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储能是能源互联网基础 与电动汽车、5G、大数据中心等都有密切关系

北极星智能电网在线  来源:南方电网报  作者:陈立泉  2020/9/8 17:45:01  我要投稿  

北极星智能电网在线讯:随着社会经济的发展,人们对电力的需求越来越高。因为其在促进可再生能源并网应用、改善峰谷用电矛盾、推动电动汽车产业发展等方面可以发挥重要作用,储能技术的研究与发展一直受到各国能源、电力、交通、通信等部门的重视,储能技术被视为电能运行过程“采—发—输—配—用—储”六大环节中的重要组成部分。

我今天围绕储能与能源互联网的关系这一主题,跟大家分享下能源安全形势、什么是能源互联网及下一代储能电池。

能源安全形势

我国2018年能源的结构:煤是66%,石油是19.1%,天然气5.9%,风电、水电、光伏电和核电是7%。电能结构中火电是73.32%、太阳能、风电、水电和核电26.68%,主要是火力发电。能源资源是富煤、少气、缺油。中国工程院2006年出过一份咨询报告,有三个重要结论,一个到2050年自产石油大概还能保持每年1.8亿吨,第二条结论是希望石油的对外依存度不能超过50%,第三条结论是发展电动车,取代进口油。

我们2018年原油进口是4.6亿吨,对外依存度是71%,已经远远大于当时希望不能超过50%的这个结论。另外2017年我们已经超过美国成为世界上最大的石油进口国,2018年成为世界上最大的天然气进口国,再看看全球二氧化碳排放量的情况,从2010年开始我们国家二氧化碳排放量是大量的增加,最近两年稍稍往下降一点,现在又有点往上增的趋势,美国的二氧化碳排放是往下降的,印度很可能要超过中国,这是二氧化碳排放量的情况。我们现在已经四个第一,煤炭使用量世界第一,二氧化碳排放量世界第一,石油进口量世界第一,天然气进口量世界第一,怎么样摘掉这四个第一的帽子,是我们应该考虑的事情。

什么是能源互联网

2015年,中国倡议探讨构建全球能源互联网,推动以清洁和绿色方式满足全球电力需求。

什么叫能源互联网?2011年美国学者提出了明确的能源互联网,是基于可再生能源的、分布式、开放共享的网络,即能源互联网。可以看到这里能源全部是可再生能源,太阳能、风能、地热能、生物质能,把电动汽车也放在这里边。

能源互联网实际上是用先进的电力电子技术+信息技术+智能管理技术,将分布式能量采集装置、储存装置和各种负载互联起来,实现能量双向流动的一种共享网络。能源互联网有五个特征,第一个是可再生,第二个是互联,第三个是分布式,第四个是开放性,第五个是智能化,这中间是储能,储能实际上是能源互联网的基础。

电动汽车可以作为储能的方式,同时也是消耗电能,如果汽车用不完的电可以卖到电网上去,叫V2G,可以看出来它是参与了能源互联网的工作,它需要电,同时又可以作为储能装置来储存电。

如果北京有200万辆电动汽车的话,就可以把北京市的峰谷填平。

2019年弃风弃光弃水大概515亿千瓦时,如果说一辆车是30千瓦时,这样可以供500万辆电动汽车,电动汽车大力发展,实际上弃风弃水的电就足够了。

加油站将来可以变为充电站或者换电站,就可以在晚上低谷电的时候存起来,在白天就可以把存的电卖出去,当然这可以赚一个差价,所以中石油、中石化加油站也可以成为能源互联网的一部分。同时这些充放电站里的电池也可以是电动汽车的退役电池做梯级利用,用来做储能电池。一辆电动汽车现在一般大概都装六七十度电,如果一天只开十几公里大概十几度电就够了,车主买车的时候就不一定装那么多电池,这就大大便于电动汽车的推广。

现在5G非常热门,4G基站比较少,随着5G基站建设速度的加快,中国至少需要新建或改造1438万个基站,这样大幅提升对电池的需求,至少存在155吉瓦时电池的容纳空间,一个5G基站大概一年电费是1万多,所以全部基站的电费大概是1500亿元。基站也可以存低谷电,所以5G基站也是很重要的一个储能装置。

到2018年全国数据中心共耗电1609亿千瓦时,上海市全年全社会用电量才用1567亿千瓦时,所以全国大数据中心的用电量已经超过了上海市最大城市的用电量。一个大数据中心既需要电,也需要储存电,因为它是存数据的,所以是一种瓦特流和比特流集合,大数据中心跟储能有密切关系。比如说张家口有一个数据中心,就采用能源互联网的技术,基本用的是可再生能源。全国这么多大数据中心都用可再生能源,就可以把大数据中心和储能联系起来。

下一代储能电池

现在用的锂离子电池是液体电解质的电池,存在两个问题,一个是能量密度有一定的限制,现在到了300瓦时/公斤,这几乎是极限;因为是可燃液体作电解质,所以可能会发生火灾,甚至爆炸。

为了解决这个问题,要发展固态电池。固态电池能量密度可以大于每公斤500瓦时,燃烧爆炸都可以大大减少甚至避免。这几年极力在推动的固态电池,用一根钉子穿透,穿透以后电压稍微往下降,但是把钉子拔出去以后,电压马上可以恢复。电池正负极的温度,钉子扎进去以后温度没有什么变化,所以它是安全的,这是固态电池的一个好处。

下面介绍一下钠离子电池。周期表每个元素所占的空间就是地壳中含量是多少,相比之下钠的含量比锂多得多。我们要发展钠离子电池,因为发展电动汽车,储能都要用锂电池,锂资源会有问题。

中科海钠公司现在已经进行了钠离子电池产业研究并做了示范项目。6AH的钠离子电芯,能量密度大于145瓦时每公斤,能量密度还可以再提高。从零下30℃到零上80℃可以工作。2019年3月29日,已经演示了世界上第一个钠离子电池储能电站,30千瓦、100千瓦时钠离子电池储能系统已经投入运行。这是中科院物理所和中科海钠公司共同完成的。中科院物理所2011年就致力于钠离子电池关键材料和电池方面的研究,2017年成立了中科海钠公司。

钠离子电池原材料的成本每瓦时是2毛6分钱,磷酸铁锂电每瓦时3毛4分钱,就是说钠离子电池比锂电池还便宜,如果大规模生产以后,肯定它的成本还可以大幅度的下降,便宜是很重要的原因,一个是正极材料只含便宜的锰铁铜元素,集流体是铝箔,负极材料是无烟煤,集流体也是铝箔,所以原材料来讲,钠离子电池是便宜的,这是为什么要大力发展钠离子电池的原因。

能源形势逼人,挑战逼人,使命逼人,我们一定要大力发展储能,构建能源互联网,保证能源安全。

(作者为中国工程院院士,中国科学院物理研究所研究员,博士生导师)

原标题:储能与电动汽车、5G、大数据中心等都有密切关系 储能是能源互联网基础

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