专家呼吁尽快研制大容量电池储能系统 破解风能

2020-11-23

“正是由于我们目前还缺乏先进的大容量电池储能技术，大量的风电设施在完成装机后无法发电上网。据统计，中国风力发电场的平均弃风水平是欧洲平均水平的3倍。”上海市工商联副主席段祺华日前表示。

数据显示，“十二五”规划中将新能源列为战略新兴产业，其中的风能发电规模将在目前3000万千瓦、居世界第二的风电装机容量基础上，至2015年和2020年，分别达到9000万千瓦和1.5亿千瓦的风电装机容量，成为世界第一风电大国。为保证全部可再生能源发出的电力可以被收购上网，国家《可再生能源法》以法律的形式规定了“全额保障性收购制度”，而且国家对可再生能源的上网价格按照其投资成本进行补贴。

值得关注的是，统计显示，我国目前完成的风电装机总量只有不到20%的比例实现发电并网。许多风力发电场经常发生“弃风”、“停机”现象，产生了大量的投资浪费。许多业内人士认为，缺乏大容量电池储能系统是风能并网的瓶颈所在，我国应该加快相关技术的研发，以便更好地服务于我国的可再生能源发展。

 

 

大容量电池储能系统匮乏

据了解，风能较难实现并网的原因在于它是一种“劣质”电能。所谓“劣质”，是指风能固有的随机性、间歇性特征决定了其属于能量密度低、稳定差、调节能力差的电能，发电量受天气及地域的影响较大，若直接将其全部电力并网，会对电网安全、稳定、经济运行以及电网的供电质量造成不利影响。为了解决这一瓶颈问题，国内现在采用的方案主要有两个，一是通过风火电混送并网；二是使用抽水蓄能，将不稳定的风电转化为水能，再用水能发电。但这两种方案在实际运作中均有弊端或障碍。段祺华表示，正是基于上述原因，最近几年日本、美国、欧洲及中东地区国家正在大力推广和应用先进的大容量电池储能技术，并将该技术配套于风能等可再生能源的并网，例如墨西哥和美国南加州正在建设中的总规模为1600万千瓦的风电场已经开始配套100万千瓦钠硫电池储能系统。大容量电池储能系统没有污染、零碳排放，使用它与风电等可再生能源发电装置联合运行，对其进行稳定干预，可使随即变化输出的风电转化为稳定输出的电能，从而实现风能的大规模并网发电。“因此，为风电等可再生能源配装合适的大容量电池储能系统是解决我国目前风能发电无法并网的瓶颈问题的最有效途径。”段祺华认为。

 

 

国内储能技术尚不成熟

正是因为大容量电池储能系统对我国风能等可再生能源实现并网有着十分重要的作用，目前我国也正在积极研发各种先进的电池储能技术（如钠硫电池、液流电池、锂电池等）。据了解，大容量储能电池一般都是指兆瓦级，目前有两种技术路线，上述把电池并联做成较大容量，以锂离子电池技术为主；另一种是专门开发大容量电池，国际上主流的技术是钠硫电池，目前在国外已经有上百座钠硫电池储能电站在运行，是各种先进二次电池中最为成熟和最具潜力的一种。

据了解，钠硫电池是美国福特公司于1967年首先发明公布的，具有许多特色之处：一个是比能量（即电池单位质量或单位体积所具有的有效电能量）高。其理论比能量为760Wh/Kg，实际已大于100Wh/Kg，是铅酸电池的3～4倍。如日本东京电力公司和NGK公司合作开发钠硫电池作为储能电池，其应用目标瞄准电站负荷调平（即起削峰平谷作用，将夜晚多余的电存储在电池里，到白天用电高峰时再从电池中释放出来）、UPS应急电源及瞬间补偿电源等，并于2002年开始进入商品化实施阶段。

近年来，中科院上海硅酸盐所和上海电力公司合作，自主研发储能用钠硫电池，并已经实现并网运行，在上海世博会期间对外进行了展示和示范。中科院上海硅酸盐研究所钠硫电池项目负责人、中科院上海硅酸盐所研究员温兆银表示，中国钠硫电池技术已经初步解决了安全、寿命、温度、废电池处置、成本等问题，如果国家支持力度足够，我国的商用钠硫电池有望在3～5年内赶上日本现在的水平，在未来打破日本NGK公司一统国际市场的局面。

对此，段祺华认为，该技术离商业化生产和应用还需要好几年时间，对解决大规模风电并网的问题仍是“远水救不了近渴”。

 

 

两条腿走路满足发展需求

对于我国风能发电市场需求的迫切性和发展不协调的现状，如果从国外直接进口钠硫储能设备，虽可马上满足风电并网的需求，但由于全球的钠硫电池年产量不足200兆瓦，而且供不应求，订单已经排至2016年，面对庞大的中国风电基地，单靠进口钠硫电池远远不能满足储能需求。因此，段祺华建议国家有关部门应该考虑尽快引进先进的钠硫电池技术，在国内建设大规模的生产基地，以满足国内飞速发展的风能等可再生能源发电并网的迫切需求。

温兆银认为，必须有国家层面的推动才能实现从实验室到产业化的突破。他说：“现在很多技术要真正进入市场还很难，要向产业化推进必须有更大的支持力度。”据悉，NGK从2002年开始商业推广，到2008年实现赢利，用了6年时间。根据温兆银理想的设计，我国现在必须加速起步，花上3～5年时间达到日本现在的规模。“这个产业涉及很多方面，一旦推动起来将很快形成巨大的产业链。”

中科院上海硅酸盐所研究人员刘宇认为，NGK之所以能实现商业推广，一个重要因素是日本机电配套企业的能力很强，实现了生产的自动化、连续化。“它的自动化程度甚至比生产锂离子电池还高。”刘宇说，“我们下一步要实现规模化生产面临的主要问题，就是中国企业的工业生产能力。”