锂电池作为储能装置在新能源高效利用中的作用

摘 要:通过各种储能装置的比较,提出将锂电池作为储能装置配置新能源发电系统中,使新能源能更加高效的利用。同时给出了锂电池的在新能源电场中的配置比例。

关键词:锂电池 储能装置 新能源

中图分类号:TM73 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)06(c)-0001-03

随着舟山以风电为主的新能源项目不断投运和新建,新能源装机容量占当地电力容量比例逐渐加大,若不配置必要的储能装置,将会影响到局部电网的稳定,从而最终影响新能源产业的建设。本文以舟山为新能源发展为背景,探讨锂电池作为储能装置在新能源的高效利用中的作用。

1 海岛型新能源资源的主要类型及特点

新能源又称可再生能源,是指传统能源(煤、石油、天然气、核电以及水电)之外的各种能源形式,主要包括了风能、太阳能、生物质能、地热能、核聚变、海洋能、以及可再生能源衍生出来的生物燃料和氢所产生的能量。在舟山地区其新能源产业主要涉及到风电、太阳能、潮流能等。

风电资源:舟山群岛处于东南沿海风能丰富地带,拥有丰富的风能资源。依据《浙江省舟山市风电发展规划报告》(初稿),至2015年舟山可累计建成风电装机容量约860MW,其中陆上风电场约260MW(已经投产或在建的项目有岱山衢山项目40.5MW,定海岑港项目45MW,定海长白项目12MW,拟建定海小沙项目30MW,定海金塘项目25.5MW),近海风电场约600MW(拟建普陀六横项目500MW)。至2020年,舟山风电总装机容量可达1850MW,其中陆上风电场约300MW,近海风场约1550MW;至2030年,总装机容量可达2900MW,其中陆上风电场约300MW,近海风电场约2600MW[1]。

太阳能资源:根据中国太阳能资源分布统计分析,浙江省大部分地区日照属四类地区,舟山地区太阳能资源在全省属较高水平,全年日照时数为1400h～2200h。在每平方米面积上一年内接受的太阳辐射总量为4190MJ～5016MJ,有一定的太阳能开发价值。

潮流能资源:舟山群岛不但拥有丰富的风能,在星罗棋布的群岛中,峡谷众多、水深流急,潮流能蕴藏量更是惊人。舟山潮流能具有相当大的开发潜力,有专家估计可开发资源占据全国潮流能资源的50%以上。根据资源分析,其资源规模达到2400万千瓦。

目前具有开发价值中占较大比例是风电、太阳能资源,其分别受风力和光能的制约,发电具有间歇和不可控的特点。潮流能受到潮流的影响,相对风电和太阳能输出更加稳定,但是其资源目前处于开发试验阶段,量能较小,具有波动性特点。这些新能源,若大规模直接接入电网,将对电网的稳定性和可调度性造成一定的困扰,因此随着近几年风电的大量发展后,地方政府和电力部门的支持力度逐步衰退。随着新能源电能储备技术的发展,改善了新能源的随机性和波动性,这将可能再次推进新能源的发展,有效实现新能源发电的平缓输出和有效调度。

2 各种储能装置的比较特点

目前储能技术依照其工作原理主要分为三类,分别是物理储能、电磁储能和化学储能。

(1)物理储能。主要是抽水蓄能电站、压缩空气蓄能以及飞轮储能。抽水蓄能电站目前主要解决的是电网高峰低谷直接的平衡,为使发电频率保持恒定,水轮机-发电机组往往采用采取恒速恒频运行方式。压缩空气储能主要基于天然的溶洞或人工储罐的方式,将富裕的电能做功将空气压缩,需要时再将空气释放出来做功发电。这两种方式都可能具有大规模、高的能量转换率、长寿命和低运行成本的优点,但是其需要特殊的自然条件才能很好的实现,若人工创造条件,一次建设成本过高。飞轮储能主要核心技术掌握在美国、德国等国外厂家手里,国内的理论研究和工程实践做了一些工作,但是进展缓慢,并且受到技术水平的限制,其能源转换效率较低,大功率实践难度较大。因此物理储能方式较少应用在海岛的新能源储能系统中。

(2)电磁储能。主要是指超导储能和超级电容器等两种方式。其中超导储能是利用由超导制成的线圈,将电网供电励磁产生的磁场能量储存起来,在需要时再将存储的能量送回电网或作它用,其具有响应速度快、转换率高、比容量大等优点[2],其主要是改善电网的暂态特性,由于其能量维持在几分钟以内,所以目前不是很适合作为新能源的储能装置。超级电容器和超导有类似的特性,也是主要提升电能质量,并且按照目前的水平,只能做到最大100kW左右,容量太小。

(3)化学储能。主要指钠硫电池、液流电池、铅酸电池、镍镉(镍氢)电池和锂电池。钠硫电池是在300℃的高温环境下工作,其正极活性物质是液态的硫,负极活性物质为液态金属钠,中间是多孔陶瓷隔板。钠硫电池发明于20世纪60年代,由美国福特公司首先发明,后来由于性能提升、安全保障、成本和规模化等原因,原先涉足的生产厂家陆续推出研究,目前只有日本的NGK公司拥有成熟的钠硫电池生产和研发体系,在日本投入运行最大单体储能系统达8MW/58MWh[3]。液流电池,也称电化学液流电池,一般称为氧化还原液流电池,其中若正负极活性物质全使用钒盐溶液的称之为全钒液流电池,其正负极电解液分开各自循环,其特性是能完全深度放电,存储寿命长,但是能量密度低、占地面积大以及日常维护困难等原因,并且处于商业化初期。铅酸电池是目前相对比较成熟的储电技术,其具有价格低廉,安全性能相对可靠等优点,但是由于其充电速度慢、能量密度低、寿命短以及可能出现硫酸溢出等弊端,特别是环保的不友好性,行业发展受到限制。镍镉(镍氢)电池。由于金属镉的环境污染问题,镍镉电池将被镍氢电池替代,镍氢电池由镍镉电池改良而来,其具有较高的能量密度、环境友好、使用寿命较长等优点,但是由于存储氢的材料铂、镍资源的稀缺性限制了其规模化的发展,目前国内上海电力公司建设的100kW储能实验区建立了100kW×1.5h的镍氢电池储能系统。锂电池大量应用于手机、数码产品中,不仅具有高比能量、高比功率、高能量转换率等优点,还具有环境友好,长寿命等特点,随着国内锂电行业规模化的发展,应用行业从手机和数码行业向电动汽车行业发展,并且成本逐年下降,特别是基于磷酸铁锂电池等开发和应用,安全性和使用寿命等得到很大的提高,使得锂电成为化学电池储能日益成熟。其中目前最大的锂电储能系统位于智利,系统总容量达12MW,已于2009年11月建成投产。