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鈉硫電池--將成為中國(guó)風(fēng)能發(fā)電和智能電網(wǎng)建設(shè)的“救難者”！
就像江河中奔騰的流水，電流通過電網(wǎng)奔向千家萬戶時(shí)，也會(huì)不時(shí)掀起“波濤”，沖擊用電設(shè)備，甚至引起事故。最近，上?？茖W(xué)家成功組裝起了一套聰明的電能“蓄水池”，它能像水庫蓄洪一樣，將過多、過猛的電流儲(chǔ)存起來，當(dāng)電網(wǎng)需要的時(shí)候，再平穩(wěn)地釋放出來。
10月14日，中科院上海硅酸鹽研究所與上海電力公司宣布：經(jīng)過多年攻關(guān)，他們成功完成了大容量城網(wǎng)儲(chǔ)能鈉硫電池的中試研發(fā)，并建成了一條2兆瓦的中試生產(chǎn)示范線和一套10千瓦的儲(chǔ)能系統(tǒng)示范裝置。今年5月份，儲(chǔ)能電站將出現(xiàn)在世博會(huì)上。 對(duì)城市電網(wǎng)而言，鈉硫電池堪稱一顆有效的“定心丸”。鈉硫儲(chǔ)能電池具有容量大、體積小、能量?jī)?chǔ)存和轉(zhuǎn)換效率高、壽命長(zhǎng)、不受地域限制等優(yōu)點(diǎn)，非常適合電力儲(chǔ)能。經(jīng)綜合分析，鈉硫儲(chǔ)能電池是目前最經(jīng)濟(jì)實(shí)用的儲(chǔ)能方法之一，是目前大容量?jī)?chǔ)能電池中的佼佼者。抽水蓄能，需要特殊場(chǎng)地；金屬-空氣電池，充電困難；鋰電池，成本過高；鉛酸電池，壽命太短，誰都比不上鈉硫電池可靠。 據(jù)預(yù)測(cè)，我國(guó)計(jì)劃到2020年全面建成統(tǒng)一的“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”，其技術(shù)和裝備要全面達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，屆時(shí)國(guó)家電網(wǎng)的清潔能源裝機(jī)比例達(dá)到35％。以上海為例，到2010年，電網(wǎng)最大峰谷差將達(dá)13000兆瓦，光伏電池產(chǎn)業(yè)規(guī)模將達(dá)到1500兆瓦，按20％的容量配置儲(chǔ)能計(jì)，大規(guī)模儲(chǔ)能裝置的市場(chǎng)需求至少有560兆瓦。
鈉硫電池，是一種以金屬鈉為負(fù)極、硫?yàn)檎龢O、陶瓷管為電解質(zhì)隔膜的二次電池。在一定的工作度下，鈉離子透過電解質(zhì)隔膜與硫之間發(fā)生的可逆反應(yīng)，形成能量的釋放和儲(chǔ)存。 鈉硫電池--鈉硫電池是美國(guó)福特（Ford）公司于1967年首先發(fā)明公布的，至今才40年左右的歷史。電池通常是由正極、負(fù)極、電解質(zhì)、隔膜和外殼等幾部分組成。鈉硫電池具有許多特色之處：一個(gè)是比能量（即電池單位質(zhì)量或單位體積所具有的有效電能量）高。其理論比能量為760Wh/Kg，實(shí)際已大于100Wh/Kg，是鉛酸電池的3-4倍；如日本東京電力公司（TEPCO）和NGK公司合作開發(fā)鈉硫電池作為儲(chǔ)能電池，其應(yīng)用目標(biāo)瞄準(zhǔn)電站負(fù)荷調(diào)平（即起削峰平谷作用，將夜晚多余的電存儲(chǔ)在電池里，到白天用電高峰時(shí)再?gòu)碾姵刂嗅尫懦鰜恚?、UPS應(yīng)急電源及瞬間補(bǔ)償電源等，并于2002年開始進(jìn)入商品化實(shí)施階段，已建成世界上最大規(guī)模（8MW）的儲(chǔ)能鈉硫電池裝置，截止2005年10月統(tǒng)計(jì)，年產(chǎn)鈉硫電池電池量已超過100MW，同時(shí)開始向海外輸出。 鈉與硫就會(huì)通過化學(xué)反應(yīng)，將電能儲(chǔ)存起來，當(dāng)電網(wǎng)需要更多電能時(shí)，它又會(huì)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能，釋放出去，鈉硫電池的“蓄洪”性能非常優(yōu)異，即使輸入的電流突然超過額定功率5-10倍，它也能泰然承受，再以穩(wěn)定的功率釋放到電網(wǎng)中——這對(duì)于大型城市電網(wǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行尤其有用。太陽能、風(fēng)能等新能源雖然潔凈，但發(fā)電功率很不穩(wěn)定。這會(huì)給整個(gè)電網(wǎng)帶來不期而至的“洪峰”。儲(chǔ)能電站會(huì)將這些“綠電”先照單全收，再根據(jù)電網(wǎng)需求輸出。
其實(shí)，鈉硫電池儲(chǔ)能電站更大的作用在于為整個(gè)電網(wǎng)“削峰填谷”。眾所周知，電網(wǎng)必須按照滿足最大用電負(fù)荷來修建。2008年，上海最高用電負(fù)荷持續(xù)小時(shí)數(shù)只有104.5小時(shí)，而為滿足這短暫的高峰負(fù)荷，卻需要投資200億元。1千瓦功率的儲(chǔ)能電池可節(jié)省電網(wǎng)投資1.3萬元，通過“削峰填谷”，可使每噸標(biāo)準(zhǔn)煤所發(fā)的電多利用100度，可帶來經(jīng)濟(jì)效益480元。預(yù)計(jì)到2015年，上海電網(wǎng)峰谷差可達(dá)16000兆瓦，即使只將20％的“谷電”存儲(chǔ)起來，用于高峰時(shí)段，其經(jīng)濟(jì)效益就超過70億元——而建設(shè)儲(chǔ)能電站的投資，僅需20億元左右。目前，他們已建成2兆瓦中試生產(chǎn)線，每月可生產(chǎn)鈉硫電池200-250個(gè)。“下一步，我們將聯(lián)合更多企業(yè)力量，探索更大規(guī)模生產(chǎn)的工藝。”上硅所所地合作處處長(zhǎng)夏天然告訴記者，僅上海一地可預(yù)見的市場(chǎng)規(guī)模就可達(dá)400億元。 鈉硫電池通過兩屆世界博覽會(huì)展出和國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人相繼參觀以及其對(duì)低“碳”、節(jié)能減排、智能電網(wǎng)、新能源等領(lǐng)域的作用，其固有的性能和應(yīng)用價(jià)值得以顯現(xiàn)，重視程度將會(huì)有極大的提升。 鈉硫電池最終是要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化才能充分體現(xiàn)其自身價(jià)值，我們近期正在有選擇的制定更適合鈉硫電池產(chǎn)業(yè)化、符合市場(chǎng)需求的合理可行的規(guī)格定型型號(hào)，針對(duì)性的開發(fā)生產(chǎn)設(shè)備和產(chǎn)品，加快產(chǎn)業(yè)化步伐。可以說在未來幾年內(nèi)中國(guó)的鈉硫電池商業(yè)化運(yùn)行值得期待。 蘭太實(shí)業(yè)--做為中國(guó)最大、世界最大的金屬鈉生產(chǎn)企業(yè)，年產(chǎn)能達(dá)到5萬噸，隨著中國(guó)城市化智能電網(wǎng)的發(fā)展，以及中國(guó)風(fēng)力發(fā)電的加強(qiáng)，鈉硫電池將會(huì)廣泛應(yīng)用于各個(gè)電網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目之中，作為鈉硫電池的金屬鈉材料的最大供應(yīng)商，也將會(huì)極大的受益于智能電網(wǎng)和風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目的建設(shè)！ 解決風(fēng)電并網(wǎng)問題，最容易想到的莫過于“儲(chǔ)能-無功調(diào)節(jié)”，利用儲(chǔ)能技術(shù)把風(fēng)電的間歇能量變成容易調(diào)節(jié)的能源。據(jù)了解，目前儲(chǔ)能技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到足以適應(yīng)大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)所需的程度。其中，鈉硫電池、鋰電池相對(duì)成熟，可用于電量和功率應(yīng)用的場(chǎng)合，但需要降低成本。另外，在地理?xiàng)l件合適的地方，還可以開展壓縮空氣儲(chǔ)能試驗(yàn)，估計(jì)可以達(dá)到100MW以上的應(yīng)用。
鈉硫電池是以Na-beta-氧化鋁為電解質(zhì)和隔膜，并分別以金屬鈉和多硫化鈉為負(fù)極和正極的二次電池。鈉硫電池用于儲(chǔ)能具有獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在原材料和制備成本低、能量和功率密度大、效率高、不受場(chǎng)地限制、維護(hù)方便等方面。 鈉硫電池的理論比能量為760Wh/Kg，實(shí)際已大于100Wh/Kg，是鉛酸電池的3-4倍；另一個(gè)特點(diǎn)是可大電流、高功率放電。其放電電流密度一般可達(dá)200-300mA/cm2，并瞬時(shí)放出其3倍的固有能量；再一個(gè)是充放電效率高。由于采用固體電解質(zhì)，所以沒有通常采用液體電解質(zhì)二次電池的那種自放電及副反應(yīng)，充放電電流效率幾乎100％。 鈉硫電池已經(jīng)成功用于削峰填谷、應(yīng)急電源、風(fēng)力發(fā)電等可再生能源的穩(wěn)定輸出以及提高電力質(zhì)量等方面。目前在國(guó)外已經(jīng)有上百座鈉硫電池儲(chǔ)能電站在運(yùn)行，是各種先進(jìn)二次電池中最為成熟和最具潛力的一種。 智能風(fēng)電 利用風(fēng)車發(fā)電的技術(shù)早在100多年前就已經(jīng)誕生，但苦于實(shí)際應(yīng)用的效果不理想，一直未能成為能源的主流之一。究其原因，就在于技術(shù)進(jìn)步的速度追不上實(shí)際應(yīng)用的需要。隨著風(fēng)機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，從早期的異步風(fēng)機(jī)到現(xiàn)在的同步風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)本身的技術(shù)進(jìn)步一直沒有間斷過。同時(shí)，圍繞著風(fēng)電場(chǎng)如何與電網(wǎng)密切配合，保證風(fēng)電并網(wǎng)的電能質(zhì)量和穩(wěn)定性。 從風(fēng)機(jī)本身講，為了最大限度利用風(fēng)能，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的裝機(jī)容量日益增大，從定槳距到變槳距控制，從恒速恒頻到變速恒頻，從今后的發(fā)展趨勢(shì)看，在大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中變槳距變速技術(shù)將非常普遍。而相應(yīng)的，這一發(fā)展趨勢(shì)大大加強(qiáng)了電力電子技術(shù)在風(fēng)電機(jī)組中的應(yīng)用。 從風(fēng)場(chǎng)整體來看，調(diào)動(dòng)數(shù)量眾多的風(fēng)機(jī)協(xié)同運(yùn)行，即時(shí)調(diào)控整個(gè)風(fēng)場(chǎng)的電力參數(shù)，保證并網(wǎng)的可靠性和穩(wěn)定性是未來發(fā)展的趨勢(shì)。比如風(fēng)場(chǎng)調(diào)度人員需要通過控制和協(xié)調(diào)風(fēng)場(chǎng)內(nèi)各臺(tái)風(fēng)機(jī)的無功功率，并協(xié)調(diào)風(fēng)場(chǎng)內(nèi)可能具有的其它無功設(shè)備，來有效地調(diào)節(jié)整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)，甚至更遠(yuǎn)處的電壓和無功功率。此外，遭遇電網(wǎng)跳閘等故障時(shí)，需要足夠的低電壓穿越能力，這也需要相應(yīng)的電力電子技術(shù)作為支持。要達(dá)到這些目的，需要高度復(fù)雜的控制管理系統(tǒng)。 不論從風(fēng)機(jī)本身，還是從風(fēng)電場(chǎng)整體來說，未來風(fēng)力發(fā)電的“智能”屬性正在不斷增強(qiáng)，這也是對(duì)“智能電網(wǎng)”的自然需求，從這個(gè)意義上講，說風(fēng)電是垃圾還有失公允，建設(shè)智能電網(wǎng)可以從根本上扭轉(zhuǎn)風(fēng)電的這一不利的公眾形象。 總之，未來的大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)一定會(huì)成熟到足以商業(yè)化運(yùn)行，屆時(shí)風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)也將走上一個(gè)新臺(tái)階。 |
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