发展,目前我们这个部门正在筹建成立公司,公司预计会在第三季度,就是9月份可能会注册,正好也插一个小的广告,也欢迎各位有识之士或者专业人才有机会加入到我们这个团队,我们也正在招兵买马。

我们这个公司未来的定位就是做储能装备的生产销售+EPC,业务范围就是做储能液流电池、系统级的产品销售,再加EPC,未来我们希望在储能电池检测和认证方面做一些服务。

除了液流电池它的特点,刚才有介绍液流的特点,功率和容量是分开设计的,比如功率是由中间的电堆决定的,我们可以通过电堆的串并联集成更大规模的储能系统。刚刚我们交大的老师有介绍,我做到百兆瓦级的储能系统,在集成侧上来讲,其实还是有很多的技术难题要去解决的。如果我们在集成单元上来讲,比如单电堆,我们单电堆规模做到最大,在集成商它的优势也是非常凸显的。我们在电堆侧,电堆可以最大做到50千瓦,就是我一个集成电源就可以做到50千瓦。

下面看两个绿色的,其实就是存量的电解液或者是能量单元,比如我一套系统能存多少电。简单来讲,整个液流电池系统设备的组成,第一,是由工艺单元,由电堆的数量或者单元数来决定的。容量,其实就是电解液的数量多少来决定的。我们是做液流电池的,我们推出的一代液流电池,全钒液流电池,为什么叫钒呢?比如说正极有4价和5价的钒离子最多,正极、负极是同一种元素我们叫钒,这是第一代的液流产品。

整个系统是一个工艺单元、循环单元,控制系统质量,我们可以做到无BMS和PCS的接入侧,再到更高层面的能量管理系统,我们上海电气都是软实力的,我们都是有软件支撑的。这是我们对应的未来的业务,做装备、忍者,这是我们做过的一些产品的外观图。因为液流电池特点可以做到模块,总体产品设计来讲我们可以根据用户的需求做个协化的定制,这是它的技术特点。

从用户关心的几个维度,对目前市面上做的比较多的电池体系做了对标,一般用户可能比较关心的能效适应性和经济性。能效,我所列的,我们这个能效是综合能效,就是说我是涵盖了对外界辅助系统消耗的综合能效,液流净的效率可以做到70到80。响应速度,我这里还是想为液流电池做一个正名,一般而言可能泵觉得响应速度达不到,其实我们的泵都是通过电极来控制的,响应速度跟PCS有关,比如锂电池的PCS不如液流的PCS,是有特质在里面的。

从环境的适应性来讲,比如有非常宽的温度区间,比如我们上海电气的液流产品可以做到30,高温可以做到50,循环次数来讲,它的循环寿命很长,循环次数可以做到15000次,从度电成本,全生命周期每次的循环成本来讲,价格非常具有优势。安全性来讲,因为液流电池,刚刚所看到的那些罐里存放的电解液,是水系电解液,水+无机盐,所以没有任何燃烧核爆炸的风险,可以做到安全。

市场化的前景来讲,因为液流电池本身就是模块化的组合。简单来讲,液流电池推出来的一代的全钒电池几个特性,首先安全性高,安全性高有几个维度,一个是从电解液的体系来讲,是水系的电解液体系,没有燃烧和爆炸的风险。从功率单元来讲,第一,我们的功率单元集成电源最大的模块可以做到50,另外一致性本题控制有独特的优势,可以做到常温运行,没有任何燃烧核爆炸的危险。

电池也本体是可以做到无限次循环的,还有一个液流电池突出的优势,能量可以不率先。我们可以看到常规的电化学电池直观的感觉会面临能量衰减的宿命,液流电池也会面临容量衰减,还有突出的优势,因为正负极的电解液全部在外围的,完全可以通过系统级的手段做大容量在线恢复,比如液流电池可以做到容量基本不衰减,这个会影响到投资方最后投机回报率的周期的。功率和容量可以独立设置,我们可以根据用户的需求做到个性化配置,并且整个系统里面可以开好接口,比如今年需要1兆瓦/4小时的系统,三五年可能需要1兆瓦/6个小时的,我们可以达到扩容的目标。还有无污染,指再生产制造包括回收环境,都可以做到对环境的绿色环保。

我们电气在系统的产品优势上我们的优势特点,首先,电堆我们单对可以做到新意0千瓦,它在大规模储能电站的集成过程中,大电站有它的优势,非常凸显了,这是毋庸置疑的,我就不一一追溯了。我们电池解决我们技术上的特点就是说,我们有防漏液、防漏电,还有低电阻设计,里面全部是采用机械式的,目前我们集成度,40尺集装箱可以做到1兆瓦。4—6个小时的系统,并联数量是非常多的,怎么解决均衡性问题。还有容量在线恢复,液流电池具备容量在线恢复的要素,怎么实现或者能不能百分之百的实现容量恢复,是有核心技术的,我们电池可以做到在线100%的恢复,还有模块化的技术,我们的低温可以涵盖到负30度,可以满足低温区的需求。还有电池化的电磁管理远程运维,这个在实际的工程项目当中,智能化的控制管理配置,对于项目后期的管理还是非常有价值和作用的。

这个是我们的产线,我们这个产线是2016年就已经开始投运了,今年我们公司成立之后,到第四季度会建一个新的产线。这个是我们一个产品的流程,或者管控的体系。液流电池还是比较算比较新兴的技术,我们就是做产品开发和转化。

这是我们的产品销售模式,简单来讲,我们会做产品的销售、租赁、合同能源管理。项目简单概括,后面大家有兴趣我们再交流。

我们有一个1GWh的海上风电项目,作用就是解决新能源发电的波动,增强新能源发电的稳定性,就是调峰的项目。这个是我们海上风电系统项目的接入方案,时间关系就不展开介绍了。这是1GWh的电站,我们是用敞篷式一体化的结构设计。这是工业园区做节能改造的,是通过光伏参加储能,提供综合能源服务的项目。这是项目当时的设计方案,是火电的调频,我再说一下,储能的几个增值服务,要么是调频,要么在调峰,掉风市场领域里面液流电池是没有独特的技术优势的,因为调峰时间比较长,液流很容易实现。调频的液流电池优势在哪里,很多人问过我,我说调频要频繁的被调度,一天可能被调度几十次、上百次,它的循环次数要求是非常高的,在这样一个新能源市场领域上,PCS能够做到多少响应速度你也可以做到多少的响应速度。

这是火电厂调频,这个是我们在通讯基站,实际上做的就是离网型的,通过光伏+储能,一些边远地区或者电网末端的特殊用户提供高可靠的电能质量来源。通过储能提供新的电力改造方式。

通过几个案例介绍一下液流的应用领域,我们的应用,发电侧,除了可再生能源发电侧以外,在火电传统的调频调峰这些细分市场里,有综合的解决方案,这是液流现在的市场领域。

我的介绍就是这些,谢谢大家!(以上内容根据速记整理,未经嘉宾审核)

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