儲能與電動汽車、5G、大數據中心等都有密切關系
儲能是能源互聯網基礎

信息來源:南方電網報  發布時間2020-09-08

  

  隨著社會經濟的發展,人們對電力的需求越來越高。因為其在促進可再生能源并網應用、改善峰谷用電矛盾、推動電動汽車產業發展等方面可以發揮重要作用,儲能技術的研究與發展一直受到各國能源、電力、交通、通信等部門的重視,儲能技術被視為電能運行過程“采—發—輸—配—用—儲”六大環節中的重要組成部分。

  我今天圍繞儲能與能源互聯網的關系這一主題,跟大家分享下能源安全形勢、什么是能源互聯網及下一代儲能電池。

  能源安全形勢

  我國2018年能源的結構:煤是66%,石油是19.1%,天然氣5.9%,風電、水電、光伏電和核電是7%。電能結構中火電是73.32%、太陽能、風電、水電和核電26.68%,主要是火力發電。能源資源是富煤、少氣、缺油。中國工程院2006年出過一份咨詢報告,有三個重要結論,一個到2050年自產石油大概還能保持每年1.8億噸,第二條結論是希望石油的對外依存度不能超過50%,第三條結論是發展電動車,取代進口油。

  我們2018年原油進口是4.6億噸,對外依存度是71%,已經遠遠大于當時希望不能超過50%的這個結論。另外2017年我們已經超過美國成為世界上最大的石油進口國,2018年成為世界上最大的天然氣進口國,再看看全球二氧化碳排放量的情況,從2010年開始我們國家二氧化碳排放量是大量的增加,最近兩年稍稍往下降一點,現在又有點往上增的趨勢,美國的二氧化碳排放是往下降的,印度很可能要超過中國,這是二氧化碳排放量的情況。我們現在已經四個第一,煤炭使用量世界第一,二氧化碳排放量世界第一,石油進口量世界第一,天然氣進口量世界第一,怎么樣摘掉這四個第一的帽子,是我們應該考慮的事情。

  什么是能源互聯網

  2015年,中國倡議探討構建全球能源互聯網,推動以清潔和綠色方式滿足全球電力需求。

  什么叫能源互聯網?2011年美國學者提出了明確的能源互聯網,是基于可再生能源的、分布式、開放共享的網絡,即能源互聯網??梢钥吹竭@里能源全部是可再生能源,太陽能、風能、地熱能、生物質能,把電動汽車也放在這里邊。

  能源互聯網實際上是用先進的電力電子技術+信息技術+智能管理技術,將分布式能量采集裝置、儲存裝置和各種負載互聯起來,實現能量雙向流動的一種共享網絡。能源互聯網有五個特征,第一個是可再生,第二個是互聯,第三個是分布式,第四個是開放性,第五個是智能化,這中間是儲能,儲能實際上是能源互聯網的基礎。

  電動汽車可以作為儲能的方式,同時也是消耗電能,如果汽車用不完的電可以賣到電網上去,叫V2G,可以看出來它是參與了能源互聯網的工作,它需要電,同時又可以作為儲能裝置來儲存電。

  如果北京有200萬輛電動汽車的話,就可以把北京市的峰谷填平。

  2019年棄風棄光棄水大概515億千瓦時,如果說一輛車是30千瓦時,這樣可以供500萬輛電動汽車,電動汽車大力發展,實際上棄風棄水的電就足夠了。

  加油站將來可以變為充電站或者換電站,就可以在晚上低谷電的時候存起來,在白天就可以把存的電賣出去,當然這可以賺一個差價,所以中石油、中石化加油站也可以成為能源互聯網的一部分。同時這些充放電站里的電池也可以是電動汽車的退役電池做梯級利用,用來做儲能電池。一輛電動汽車現在一般大概都裝六七十度電,如果一天只開十幾公里大概十幾度電就夠了,車主買車的時候就不一定裝那么多電池,這就大大便于電動汽車的推廣。

  現在5G非常熱門,4G基站比較少,隨著5G基站建設速度的加快,中國至少需要新建或改造1438萬個基站,這樣大幅提升對電池的需求,至少存在155吉瓦時電池的容納空間,一個5G基站大概一年電費是1萬多,所以全部基站的電費大概是1500億元?;疽部梢源娴凸入?,所以5G基站也是很重要的一個儲能裝置。

  到2018年全國數據中心共耗電1609億千瓦時,上海市全年全社會用電量才用1567億千瓦時,所以全國大數據中心的用電量已經超過了上海市最大城市的用電量。一個大數據中心既需要電,也需要儲存電,因為它是存數據的,所以是一種瓦特流和比特流集合,大數據中心跟儲能有密切關系。比如說張家口有一個數據中心,就采用能源互聯網的技術,基本用的是可再生能源。全國這么多大數據中心都用可再生能源,就可以把大數據中心和儲能聯系起來。

  下一代儲能電池

  現在用的鋰離子電池是液體電解質的電池,存在兩個問題,一個是能量密度有一定的限制,現在到了300瓦時/公斤,這幾乎是極限;因為是可燃液體作電解質,所以可能會發生火災,甚至爆炸。

  為了解決這個問題,要發展固態電池。固態電池能量密度可以大于每公斤500瓦時,燃燒爆炸都可以大大減少甚至避免。這幾年極力在推動的固態電池,用一根釘子穿透,穿透以后電壓稍微往下降,但是把釘子拔出去以后,電壓馬上可以恢復。電池正負極的溫度,釘子扎進去以后溫度沒有什么變化,所以它是安全的,這是固態電池的一個好處。

  下面介紹一下鈉離子電池。周期表每個元素所占的空間就是地殼中含量是多少,相比之下鈉的含量比鋰多得多。我們要發展鈉離子電池,因為發展電動汽車,儲能都要用鋰電池,鋰資源會有問題。

  中科海鈉公司現在已經進行了鈉離子電池產業研究并做了示范項目。6AH的鈉離子電芯,能量密度大于145瓦時每公斤,能量密度還可以再提高。從零下30℃到零上80℃可以工作。2019年3月29日,已經演示了世界上第一個鈉離子電池儲能電站,30千瓦、100千瓦時鈉離子電池儲能系統已經投入運行。這是中科院物理所和中科海鈉公司共同完成的。中科院物理所2011年就致力于鈉離子電池關鍵材料和電池方面的研究,2017年成立了中科海鈉公司。

  鈉離子電池原材料的成本每瓦時是2毛6分錢,磷酸鐵鋰電每瓦時3毛4分錢,就是說鈉離子電池比鋰電池還便宜,如果大規模生產以后,肯定它的成本還可以大幅度的下降,便宜是很重要的原因,一個是正極材料只含便宜的錳鐵銅元素,集流體是鋁箔,負極材料是無煙煤,集流體也是鋁箔,所以原材料來講,鈉離子電池是便宜的,這是為什么要大力發展鈉離子電池的原因。

  能源形勢逼人,挑戰逼人,使命逼人,我們一定要大力發展儲能,構建能源互聯網,保證能源安全。

  作者:陳立泉 中國工程院院士,中國科學院物理研究所研究員,博士生導師

时时彩软件免费版