电化学能源转化与储能技术发展的再思考

【作者】 王保国；

【机构】 清华大学化学工程系；

【摘要】 随着风能、太阳能等可再生能源发电装机的快速增长,以及我国电力市场改革进程不断深化,重构新型电力能源体系的问题逐渐进入人们视野。根据国家有关部门规划,2020年全社会用电量中的非水电可再生能源电量比重要达到9%,届时风电装机达到2.1亿千瓦,太阳能发电达到1.1亿千瓦。与规划目标相对比,弃风、弃光、弃水问题成为实施过程的重要障碍。2017年,全国弃水550亿千瓦时,弃风419亿千瓦时,弃光73亿千瓦时,总量超过1000亿千瓦时。储能是接纳可再生能源的重要支撑技术,能源结构调整为大规模储能发展提供了巨大市场空间。截至2017年底,我国己投运储能项目累计装机289万千瓦,其中,抽水蓄能累计装机占比接近99%。尽管2017年新增电化学储能规模为121MW,同比增速超过15%,累计达到389.8MW,但其占比仅为1.3%。利用电池技术进行电力管理,具有反应速率快、调节准确度高等技术优势,在分布式发电系统、平滑风电场出力、城市电动汽车充电站等场合,示范工程验证取得良好效果。然而,对于电力能源系统来讲,电化学储能所提供的容量与规模,无论在建设成本,还是在资源支撑角度考虑,存在巨大的工程障碍。本研究从电化学能源转化与储能的技术经济方面出发,探讨支撑我国能源结构调整和可再生能源发展的途径。为了全方位评估现有储能技术,提出评价和比较储能技术的四项基本准则:1)安全性;2)资源可持续利用性;3)全生命周期内的绿色环保性;4)技术经济上的可盈利性。通过系统阐述该四项基本准则的影响因素以及相互之间的关系,比较现有储能技术的优缺点,归纳可能的技术发展方向。根据不同的规模和应用场合,按照一定的功率与容量进行划分,分别介绍本课题组研究发展的锌空气电池、全钒液流电池、电解水制氢技术。依托电化学能源转化技术,发展现代能源"互联网",通过不同能源形式之间互联互通,发展可靠、互动、自愈、兼容、经济的能源供给体系,最大程度发挥不同能源特点,实现能源高效利用。电化学能源转化与储能技术是能源"互联网"的物理支撑,将电能输送、消纳与转化相结合,实现不同能源形式之间的互联互通,对我国能源结构调整与能源转型具有重要战略价值。更多还原