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风能和太阳能推广的必需:化学储能电池的成熟和商业化

导读: 在风电和光伏发电等领域,由于缺少化学大容量储能电池等储能技术支持,我国的新能源产业发展速度受到严重制约。他还建议,需要从国家层面加强对化学大容量储能电池等储能关键技术的支持力度

  风能和太阳能等可再生能源产生的电力都必须在产生后尽快使用,在全球大力发展可再生能源的今天,储能设备的研发和推广显得越发重要了。

  在今年两会上,全国政协委员胡里清呼吁,新能源产业要加大储能技术开发。他表示,在风电和光伏发电等领域,由于缺少化学大容量储能电池等储能技术支持,我国的新能源产业发展速度受到严重制约。他还建议,需要从国家层面加强对化学大容量储能电池等储能关键技术的支持力度。这既可解决风能、太阳能发电的随机性、波动性问题,稳定可靠地并入电网,又可与风电、光伏电组成离网绿色电力系统,为智能电网的建设提供关键技术。

  无独有偶,全国政协委员、上海市工商联副主席段祺华也表示,当前为风电等可再生能源配置的火力发电厂和抽水蓄能电站都存在诸多局限性。为风能等可再生能源配装合适的大容量电池储能系统才是解决我国目前风能发电无法并网瓶颈问题的最有效途径。他还建议,要积极引进国外先进的钠硫储能电池技术,这样一方面满足国内可再生能源电力的配装需求,另一方面可以消化吸收先进技术,争取早日实现自主化。

  国外的储能技术已经发展到什么阶段?本文将为读者介绍一下美国太平洋西北国家实验室最近对电化学储能系统做出的全面评估的结果。

  美国西北太平洋国家实验室隶属美国能源部,是化工、能源、环境领域的国际著名研究机构。该实验室的研究人员指出,未来能够承担起储存可再生能源发电并将电力传输到电网上的电池必须是可靠、耐用和安全的,而电池的价格能否被使用者接受也是决定其市场规模的关键。

  西北太平洋国家实验室的研究人员对比并评价了4种电化学储能电池,它们分别是全钒氧化还原液流电池,钠酸储能电池、锂离子电池和铅碳电池。研究人员注意到,以上4种电池都有被大规模发展的潜力,同时也存在各自的问题。

全钒氧化还原液流电池

  全钒氧化还原液流电池通过不同价态的钒离子相互转化实现电能的储存与释放。充电时,通过对全钒氧化还原液流电池的充电,将电能转化为化学能储存在不同价态的钒离子中;当发电装置不能满足额定输出功率时,液流电池开始放电,把储存的化学能转化为电能。

  据研究,全钒氧化还原液流电池的充、放电性能好,能够进行大功率的充电和放电。这种电池,选址自由度大、占地少,可以很好地把太阳能和风能融入到住宅或者工业场所中。

钠硫储能电池

  钠硫储能电池通常被建在一个管状设计中,并结合钠硫等元素,钠与硫会通过化学反应将电能储存起来,当电网需要更多电能时,它又会将化学能转化为电能释放出去。

  这种电池的优点之一是单位质量或单位体积所具有的有效电能量高。可以在短时间内释放大量能量,是为车辆和其他应用工具供能的良好选项。这种电池的缺点就是材料的成本高,另一个担心是,这种电池运行时的温度很高,运行的可靠性曾受到质疑。

  西北太平洋国家实验室的研究人员称,通过改良电池的形状能够提高电池的能效并降低电池运行时的温度。实际上,这个实验室正在同一家美国电池公司联合研究对这种电池的改进方法。

锂离子电池

  锂离子电池是我们最常见的电化学储能电池,我们手机、笔记本电脑的电池多为锂离子电池。这种充电电池主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。高能效和电力容量上的优越性也让锂离子电池的市场扩大到交通领域,现在许多电动车也选用这种电池作为动力。

  小型锂电池的研发和推广已经非常成功,但是,锂电池的大型化却是困难重重,面临造价高、运行温度高和易短路等问题。

  虽然在锂离子电池的研发方面已经取得了实质性进展,但是还需要很多工作来延长电池的使用寿命,还要提高电池使用时的安全性并降低材料成本。

铅碳电池

  铅碳电池是从传统的铅酸电池演进出来的技术,科学家们发现,增加一点碳,能够显著提高铅酸电池的寿命。研究人员称,作为太阳能和风能储能的后备选项,铅酸电池能量密集度高,是个不错的选择。

  但是,这种电池的推广也面临着成本问题。这类电池的成本费用依然维持在每千瓦小时 500美元,而研究人员认为,需要降低成本至每千瓦小时150-200美元才可行。

  研究人员的结论是,对这几种电池技术的进一步研究都至关重要,在材料、设计和工程系统上的改进和成本上的降低都是很必要的。
 

责任编辑:siliver
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