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1、 吴贤章吴贤章 wxznarada.bizwxznarada.biz 提提 纲纲 2 新能源与智能电网发展形成对储能技术的强大需求新能源与智能电网发展形成对储能技术的强大需求 储能的意义：储能的意义： p 平抑峰谷差，减少发电功率调整，提高传统发电效率；平抑峰谷差，减少发电功率调整，提高传统发电效率； p 降低主干网扩容投入，节约大量扩容资金；降低主干网扩容投入，节约大量扩容资金； p 稳定新能源接入，提高电网电能质量；稳定新能源接入，提高电网电能质量； p 提高电网安全性，提供备份电源；提高电网安全性，提供备份电源； p 提高黑启动安全性，降低事故发生率提高黑启动安全性，降低事故发生率 新能
2、源并网与智能电网建设的瓶颈：新能源并网与智能电网建设的瓶颈： 为了降低CO2排放量和摆脱对矿物燃料的依赖, 各国均竞相发展可再生能源发电,但新能源并网存 在功率波动严重功率波动严重难以保证 供电稳定性和可靠性变差可靠性变差 难以满足用电需求的问题。 3 各种市场应用所需储能技术的实施可行性及盈利能力分析 p 波士顿咨询公司预测：到波士顿咨询公司预测：到20302030年，储能市年，储能市场应用需求在全球范围内将达到场应用需求在全球范围内将达到330GW330GW； p 最最有前景的是传统的有前景的是传统的“稳定供电稳定供电”市场（包括削峰填谷、功率平滑、提高传统发电市场（包括削峰填谷、功率平滑
3、、提高传统发电 效率），其盈利能力强，但技术实施难度较效率），其盈利能力强，但技术实施难度较大；大； 储能市场面临前所未有的发展机遇储能市场面临前所未有的发展机遇 p 另一个比较有吸引力的是另一个比较有吸引力的是“能量平衡能量平衡” 市场，即根据短时波动的用电需求进市场，即根据短时波动的用电需求进 行供电调配；行供电调配； p盈利能力处于中等偏上而技术实施难盈利能力处于中等偏上而技术实施难 度相对较低的度相对较低的孤岛孤岛/ /离网储离网储能的市场能的市场 容量将达到容量将达到250-500250-500亿欧元。亿欧元。 4 规模储能对电池的要求规模储能对电池的要求 p储能容量储能容量( (规
4、模化程度规模化程度) ) p经济性经济性 p安全性安全性 p循环寿命循环寿命 p能量转换效率能量转换效率 15MW/10MWh15MW/10MWh铅酸储能电站铅酸储能电站 6MW/48MWh6MW/48MWh钠硫电池储能电站钠硫电池储能电站 12MW/12MWh12MW/12MWh锂电储能电站锂电储能电站 5 各种各种储能技术的储能规模比较储能技术的储能规模比较 p 铅酸电池与锂电池、钠硫电池的能量规模和功率规模相当。铅酸电池与锂电池、钠硫电池的能量规模和功率规模相当。 p 经济经济因素是制约某项技术未能实现更高功率或更大能量的主要因素是制约某项技术未能实现更高功率或更大能量的主要原因。原因。
5、 6 各种储能技术的经济性比较各种储能技术的经济性比较 7 DODDOD 寿命寿命 运行期间放出运行期间放出 的总电量的总电量 能效能效/%/% 电池成本电池成本 ￥/ /WhWh 发电成本发电成本 ￥/kWh/kWh 铅炭电池0.65,0003,000 C9010.37 (0.30*) 传统铅酸电池1800800 C800.60.94 (0.62*) 锂离子电池 12,000 0.320,000 5,000 C9530.63 全钒液流电池113,00013,000 C80100.96 参考文献：参考文献：IECIEC：Electrical Energy StorageElectrical E
6、nergy Storage，White Paper 2011.12White Paper 2011.12 杨杨裕生裕生 等等, , 储能装置直接经济效益的判据储能装置直接经济效益的判据, , 电池电池, 2011, 41(1): 19-21, 2011, 41(1): 19-21 * *此此处处考虑考虑铅酸铅酸电池电池的可的可回收回收性，以传统铅酸电池成本性，以传统铅酸电池成本30%30%可回收计算可回收计算 各种储能产品各种储能产品的综合性能比较的综合性能比较 循环寿命循环寿命安全性安全性可规模化可规模化经济性经济性能效能效 普通铅酸电池 超级电容器 锂离子电池 钒液流电池 钠硫电池 p 目
7、前，并没有一种储能技术能够完 全满足五项关键指标。 p 铅铅酸酸电池电池具有安全可靠性高、储能 规模大，性价比高等优势，占据了 储能市场的绝对份额。 *Source: John Craig, BCI, State of the Industry, 124 BCI Convention, Phoenix, AZ (USA), 2012 8 铅酸蓄电池与其他储能产品的比较铅酸蓄电池与其他储能产品的比较 性能指标性能指标传统铅酸传统铅酸先进铅酸先进铅酸镉镍电池镉镍电池镍氢电池镍氢电池锂离子电池锂离子电池钠硫电池钠硫电池钒液流电池钒液流电池 比能量（比能量（Wh/Kg)Wh/Kg)3535454540
8、4070701201201601602020 比功率（比功率（W/KgW/Kg）9595300300170170225225750750124124166166 循环寿命（次）循环寿命（次）5005002000200040040050050020002000200020001300013000 工作电压（工作电压（V V）2 22 21.21.21.21.23.23.22 21.21.2 使用温度范围使用温度范围202045454040757540407070202060602020606030030010103535 安全性安全性高高高高中中中中低低低低低低 能量转换效率（能量转换效率（%
9、%）8080909080808585909085857070 低温性能低温性能差差优优中中优优差差差差差差 高温性能高温性能差差好好差差中中中中好好差差 成本（￥成本（￥/Wh)/Wh)0.60.61 13 34 43 36 61010 维护费用维护费用中中低低低低低低中中高高中中 原材料资源原材料资源资源丰富资源丰富资源中资源中资源中资源中资源中资源中资源丰富资源丰富资源丰富资源丰富 资源循环回收利用率（资源循环回收利用率（% %）95%95%10%10%10%10%10%10%10%10%50%50% 环境污染环境污染铅、酸污染铅、酸污染镉污染镉污染低低低低低低碱污染碱污染 技术成熟度技术
10、成熟度高高中中高高高高中中低低低低 应用领域应用领域广泛广泛广泛广泛一般一般一般一般广泛广泛较少较少较少较少 单体容量范围（单体容量范围（AhAh）30003000300030005005002002003003007007001000010000 成组难度成组难度容易容易容易容易中中中中难难难难中中 资料来源资料来源：IECIEC：Electrical Energy StorageElectrical Energy Storage，White Paper 2011.12White Paper 2011.12 9 铅酸储能技术未来的储能市场地位铅酸储能技术未来的储能市场地位 p只有落后的技术，
11、没有落后的产业，随着新技术的应只有落后的技术，没有落后的产业，随着新技术的应 用，铅酸技术在固定、储能应用行业仍会有较大市场；用，铅酸技术在固定、储能应用行业仍会有较大市场； p 铅酸储能技术具有铅酸储能技术具有安全可靠性高、储能规模大，性价安全可靠性高、储能规模大，性价 比高等优势，占据了储能市场的绝对份额。比高等优势，占据了储能市场的绝对份额。 Lead-Carbon: A Game Changer for Alternative Energy Storage 1 0 提提 纲纲 1 1 1 2 储能、动力等新兴储能、动力等新兴市场要求铅酸市场要求铅酸电池在电池在20%-80%20%-80
12、% PSOCPSOC模式下模式下工作工作, , 以以确保良好的功率输出确保良好的功率输出及充电及充电 接受能力接受能力 Lead-Carbon: A Game Changer for Alternative Energy Storage 铅炭电池特点：铅炭电池特点： 在负极引入炭材料，抑制负极硫酸 盐化，大幅提升电池的高倍率充放 电性能和部分荷电态下的循环寿命 申请人申请人资助资助M$M$项目内容项目内容 ExideTechnologiesExideTechnologies with with AxionPowerInternatiAxionPowerInternati onalonal 34
13、.334.3 应用应用铅铅- -炭电极炭电极技术生产技术生产 先进的铅酸电池，满足微先进的铅酸电池，满足微 混和中混用电需求混和中混用电需求 East Penn Manu- East Penn Manu- facturing Co.facturing Co. 32.532.5 生产生产超电池超电池（铅酸电池同（铅酸电池同 超级电容器结合）满足微超级电容器结合）满足微 混和中混用电需求混和中混用电需求 奥巴马奥巴马政府重点资助政府重点资助项目项目 铅炭铅炭电池技术创新优势改写新兴市场竞争规则电池技术创新优势改写新兴市场竞争规则 铅炭电池技术发展历程铅炭电池技术发展历程 1 3 1997 2002
14、 2006 2007 2009 2010 2011 2012 2013 DrDr LamLam LanLan研究发现：在铅酸电池中加入炭可以极大地减少 HRPSOC工况下硫酸盐的积累，提高电池性能和使用寿命。据 此研发的铅炭电池可通过电容作用缓冲高倍率充电的影响。 研发表明：炭材料类型不同，对电池性能和使用寿命的影响大为不同。 国际先进铅酸电池联合会ALABCALABC发起铅炭电池示范项目。 East Penn成为铅炭电池授权生产商，可在除日本和泰国的全球范围内进行推广。 Exide、Axion、East Penn的铅炭电池技术得到奥巴马政府巨额资助。 Sandia 和East Penn开展合
15、作，模拟测试铅炭电池在各种条件下的性能。 EastEast PennPenn 500kWh光电平滑+1MWh光储一体化电网级铅炭储能项目电网级铅炭储能项目通过PNM电网验收。 East Penn 3MW电网级铅炭储能项目通过PJM电网验收。 南都铅炭电池南都铅炭电池通过国家级能源技术成果鉴定，并开始在多个微电网储能工程中使用。 什么是铅什么是铅炭炭电池？电池？ 1 4 1 5 常规铅酸电池常规铅酸电池“内混内混”铅铅炭电池炭电池 电池长期处于HRPSoC，负极表面出现硫酸盐化 “内并内并”铅炭电池铅炭电池 - 负极由炭板和铅板并联构成 - 长循环寿命，高比功率 - 制作工艺复杂 - 难以产业化
16、 - 直接在铅膏中引入特殊炭材料 - 优异的HRPSoC循环寿命 - 良好的充电接受能力 - 易实现产业化 铅炭电池工作原理铅炭电池工作原理 1 6 高倍率浅循环高倍率浅循环 功率型功率型模式模式 低倍率深放电低倍率深放电 能量型能量型模式模式 储能循环寿命测试及评估方法储能循环寿命测试及评估方法 储能循环寿命测试及评估方法储能循环寿命测试及评估方法 1 7 p 美国美国SandiaSandia国家国家实验室的实验室的几种波形测试，包括调频、负载均衡、随机应用模式。几种波形测试，包括调频、负载均衡、随机应用模式。 模拟储能循环测试模拟储能循环测试功率型功率型 1 8 美国美国SandiaSandia实验室对实验室对Ultrabatte
