在全球能源结构中,持续增长的可再生能源与电网级储能密不可分,它可以消除固有的间歇性太阳能和风力发电,满足电力需求,并向电网提供其他服务。


尽管锂离子电池是当今最著名且成熟的储能技术,但其他不同类别的电池技术都有发展的潜力,可为世界各地的电网提供有价值的服务,而无论是哪种电池技术都有其优缺点。

天津大学对于几种用于电网级大规模储能的电池技术的分析

天津大学的研究人员最新发表了一篇论文,该论文分析了电网级别的储能,概述了部署在电网的各种电池技术的优缺点以及如果研究朝着正确方向进行的话,可能会被克服的难题,为今后在这一领域的研究提供了路线图。


该篇论文中,研究人员确定了电池在电网层面的三个主要作用:


调峰和负载均衡:平衡需求缺口。


电压和频率调节:在电网负载不均匀的情况下实现实时平衡


应急储能:提供备用电源,防止停电。


论文讨论了各种现有电池技术的作用及其安全有效地提供服务的能力以及它们面临的挑战。研究人员说:“具有快速响应、低成本、长寿命、高功率和能源效率的电池储能技术可以分布在整个电网中,因此用在电网级储能中是可取的。”“然而,在不同的性能之间往往存在一些权衡,现有的电池技术无法满足所有的要求。”

天津大学对于几种用于电网级大规模储能的电池技术的分析

该论文分析了铅酸电池、镍镉电池、镍金属氢化物电池、钠硫电池、锂离子电池和各种化学流动电池等电池技术。


研究人员得出了三个广泛的结论:研究应朝着新型电池系统的方向发展,以满足电网级储能的所有要求;对成本效率的要求意味着应把重点放在基于廉价、丰富材料(如钠离子)的电池上;最后,不同电池技术之间的建模和比较对于确定最佳的电池技术至关重要。


受制于电化学反应本身的理论容量极限、动力学极限,外加原料资源和工程施工等因素,电池技术在应对真正电网级的储能调峰任务时总是有些吃力的,除非有真正新体系电池出现,能满足长寿命、低成命、工艺简单等需求,而目前来看能满足这一要求的电池技术并不多。而新闻满天飞的快充技术中,总体来说,技术好点的是针对kWh级电动汽车体量级的技术(达到MWh的还是少了点),对于解决电网级储能有一定参考意义(虽然问题依然很多)。但对于这样的技术笔者仍然持有十分的敬意,因为此时需要综合把材料、电池、电控、电网各种因素考虑进去,工程上要倾注相当的心血,而且这些技术在微网等级的情境下也是可以适用的,能切实解决很多问题。


发展储能技术对于人类社会的发展,能源的转型至关重要,此时能实现大容量低成本/高能量密度的储能技术相对来说更符合我们的需求。而电网储能可能更侧重于大容量低成本,而电化学电池在此方面可能不见得有多擅长,锂电和铅酸在应对电网储能时已经遇到的问题大家都很清楚,无需赘述。因此电网级的大规模储能很可能需要新型电池体系(也得是单位电价成本便宜的,能量密度高都可以排第二,快充的重要性更可以往后,根本就不是第一矛盾),或者就是要依靠机械能储能来解决这些问题(抽水蓄能、压缩空气,以及本文的技术可能也是有希望的)。


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