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科技简讯2018-011
更新时间:2019-01-08 13:25:00    点击:2001次

 

1、    储能技术

储能主要包括热能、动能、电能、电磁能、化学能等能量的存储,储能技术方法见表1.5。目前储能技术的研究、开发与应用主要是以储存热能、电能为主,广泛应用于太阳能利用、电力的“移峰填谷”、废热和余热的回收以及工业与民用建筑和空调的节能等领域。

电能存储技术主要有三种,分别为水力储能技术、压缩空气储能技术、飞轮储能技术。水力储能技术是目前最古老的、技术最成熟的、设备容量最大的商业化技术,全世界已有约500座水力储能电站,其中容量超过1000MW的有35座。水力储能系统一般有两个大的储水库,一个处于较低位置,另外一个则位于较高的提升位置。在用电低峰期,将水从位置较低的水库送到位置高的储水库中去储存起来。当需要电能时,可以借助高位水库水流的势能推动水能机发电

压缩空气储能是在用电低峰期将空气加压输送到地下盐矿、废弃的石矿、地下储水层等。当用电负荷较大时,压缩空气就可与燃料燃烧,产生高温、高压燃气,驱动燃气轮机做功产生电能。目前应用的机组设备容量已达到几百兆瓦。如装机容量为290MW的德国芬道尔夫电站1980年就已投入使用

飞轮储能发电技术是一种新型技术,它与电力网连接实现电能的转换。该系统主要由电机、飞轮、电力电子变换器等设备组成。飞轮储能的基本原理就是在电力富裕条件下,将电力系统中的电能转换成飞轮运动的动能。而当电力系统电能不足时,再将飞轮运动的动能转换成电能,供电力用户使用。与其他储能技术相比,飞轮储能技术具有效率高(80%~90%)、成本低、无污染、储能迅速、技术可靠等优点,受到日本、美国、德国研究工作者的关注。如日本冲绳电力公司开发了210MJ的飞轮储能系统;德国1996年研制了储能5MW·h/100MW·h的超导磁悬浮储能飞轮储能电站,系统效率达96%。

                                                                                                                                                  ————科普中国

 

2、    氢燃料电池

氢燃料电池是使用这种化学元素,制造成储存能量的电池。其基本原理是电解水的逆反应,把氢和氧分别供给阳极和阴极,氢通过阳极向外扩散和电解质发生反应后,放出电子通过外部的负载到达阴极。燃料电池的发电效率可以达到50%以上,这是由燃料电池的转换性质决定的,直接将化学能转换为电能。

氢燃料电池对环境无污染。氢燃料电池运行是通过电化学反应,过程中只会产生水和热。如果氢是通过可再生能源产生的(光伏电池板、风能发电等),整个循环就是彻底的不产生有害物质排放的过程。

氢燃料电池车的工作原理是:将氢气送到燃料电池的阳极板(负极),经过催化剂(铂)的作用,氢原子中的一个电子被分离出来,失去电子的氢离子(质子)穿过质子交换膜,到达燃料电池阴极板(正极),而电子是不能通过质子交换膜的,这个电子,只能经外部电路,到达燃料电池阴极板,从而在外电路中产生电流。电子到达阴极板后,与氧原子和氢离子重新结合为水。由于供应给阴极板的氧,可以从空气中获得,因此只要不断地给阳极板供应氢,给阴极板供应空气,并及时把水(蒸气)带走,就可以不断地提供电能。燃料电池发出的电,经逆变器、控制器等装置,给电动机供电,再经传动系统、驱动桥等带动车轮转动,就可使车辆在路上行驶。与传统汽车相比,燃料电池车能量转化效率高达60~80%,为内燃机的2~3倍。燃料电池的燃料是氢和氧,生成物是清洁的水,它本身工作不产生一氧化碳和二氧化碳,也没有硫和微粒排出。因此,氢燃料电池汽车是真正意义上的零排放、零污染的车,氢燃料是完美的汽车能源!

日本电子零件商罗姆与Aqua Fairy和京都大学联合研发的“高能氢燃料电池”,这种新型电池是通过氢化钙和水之间发生的化学反应产生电力,一块体积不到3立方厘米的燃料电池可以产生5瓦时的电力。可广泛用于包括智能手机在内的多种电子设备,或是在紧急情况下提供后备电力供应。

像可用于iPhone的燃料电池重量只有约3克,使用寿命则长达20年。而锂离子电池最多使用4到5年后就会失效,但“高能氢燃料电池”是一种化学产品,只要密封完好就可持续多年使用。适用于智能手机的“高能氢燃料电池”将推出两个版本,一种是可将手机插入其中的“覆盖型”,重30克;一种是通过USB进行连接的“外接型”,重23克。此外,还有种能为“便携发电机”提供电力的版本,重750克,能用于户外供电,并且不会产生二氧化碳等有害气体。

罗姆同时还在研发可用于地震仪的超大容量电池。如果将地震仪安放在火山口等缺乏电力的自然环境中,通常需要重达15到20公斤的汽车电池提供电力续航。但采用燃料电池重量就可降到3到4公斤,续航时间也可长达半年。

                                                                                                                                                 ————中国电池网

3、    加氢站和充电基础设施成本比较分析

从长远来看,氢能基础设施的建设比投资充电站更节省成本。氢燃料电池电动汽车(FCEV)车队的预定规模达到10万辆时,预计加氢基础设施总成本约为4.5亿欧元。而部署相同规模的电池电动车(BEV),需要的充电站成本约为3.1亿欧元。然而,由于加氢站相对集中,当部署更多的车辆时,氢能基础设施的成本的就更低一些:一旦有一百万辆燃料电池汽车上路,氢能基础设施的成本总计约为19亿欧元,而电池充电基础设施成本则达到28亿欧元。在把剩余电力转换成100%绿色氢气的过程中,氢气成本可能变得更加昂贵,因为若使用蓄电池的方式,需要安装大规模的储存设施。

一旦氢燃料电池或者纯电动汽车市场渗透率达到2000万辆,对充电基础设施的投资总额将达到510亿欧元左右,而相应的加氢基础设施成本只需要400亿欧元。

动力传动系统向电气化和燃料系统的转换是实现欧洲交通行业气候目标的基础,这两项技术将大大减少车辆二氧化碳的排放。电力传动系统的排放为零,车辆只在电力供应的过程中涉及到碳足迹。但通过利用可再生能源,供应过程的碳足迹也可以减少到几乎为零。因此,电动汽车具有显着提高人们生活质量的潜力,特别是在城区。电动车辆的电力可以储存在电池或氢气中,而氢气还使我们能够利用可再生能源的季节性实现盈余电力的有效使用。

这项研究的目的是详细分析德国的BEV和FCEV的基础设施及规模要求,并就所涉及的成本水平达成具体结论。比较的情景分析由Jülich研究中心的电化学过程工程研究所的Dr. Stolten编写,由H2 MOBILITY Deutschland GmbH&KG资助。得出以下结论:

这两项技术对交通运输部门实现低碳化都至关重要

部署一百万辆汽车时,氢能基础设施更便宜

获得100%的绿色氢气需要额外的投资

从长远角度来看,电池充电网络比氢气成本更高

                                                                                                                                              ————北极星储能网

4、    电化学储能市场

随着风电、光伏等新能源在能源结构中占比不断提升,以及动力锂电池成本的快速下降,电化学储能在峰谷电价套利、新能源并网以及电力系统辅助服务等领域的应用场景正不断被开发并推广开来。根据统计,2012~2016年全球电化学储能累计装机量复合增长率达到32%,是发展最为迅速的储能技术;截止2017年底,国内已投运电化学储能累计规模为389.8MW,新增规划、在建装机规模为705.3MW,预计新建项目的陆续投产将支撑电化学储能维持较高增速。

我国目前绝大部分省市工业大户均已实施峰谷电价制,储能用于峰谷电价套利,可降低企业电力成本。利用储能电池进行峰谷电价套利,投资回收期主要取决于峰谷电价差以及电池系统成本。未来峰谷价差有望逐步加强,以及锂电池成本的进一步下降,套利空间也将逐步加大,有望加快储能在工业峰谷电价套利领域应用。

风电、光伏发电量波动性较大,为减少电网频率波动,经常会产生弃风、弃光现象,导致新能源利用率偏低。储能系统的引入可起到平滑风光出力和能量调度的作用,从而提升新能源发电利用率。自2017年政府工作报告首次提到要有效解决弃风、弃光状况以来,各部委陆续出台政策文件,支持推进储能提升可再生能源利用水平,国内也已陆续建成大量风、光储电站示范项目。截止2017年底风电、集中式光伏合计装机量265GW,按储能装置配套比例10%测算,有望产生26.5GW需求。同时,分布式光伏的爆发式增长,也有望带动电化学储能在分布式光伏领域用户侧套利应用。

为接纳新能源发电入网,对火电承担电力系统调峰、调频等辅助服务功能的要求正不断提升,但目前火电应用于辅助服务仍面临技术端、成本端的压力。火电储能联合,可显著改善调频性能;而从收益来看,一方面降低火电企业调频成本,另一方面有助于火电企业获得辅助服务补偿。国内现有火电装机量11亿千瓦,按3%配套有望产生33GW储能电池需求。

                                                                                                                                                   ————电池中国

5、    储能行业28项标准汇总

近日,国家能源局公示《2018年能源领域拟立项行业标准计划项目汇总表》,根据各能源行业标准化管理机构、标准化技术委员会等单位报来的年度行业标准制修订,据统计,涉及储能行业的标准有28项,涵盖电力辅助、分布式储能、梯次利用、动力电池、锌镍单液流电池、全钒液流电池、燃料电池、抽水蓄能等方面,有16项标准2019年完成制定,12项则2020年制定完成。

(1)风光储充一体化充电站技术要求

(2)电力应急电源装备测试导则

(3)港口综合能源管控系统设计规范

(4)能源互联网与分布式储能系统互动功能规范

(5)需求侧电力辅助服务导则

(6)电化学储能电站接入电网设计规范

(7)电力储能用梯次利用锂离子电池系统技术导则

(8)分布式储能系统接入配电网设计规范

(9)电力储能用超级电容器

(10)电力储能用超级电容器试验规程

(11)电化学储能系统溯源编码规范

(12)馈能装置接入配电网技术要求

(13)分布式电源接入电网承载力评估导则

(14)抽水蓄能电站水库运行管理规范

(15)锂电池电动汽车用直流熔断体通用要求

(16)动力电池用薄膜离子电导率的测试方法

(17)车用动力电池回收利用 电芯绝缘性能及容量评定方法

(18)锌镍单液流电池通用技术条件

(19)锌镍单液流电池电极组件测试方法

(20)锌镍单液流电池隔膜测试方法

(21)锌镍单液流电池电解液测试方法

(22)锌镍单液流电池电堆测试方法

(23)全钒液流电池用电解液回收要求

(24)全钒液流电池用碳质填料/聚合物复合材料双极板技术条件

(25)电池驱动器具及设备的开关 第2-1部分:电动工具开关的特殊要求

(26)固体氧化物燃料电池 单电池测试方法

(27)固体氧化物燃料电池 电池堆测试方法

(28)热电联产固体氧化物燃料电池发电系统安全

                                                                                                                                                   ————电池中国

 

6、    站立石墨烯微型超级电容器

近日,中科院大连化物所吴忠帅研究员与包信和院士、中科院物理研究所郭丽伟研究员合作,采用高温热解SiC法制备出高堆叠密度、单取向阵列、直接键合基底的站立石墨烯,并将其应用于高功率微型超级电容器。相关研究成果发表在美国化学会纳米期刊上。

多功能集成电路的不断发展增加了对小型化、集成化微纳储能系统的需求。微型超级电容器因具有轻量化、厚度薄、体积小、高功率密度、长循环寿命和快速频率响应等优点,受到广泛关注。其中,设计和构筑非常规、结构有序定向、高离子-电子混合导电、强界面键合的电极材料是发展高功率储能器件重要的研究方向之一。

研究人员利用高温热解SiC基底方法制备出高堆叠密度、高导电、单一取向的站立石墨烯阵列。与传统电极材料相比,该阵列直接生长在导电SiC基底上,在电极材料与集流体之间形成较强的界面键合作用,并建立了有效的离子和电子传输通道。电解液离子可沿着站立石墨烯平面无障碍快速移动,有效缩短了电解液离子路径,同时,电子从石墨烯平面到集流体实现了快速传输及其存储。采用该阵列的微型超级电容器在凝胶和离子液体电解液中均表现出较高的面容量、快速的频率响应(9毫秒)、优异的循环稳定性以及超高扫描速率(200V/s)。该超级电容器功率密度达到61W/cm3,理论上可为小型化、集成化电子设备提供足够的峰值功率。上述工作为发展强界面键合电极材料应用于高功率超级电容器提供了新方法。

                                                                                                                                                       ————科学网

 

7、    压缩空气储能成本有望降低30% 效率提高10%

压缩空气储能是基于燃气轮机技术发展起来的一种能量存储系统,工作原理非常类似。燃气轮机装置由压气机、燃烧器(或叫燃烧室)和透平3个主要部分组成。燃气轮机的工作原理为:叶轮式压气机从外部吸收空气,压缩后送入燃烧器,同时燃料(气体或液体燃料)也喷入燃烧室与高温压缩空气混合,在定压下进行燃烧。生成的高温高压烟气进入透平膨胀做功,推动动力叶片高速旋转,同时驱动压气机旋转增压空气,燃气轮机装置中约2/3功率用于驱动压气机。

先进的压缩空气储能,一个在采用高效的压缩、膨胀、储冷储热等等。利用高压存储替代储机洞穴。压缩空气储能有很多的科学问题,解决这个问题,首先它的过程比较复杂,第二个它的压缩机膨胀机内部流动非常复杂,要研究它的内部流动和损失机理。第三个储冷储热和换热比较复杂,研究他的流动、传热和储热的特性和机理。我们在过去将近15年,16年的时间一直致力于这方面的研究。首先系统,我们可以看到,它的系统非常复杂,传统的压缩空气储能系统并不形成封闭的系统的热力循环,因此和传统的系统不一样。第二,它是一个多个压缩膨胀,储冷储热,整个系统非线性耦合。第三个非稳态的运行,因此迫切需要解决它的问题。主要我们总体的思路,首先是建立针对压缩空气储能的热力学的分析方法,在此基础上研究他的能量传递和耦合机理,再研究它的动态的特性按,还有额定状态和非额定状态电工况运行策略。

首先我们研发了一种方法,主要针对储热,储冷,建立新方法,通过它详细的研究了压缩空气储能系统的过程,并得到损失的机理,它的压缩黑线的过程当中如果越接近,说明系统效率越高。在此基础上我们得到了它的系统损失效率的关系式,并做出了涌流图,以此为基础进行了优化,这是我们优化前后使系统效率可以提高9.2个百分点,我们开展了动态压缩空气储能,他运行工况主要考虑他的容腔效应,我们研究了压缩、存储,能量输出、输入,整个过程的损失机理,并以此为基础进一步优化压缩空气储能的系统。第二个压缩空气储能,压缩机和膨胀机内部压力非常高,比传统的高压,牵扯到多级变工况,和流动和耦合,这是压缩空气储能的工作范围,可以看到它的工作范围不同,带来了高压,多级等等方面的挑战。我们总体思路先研究单级的压缩空气储能系统内部的流动,第二个研究单级压缩空气储能系统,最后多级,循序渐进,一步一步的开展研究,首先研究压缩机膨胀机,从低复合到中等复合一直到高复合整个内部的流动,漩涡结构,损失机理,或者通道漩涡,间隙涡,或者流动的机理,在此基础上得到他损失的机理,在此基础上研究单级动页和静页之间的相互作用,或者他的损失的特性,并研究不同的额定工况和大流量小流量的情况下内部流动和损失机理,为我们进一步优化他的变工况性提供了基础。有研究了多级的压缩机,膨胀机以及换热器,利用多孔介质研究他的换热器,研究流动和换热之间相互的影响和多级匹配,为我们下一步提高效率和改进能够提供基础。

在机理研究的基础上,将机理研究基础融入整个设计当中,获得他的设计和结果。第三个科学问题,流动和传热和储热的特性,压缩空气储能牵扯到一个压力很高,高压,低温,甚至超临界的状态,流动特性变化非常大,系统研究难度很大。另外流动和传热相互耦合。还有长期工作在非稳定的状态对我们的研究提出很高的要求,我们的总体思路研究蓄热和传导介质本身的特性,超临界特性,高压特性,低压特性,第二研究传热介质和徐蓄热介质内在机理,在此基础上研究宏观的动态特性。

在此基础上,我们在基础研究的基础上,基础研究的成果纳入整个设计体系,设计软件、实验、测量以及部件的性能实实验的基础上,体系里面,建成了压缩空气储能的关键技术的研发平台和设计体系。我们在此基础上进行了系统的集成和示范,主要是在2013年我们完成了1.5兆瓦压缩空气储能系统的示范,系统效率达到51%,这个已经完成了4000多个小时,各种各样的实验,这是我们的情况,这是在廊坊的情况。还有我们在2016年完成了首个10兆瓦的示范,这个是在贵州,我们的压缩机,这是膨胀机的情况,这是系统的厂房,系统效率达到60%左右,已经完成了一千个小时,这个也得到了中科院以及企业的支持,目前正在开展这方面的工作。

主要是把压缩空气储能,把系统的规模进一步做大,成本降低30%,效率提高10%。压缩空气储能目前的情况,效率可以做到50%,一兆瓦的情况可以做到50到55,10兆瓦可以做到60左右,百赵兆瓦我们希望能够做到65%到70%。

                                                                                                                                              ————北极星储能网



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