储能产业研究白皮书.pdf
《储能产业研究白皮书.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《储能产业研究白皮书.pdf(20页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、储能产业研究白皮书 (摘要版)CNESA峨专业委员会目 录、一 -刖 s.3一、储能概述.4储能的定义及分类.4储能产业发展的意义.4储能的应用.5二、各类储能技术分析.6抽水蓄能.6压缩空气储能.7飞轮储能.8铅酸电池.9锂离子电池.9液流电池.10熔融盐电池.11银氢电池.11电化学电容器.12燃料电池.13金属-空气电池.13超导储能.13三、储能产业挑战及政策分析.14储能产业面对的主要挑战.14中国储能产业政策.15美国储能产业政策.16日本储能产业政策.17政策框架探讨.18四、结论和建议.19结论.19建议.19鸣谢.202CNESA*能专业委员会随着对环境的关注和能源体系的变革
2、,各种新技术将加速应用到电力体系中。在全球范 围内,电力公司、高科技公司、政府和电力用户都已开始关注电力储存技术的潜力。在过去 20年中,储能技术已经从一个概念发展成为未来智能电网规划的必要组成部分。全球各国 的电网都在积极参与推动这一领域的技术发展,目前在全球已经有十儿种技术的超过400 个大型储能项目应用在不同领域。随着可再生能源发展,2009年起各种MW级储能电池项 目在全球范围的建设,储能产业已成为全球新一轮投资热点。中华全国工商联新能源商会储能专业委员会(CNESA,以下简称储能专委会)作为中 国第一个专注在储能领域的专业组织成立于2009年底,发起成员包括国内国外各类储能技 术、电
3、力领域的企业及专业人士。他们曾参与全球多个储能项目的实施,对整个储能产业链 有深入理解,在储能技术研发、产品设计、应用解决方案实施、储能项目评估、以及产业政 策发起和推动等方面具有丰富的经验。储能专委会希望通过聚集全球储能专业人士,加强业 内交流,为储能产业争取更多关注,为政府制定储能产业政策献计献策,共同推动储能产业 发展。储能产业在技术、市场、政策等方面均处在高度变化的过程中,这增加了产业发展的不 确定性。面对这种状况,需要专业人士为储能产业参与者提供准确的信息与客观的分析。为 向各界人士提供一个参考,并帮助推进国家出台储能产业政策,储能专委员会组织部分专家 撰写了这份储能产业研究白皮书,
4、希望能够抛石专引玉,为各方提供一个沟通工具并促进 形成业界观点。2011版储能产业研究白皮书对当前主要的10多种储能技术进行了阐述,对美国、日本的储能产业政策进行了整理与分析,对中国现有的政策进行了归纳,并针对制定储能产 业政策应该考虑的问题以及当前遇到的瓶颈进行了探讨。2011版报告分为摘要版和详版两 个版本。由于中国电力市场的复杂情况,以及在2010年底前在中国电网还不存在成功实施的储 能项目,2011版白皮书简化了应用分析,亦未对储能经济分析做详细描述,仅引用了部分 国外报告储能解决方案分类方法。我们期待随着产业政策的出台与储能示范项目的成功实 施,中国储能产业能走出一条创新之路。3【9
5、ESA呼举期会一、储能概述储能的定义及分类从广义上讲,储能即能量存储,是指通过一种介质或者设备,把一种能量形式用同一种 或者转换成另一种能量形式存储起来,基于未来应用需要以特定能量形式释放出来的循环过 程。从狭义上讲,针对电能的存储,储能是指利用化学或者物理的方法将产生的能量存储起 来并在需要时释放的一系列技术和措施。表1储能技术分类按照储能的狭义定义,燃料电池与金属-空气电池虽然不具备“充电”的特性,不等同于 狭义上的储能,但就其特点和应用领域又与储能产品相近,因此在本报告中,也把它们收录 在其它储能类别中。储能产业发展的意义储能行业的存在和发展,有着如下儿方面的重要意义:储能是未来电网的一
6、个必要组成部分。有利于促进可再生能源的大规模应用。削峰填谷,节约能源。4【9ESA呼”期会 有利于提高电网效率,减少或延缓电力建设的投资。提高突发事故的应对能力,保证电力系统安全运行。推进新能源汽车等产业的发展,有利于节能环保。储能的应用电力系统储能在电力系统可以应用于以下几个方面:发电系统、辅助服务、电网应用、用户端、可再生能源并网。(详见下表)表2储能在电力系统中的应用1应用分类应用名称应用分类应用名称输电系统支持电能削峰填谷缓解输电系统阻塞发电系统应用发电容量电网应用延缓输配电系统的扩容变电站电源分时电价电费管理负荷跟踪用户端应用容量费用管理供电可靠性调频辅助服务电能质量可再生能源移峰备
7、用容量可再生能源并网可再生能源的稳定输出电压支持风力发电并网数据来源:Sandia Report,Feb 2010,“Energy Storage for the Electricity Grid:Benefits and Market PotentialAssessment Guide,储能专委会翻译整理此外,储能还可以应用于孤立电网或离网的场景。电动汽车电池及其他形式的储能设备能够为电动汽车提供动力并起到制动能量回收的作用。同 时,电动汽车也可被看作为种储能设施,这是由于,轻型车辆在使用中平均有90%的时 间处于停泊状态。处于停泊状态的电动汽车可以看作是储能设备,主要有两种应用形式:车辆一
8、电网(V2G):这是一种车载电池与电网间充电、放电为双向的应用,车载电池 不仅仅作为负荷从电网充电,同时作为一种储能设备为电网提供电能。车辆一电网,单向(V1G):在这种应用中,车辆仅从电网充电,并不向电网提供电能,5【9ESA呼般期会但在充电过程中可以改变其充电速率,从而调节电网频率,提高电能质量。因为电池放电对电池的使用寿命影响很大,所以在目前的电池发展阶段,V1G是发展 重点。轨道交通机车制动时,制动转矩带动发电机给储能设备充电,启动时,储能设备放电,节省了能 量,提高了能量的利用效率。同时,减少了机车启动和制动时引起的电压波动,降低轨道机 车启动和制动环节对电网带来的冲击。UPS在计算
9、机系统和网络应用或其它电力电子设备中,储能设备主要起到两个作用:一是应 急使用。储能设备储备电能,在电网失电的情况下,向用电设备提供电能;二是提高用电设 备的电能质量。储能设备可以瞬间提供足够的有功和无功支持,改善电源质量。电动工具电动工具,是由电池提供动力驱动的工具。它使使用者不受插座电源的约束,具体的应 用包括电钻、电动螺丝刀、锤子和电锯等,取代了传统依靠插座的类似的电动工具。因此电 池为电动工具提供了驱动能量,使电动工具更便于使用。电子产品可充电电池为电子产品提供能量,例如数码相机、手机、笔记本等。二、各类储能技术分析抽水蓄能抽水蓄能电站是一种特殊形式的水利发电系统。该系统集抽水与发电两
10、类设施于一体,上、下游均设置水库,在电力负荷低谷或丰水时期,利用其他电站提供的剩余能量,从地势 低的下水库抽水到地势高的上水库中,将电能转换为位能;在日间出现高峰负荷或枯水季节,再将上水库的水放下,驱动水轮发电机组发电,将位能转换为电能。抽水蓄能电站是目前最成熟的,应用最广泛的大规模储能技术,具有容量大,寿命长(经 济寿命约50年),运行费用低的优点。可为电网提供调峰、填谷、调频、事故备用等服务,其良好的调节性能和快速负荷变化响应能力,对于有效减少新能源发电输入电网时引起的不 稳定具有重大意义。但是,抽水蓄能电站的建设也受到一些条件的限制。例如在站址的选择上需要有水平距 离小、上下水库高度差大
11、的地形条件,岩石强度高、防渗性能好地质条件,以及充足的水源 6【9ESA呼举期会保证发电用水的需求。另外还有上、下水库的库区淹没问题,水质的变化以及库区土壤盐碱 化等一系列环保问题需要考虑。20世纪50年代到20世纪80年代,以美国、日本和西欧各国为代表的发达国家带动了 抽水蓄能电站的大规模发展。然而,从20世纪90年代到现在,除日本外,美国和西欧各国 都放慢了抽水蓄能发展的速度。对我国来讲,抽水蓄能的发展呈现以下特点:1)我国的抽水蓄能电站近20年得到了快速发展,到2010年底,投产装机容量达到 16345MW,跃居世界第三;在建装机容量达到12040MW,居世界第一。但抽水蓄能电站装 机容
12、量占我国总装机容量的比例还比较低。2)施工技术达到世界先进水平,大型机电设备原来依赖进口,经过近几年的技术引进,消化和吸收,基本具备了生产能力。3)按照目前国家政策,抽水蓄能电站原则上由电网企业建设和管理。“十二五”期间,政府对水电的开发十分重视,其中对于抽水蓄能的规划目标是到2020 年将达到7000-8 000万千瓦,意味着在未来十年内,抽水蓄能装机将增加4000-5000万千瓦。我国抽水蓄能正在经历新一轮的发展高潮。压缩空气储能压缩空气储能系统通过压缩空气储存多余的电能,在需要时,将高压空气释放并通过膨 胀机做功发电。在储能时,系统中的压缩机耗用电能将空气压缩并存于储气室中;在释能时,高
13、压空气从储气室释放,进入燃气轮机燃烧室同燃料一起燃烧后,驱动透平发电。在释能过 程中,由于没有压缩机消耗透平的输出功,因此相比于消耗同样燃料的燃气轮机系统,压缩 空气储能系统可以多产生1倍以上的电力,由此实现压缩空气能量和电力之间的转换。自从1949年Stal Laval提出利用地下洞穴实现压缩空气储能以来,全球已有两座大型 电站分别在德国Huntorf和美国McIntosh投入超过20年的商业运行。由于传统压缩空气储 能系统需要大型储气装置和依赖燃烧化石燃料,这在很大程度上限制了该技术的推广应用。为解决常规压缩空气储能系统面临的主要问题,目前国际上先后出现了一些改进的技术,包 括:先进绝热压
14、缩空气储能系统(Advanced Adiabatic Compressed Air Energy Storage System,AACAES),系统将空气压缩过程中的压缩热存储在储热装置中,并在释能过程中回收这部 分压缩热,系统的储能效率可以得到较大提高,理论上可达到70%以上。小型压缩空气储能系统的规模一般在10MW级,它利用地上高压容器储存压缩空气,从而突破大型传统压缩空气电站对储气洞穴的依赖,具有更大的灵活性。微型压缩空气储能系统的规模一般在几kW到几十kW级,它也是利用地上高压容器储 存压缩空气,主要用于特殊领域(比如控制、通讯、军事领域)的备用电源、偏远孤立地区 的微小型电网、以及压
15、缩空气汽车动力等。7【9ESA呼举期会液化空气和超临界压缩空气储能系统是最近才提出的新型压缩空气储能系统。由于液态 空气的密度远大于气态空气的密度,该系统不需要大型储气室。我国中科院工程热物理所在 2009年又在国际上首次提出并自主研发了超临界压缩空气储能系统,进一步提高了系统的 能量效率。近年来,压缩空气储能已经在全球范围内获得了进一步的发展,规模最大的项目包括美 国Ohio州从2001年起开始建设的一座2700MW压缩空气储能系统和Iowa州正在规划建设 过程中的300MW压缩空气储能项目。我国虽然对压缩空气储能系统的研发起步较晚,但压 缩空气储能系统已经得到相关科研院所、电力企业和政府部
16、门高度重视。飞轮储能飞轮储能是利用互逆式双向电机(电动/发电机)实现电能与高速旋转飞轮的机械能之 间相互转换的一种储能技术。飞轮储能和传统的化学储能不同,是一种纯物理的储能技术。现代意义上的飞轮储能的概念最早在20世纪50年代才被提出,其后到20世纪70年代,美国能量研究发展署(ERDA)和美国能源部(DOE)开始资助飞轮系统的应用开发,日本 和欧洲也陆续开展了相关技术和产品的研发。进入20世纪90年代以后,由于磁悬浮、碳素 纤维合成材料和电力电子技术的成熟,飞轮储能才真正进入了高速发展期。从20世纪90年代开始,德国的Piller公司、美国的Active Power公司陆续推出了商用 的飞轮
17、产品。到今天,基于永磁悬浮和电磁悬浮轴承技术的飞轮产品已经比较成熟,稳定性 和可靠性已经大大提高,在全球范围内已经有数千套产品投入了正式的商业运行,应用领域 主要包括企业级UPS、电力调频、航天、军事等领域。飞轮储能产品可以从不同的角度分 为很多类型,如果从飞轮转子转速来分,可以分为低速飞轮产品和高速飞轮产品。低速飞轮储能产品中,转子主要由优质钢制成,转子边缘线速度一般不会超过100米/秒。产品主要靠增加转子的质量,这类产品可采用机械轴承、永磁轴承或者电磁轴承,整个 系统功率密度较低,主要通过增加匕轮的质量来提高储能系统的功率和能量。高速飞轮产品的转子转速能够达到每分钟5万转以上,转子边缘线速
18、度能够达到800 米/秒以上。如此高的转速要求高强度的材料,因此主要采用玻璃纤维、碳纤维等作为制造 转子的主要材料。这类产品中无法采用机械轴承,只能采用永磁、电磁或者超导类轴承。目 前国外对永磁和电磁轴承的研究和应用已经比较成熟,最新的研究热点是基于超导磁悬浮的 高速飞轮产品。今天在全球范围内能够提供飞轮商用产品的公司主要包括:Active Power.Beacon Power、Piller、Flywheel Energy System等多家公司。我国在此领域内距国际水平尚存在很大 的差距。8【9ESA呼举期会铅酸电池铅酸蓄电池是指电极由铅及其氧化物制成,电解液是硫酸溶液的一种蓄电池。在充电状
19、 态下,铅酸电池的正极主要成分为二氧化铅,负极主要成分为铅;放电状态下,正负极的主 要成分均为硫酸铅。从1859年法国科学家Gaston Plante发明铅酸电池至今,已有150多年历史,是最早规 模化使用的二次电池。铅酸电池已经成为交通运输、通讯、电力、国防、航海、航空等各个 经济领域不可或缺的成熟产品。但充电速度慢、能量密度低、循环寿命短、过充电容易析出 气体、硫酸溢出会污染环境等方面的问题,也使其并不适宜于应用在电动汽车、新能源发电 等领域。近年来全球很多企业致力于开发出性能更加优异、能满足各种使用要求的改性铅酸电 池,主要包括超级电池、双极性电池、铅布水平电池、卷绕式电池、平面式管式电
20、池、箔式 卷状电池等。本报告主要针对超级电池和双极性电池做进一步探讨。超级电池是铅酸电池和超级电容器的组合体,具有充放电速度快,功率密度高、电池寿 命长等优点,主要应用于混合动力汽车、并网新能源发电和智能电网。该技术由澳大利亚 CSIRO国家实验室和日本古河电池公司联合发明。此外,美国Axion公司也在开发类似产 品。中国的浙江天能、浙江超威、南都、武汉银泰、浙江汇同、吉林汇能等,也已经开始投 入研发。双极性电池是一种用双极性极板制作的铅酸电池,与普通铅酸电池相比具有更高比能 量、高功率性能、长寿命和适合高电压设计的优点。该领域尚处起步阶段,目前只有少数厂 家可以生产样品,但均未能大规模生产。
21、美国Arias和BPC公司、瑞士爱立康(OERLIKON)公司处于领先,中国的儿家传统铅酸电池公司如南都、风帆、双登等都在进行双极性电池的 研发工作。锂离子电池锂离子电池是以含锂的化合物作正极,在充放电过程中,通过锂离子在电池正负极之间 的往返脱出和嵌入实现充放电的一种二次电池。锂离子电池实际上是锂离子的一种浓差电 池,当对电池进行充电时,电池的正极上有锂离子生成,生成的锂离子经过电解液运动到负 极,并嵌入到负极材料的微孔中;放电时,嵌在负极材料中的锂离子脱出,运动回正极。自从1991年日本索尼公司首次实现工业化制造至今,根据正极材料和电解质的不同,锂离子电池已经发展出了包括钻酸锂电池、镒酸锂
22、电池、磷酸铁锂电池、钛酸锂电池、三元 材料锂电池、聚合物锂电池等在内的多种电池体系。锂离子电池由于能量密度高、寿命长、自放电小、无记忆效应等优点,已广泛在数码便携产品中获得了应用,并且正逐步进入新能 源电动车、储能电站等应用领域。9【9ESA呼般期会在各种锂离子电池中:钻酸锂电池产业化最成熟、产品的能量密度最高,已广泛地应用在手机、笔记本电脑等 小型移动设备上。目前日本松下和索尼、韩国三星SDI和LG化学、中国BYD、力神和比 克等多家企业,几乎控制了全球的钻酸锂电池行业,其中日本企业占据了高端市场,中国企 业占据了低端市场。出于对安全的考虑,钻酸锂电池不适合做大功率和大容量的应用。镒酸锂电池
23、有低成本、高性能的优势,产品安全性较钻酸锂电池高,是热门的电动汽车 电池备选技术,在全球的动力电池领域占有重要地位。日本企业在镒酸锂电池领域开发应用 最早,技术最为领先,包括Sony、Sanyo(已和松下合并)和日产AESC公司等都在大力发 展镒酸锂电池;韩国企业在此领域投入巨大,紧跟日本企业,三星SDI和LG化学已经具备 相当的实力。由于对生产工艺要求较高,中国大多数企业没有选择在此领域投入,目前国内 只有国安盟固利等少数企业坚持发展该技术。磷酸铁锂电池具有长寿命、低成本以及高安全性等优势,是目前最热门的电动汽车电池 技术之一,也是电力储能系统的热门候选技术之一。由于产品生产工艺相对容易,磷
24、酸铁锂 电池在中国获得了高度的发展,无论是民间和政府都对该技术寄予厚望,代表性企业包括 BYD、比克、力神等等。但是,从产品性能上看,北美企业的产品目前仍然全球领先,标 志性企业是美国A123公司,该公司的产品在低温性能、倍率性能、循环寿命等方面,还明 显领先于其他企业的产品。液流电池液流电池是通过可溶电对在惰性电极上发生电化学反应而完成储电放电的一类电池。一 个典型的液流电池单体的结构包括:1)正、负电极;2)隔膜和电极围成的电极室;3)电解液 罐、泵和管路系统。多个电池单体用双极板串接等方式组成电堆,电堆配入控制系统组成蓄 电系统。液流电池存在很多的细分类型和具体的体系,目前全球真正研究较
25、为深入的液流电池体 系只有四种,包括全车凡液流电池、锌溟液流电池、铁铭液流电池和多硫化钠/澳液流电池,并都有商业化示范运行的经验。全钢氧化还原液流电池(Vanadium Redox Battery,缩写为VRB),简称钢电池,具有长 寿命、大容量、能频繁充放电等优势。目前,全球范围内能够提供工业化钢电池产品的企业 主要包括日本住友电工、北京普能(收购加拿大VRB)、澳大利亚V-Fuel。20世纪90年代 起,F1本、澳大利亚、美国等地已经有了一些示范运行的钮电池项目,近两年来随着全球对 储能技术的关注,机电池在中国、美国等地又陆续获得一些项目机会。锌溟液流电池的反应活性物质为嗅化锌,充电时锌沉
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 产业 研究 白皮书
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【曲****】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【曲****】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。