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推动分布式能源发展,看储能技术
2018年3期 发行日期:2018-01-31
作者:■ 中国石油经济技术研究院 刘畅 石洪宇

       储能是能源行业的重要技术之一,同时也是推动分布式能源系统发展的主要技术之一,是促进新能源消纳的重要基础,对我国能源生产和消费革命有重要的影响。但从产业角度来说,我国储能却正处在起步阶段。2017年10月11日,国家发改委、财政部、科技部、工信部、国家能源局等五部委联合发布《关于促进储能技术与产业发展的指导意见》,明确了我国储能产业发展的总体要求、重点任务、保障措施和发展道路。

一、储能技术将迈向快速发展期
   
      广义的储能即能量的存储,而狭义的储能通常特指电化学储能。电化学储能,如铅酸电池、锂电池、液流电池、钠硫电池等,已经历了最初的研发阶段,在电动汽车上得到成功应用,与电网的可参与程度高,储能成本具备较大的持续下行空间,未来有可能成为电力储能最具发展前景的技术。常见的电化学储能技术有:铅酸电池、锂电池、全钒液流电池和钠硫电池等。
       铅酸电池  是较为传统的蓄电池,成熟度最高、成本最低,但其能量密度低、循环寿命短,不具备参与电网配置的要求;而铅炭电池,通过在铅酸电池的负极中加入活性炭,使用寿命大大延长,可用于新能源储能领域,是目前技术相对成熟、成本最低的储能技术,成本约为1200元/kWh。我国南都电源研发的铅炭电池产品已得到多次应用,如东福山岛风光柴储能电站及海水淡化系统、新疆吐鲁番新能源城市微电网示范工程、浙江鹿西岛4mWh新能源微网储能等,但其规模均较小。
       锂电池  能量密度大、可快速充放电、使用寿命长、无环境污染,被称为"绿色电池",是用于电动汽车的主要电池品种。虽成本较铅炭电池高,但仍有一定的下行空间,且利用"承接动力电池梯次利用"可有效提高其储电能力。目前电动汽车锂电池能量密度最高可达170W·h/kg,成本约为1200元/kWh,预计在未来3~5年内制造成本均价每年下降约9%(原材料成本随市场价格波动)。电池的充放电次数仍是锂电池发展的主要瓶颈。
      全钒液流电池  是基于金属钒元素的氧化还原而制备的液流电池,全钒液流储能电池与风电、光伏电组合成离网或微电网发电系统,对于孤岛、离网的边远地区是最佳选择。目前,中科院大连化物所自主研发的2kW全钒液流储能电池已成功实现1万次以上的充放电循环,能量效率未见明显衰减;大连融科储能技术发展有限公司的200 kW/800 kWh全钒液流储能电池系统已接入可再生能源智能微网并成功并网运行;成本较高是全钒液流电池市场化的主要壁垒,其成本高达2700元/kWh。
       钠硫电池  是一种以钠为负极、硫为正极、陶瓷管为电解质隔膜的二次电池,在一定温度下钠离子透过电解质隔膜与硫之间发生的可逆反应,形成能量的释放和储存;目前全球有200余座500kW以上功率的钠硫电池储能电站用于商业、工业、可再生能源发电等领域,最大规模达到34mW,平均能量效率达到80%以上。但是,成本高(约为2000元/kWh)、正负极物质的腐蚀性强易出事故、运行条件苛刻等因素制约了钠硫电池的发展。预计2020年,钠硫电池成本可降至1300元/kWh,基本与铅炭电池及锂电池有同等的竞争性。
       当前,全球电化学储能约为3.30GW,我国电化学储能约为260MW,示范项目约50个;其中规模最大的是2016年6月投产的200MW大连全钒液流电池项目。当前各储能技术的发展仍受高成本、充放电次数、规模限制、安全性等因素的制约,但部分技术已进入稳定的进步和成本下降通道,可以预见未来5~10年将是储能技术的快速发展期。预计到2024年,全球电化学储能装机容量将达45GW,其中亚太地区占比53%。

二、储能技术推动能源变革
 
       虽然我国的储能技术处于初步阶段,但不容置疑的是,它在推动能源变革中将起到积极的作用,这主要表现在以下方面:
       第一,储能技术将有助于风光消纳,促进可再生能源发展。通常认为,若风能和光伏发电装机比重在10%以下,则电网基本安全稳定;而若装机比例超过15%,就依赖于储能以减少并网波动。我国可再生能源发展十分迅速,至2017年,风能、光伏发电占比为6.8%。储能技术是稳定风光资源、使其较好适应当前体制机制的有效途径。
       第二,促进分布式能源和能源互联网的发展。传统的能源网络是一个能量中心化且单向传输、无信息交流、边缘封闭且无记忆的简单应激系统;而能源互联网是一个智能网络,存在海量双向能量-信息节点,形成一个松耦合的双向系统,需要加入大量的分布式存储来“记忆”相应的能源需求,以盘活数量巨大而利用率较低的存量碎片化能源。储能技术可有效匹配供需、保证供能质量,改变传统冷、热、电系统“独立+存量”的供应方式,在各建筑物间实现能源互联,挖掘能源存量潜力。同时,储能还是分布式能源与传统能源相连接的必要设备,是能源互联网的核心技术之一;而能源互联网也是未来储能的主要赢利点之一。
       第三,有助于政府制定更有针对性和差别性的差别电价政策,优化电力资源配置,提高电力系统的总体发电效率。通过储能技术,可实现对用能峰谷的调配与控制,可分流调度不同发电品种的电力,实现精确溯源与使用时段的能源控制,使具体化针对性的价格方案成为可能。
       第四,推动电动汽车的发展。储能对电动汽车的推动作用表现在两方面:首先,储能技术即为电动汽车的电池技术,是电动汽车的关键技术之一,直接影响车辆的性能;其次,在储能技术的带动下,电网及充电相关基础设施将加速完备,方便车辆充电与电池更换,推动电动汽车的普及。
       第五,激发能源创新力,促进能源新业态和新商业模式产生。储能将大大促进能源的就地生产和消纳,并改变人类的日常能源消费模式乃至生活模式,例如特斯拉的PowerWall和Powerpack,单体峰值电量为3kW,可储存10kWh电量,充放电能效92%,可以简单拼接使存储能力扩大至1000倍,轻松将风光转换为电能并存储,使可再生能源在普通商业或居民的用能结构中提高一半以上。

三、对油气行业的发展建议
    
       主动调整,向综合能源方向发展。油气行业在我国能源结构中占有重要地位,其一次能源消费占比约为25%。石油在交通与化工领域有较大的不可替代性,而天然气是我国实现能源结构治理和供给侧改革的重要能源品种,也是发展分布式能源系统的首要能源。能源结构调整,应在保持石油供应的基础上,以天然气为主要着力点,积极投身天然气分布式能源及大规模天然气发电项目,推动天然气向我国主体能源迈进。另外,更可结合各能源品种共同打造综合性的能源供应系统网络,推动全能源系统向低碳化推进,推动我国能源转型。
       因地制宜拓展新能源业务。未来30年内油气仍将是全球重要的能源,在保持原有业务的基础上,油气行业应积极涉足与油气相关的新能源领域。鉴于主要国际大石油公司的相关经验,不建议大规模进入风电和光伏市场,可在密切关注的基础上通过投资入股方式参与。另外,在油田区内部可通过新能源弥补自身油气消耗。油气行业本身就是耗能大户,因地制宜地开发风能、光伏、地热等新能源十分有必要。
       油气公司介入储能技术。储能技术是未来电力发展的关键技术之一,预计5~10年内仅用户侧储能投资空间即达5.6万亿元,而且是高收益的投资领域;另一方面,储能技术的发展推动了电动汽车对传统汽车的替代,进而影响石油的需求,深度了解储能技术的发展水平和方向,也有助于应对电力对油气的替代。油气公司可通过研究电动汽车里程、天然气发电系统等参与储能研究,以快速掌握储能领域的专业知识和发展现状。

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