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中國電科院惠東:電化學儲能標準體系建設

   2017-05-05 中國儲能網(wǎng)31970
核心提示:2017年4月24-26日,第七屆中國國際儲能大會在蘇州香格里拉酒店圓滿召開,超過1400位國內(nèi)外嘉賓到場參會。大會共邀請140余位行業(yè)
2017年4月24-26日,第七屆中國國際儲能大會在蘇州香格里拉酒店圓滿召開,超過1400位國內(nèi)外嘉賓到場參會。大會共邀請140余位行業(yè)專家與企業(yè)代表,圍繞產(chǎn)業(yè)熱點話題,發(fā)表了一系列精彩演講。

大會期間,中國電力科學研究院首席技術專家惠東在“儲能電站暨微電網(wǎng)專場”,以《電化學儲能標準體系建設》為題發(fā)表演講,現(xiàn)將演講主要內(nèi)容發(fā)布,以饗讀者。


中國電力科學研究院首席技術專家,教授級高級工程師惠東:

非常感謝有這個機會給大家介紹一下《電化學儲能標準體系建設》,我今天想講的是電化學標準體系建設這件事情。

主要講四個方面,首先是電化學儲能應用現(xiàn)狀及發(fā)展。從應用上來看儲能的定位,從有電的那一天,有發(fā)電就要有用電,用電核發(fā)電之間就是不平衡,也就是說從有電力系統(tǒng)那一天起,搞電力系統(tǒng)的人對儲能就有一個剛性的期盼,但是并沒有轉(zhuǎn)化成市場。在新的條件下,這么多年了沒有儲能也能活,但是在新的條件下又把儲能推出來,主要是有這三個方面的變革。第一個,減排壓力對于電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變革,我們知道現(xiàn)在可再生能源大的接入,咱們國家10%的儲能接入能力已經(jīng)把咱們國家的棄風棄光十分折騰。

用戶側(cè)的個性化質(zhì)量和互動化需求提高,特別是電動汽車引入以后,對用戶側(cè)的變化也是非常巨大的,也這兩個變化再發(fā)展下去,將來電網(wǎng)的彈性根本就不足以調(diào)節(jié),如果我們無限擴大輸電的充裕度,那這個國家也是承擔不起的。所以在這樣一個情況下,就對儲能提出了變革性的需求,儲能到現(xiàn)在來講涉及到的學科比較多,因為儲能類型比較多,現(xiàn)在還屬于不斷變化的戰(zhàn)略性前沿的東西。

如果說把這個儲能在電力系統(tǒng)的應用分類來講,剛才阮總和郝總都講了很多比較細節(jié)的東西,如果我們從大的角度來講,我個人覺得,我讀完這么多東西還是2010年美國能源部發(fā)布這個對電力系統(tǒng)大規(guī)模儲能應用需求,對它的分類來講,還是說的比較系統(tǒng)的,它把儲能應用分成五大類,17項,就不再細節(jié)展開了。

儲能技術本身的特征,是包含著兩個因素,第一個因素是在于它的功率因素,地個在于容量因素,如果這兩個因素中間必須要結(jié)合一個時間因子,時間因子包含兩個含義,一個是蓄能的時間,一個是它在什么情況下去承擔負荷,或者作為一種發(fā)電特征的變化。

現(xiàn)在比較難統(tǒng)計國內(nèi)外在應用上的現(xiàn)狀,我曾經(jīng)花了很大力氣做這件工作,從應用結(jié)構(gòu)來看,各種儲能類型下面,電化學儲能占了53%,而在電化學儲能中鋰離子電池占48%,后來有人說把一些新的應用加進來應該也變成了50%多。也就是說在各種化學鋰離子電池的項目數(shù)占比、裝機容量占比最大,可能是一個先驅(qū),到這樣一種格局了。因為這件事情是可再生能源發(fā)電和分布式引發(fā)的需求特征,所以它目前來講結(jié)合可再生能源發(fā)電和分布式來講,還是應用數(shù)量最大的。

咱們講這么多儲能,那么儲能對于標準這個事兒,它到底是怎么樣一個需求?如果我們從這個需求來看,第一件事情我們得看看儲能這個系統(tǒng)本身,它的一個特征和因素。從結(jié)構(gòu)來講,不管是哪一種儲能,它一定是包括這樣幾個部分,第一個,能量轉(zhuǎn)換這一塊的本體,第二個,功率轉(zhuǎn)換裝置,第三個并網(wǎng)設施,第四,輔機與附件。

從它的工作形態(tài)來講要么它是個并網(wǎng)電源,要么它是個負荷。

如果從它控制的規(guī)律屬性來看,電化學這一塊來講,鋰離子、鉛碳、鈉硫這塊,它的工作屬性應該屬于電磁暫態(tài),液流還有一定的旋轉(zhuǎn)性部件。

我們再從它外部的參量特征來看,一個是容量,第二個是功率,第三個響應時間,第四個能量轉(zhuǎn)換效率,自放電率,循環(huán)壽命,充放電對稱性,容量可用系數(shù),這些決定了我們需要對它的這些參量和應用之間對應,來對這些屬性,和它的情況要有所規(guī)定,這就是我們對于裝置本身的特征上來看。

第二個看它的應用特征,我們隨便舉一些東西,那么儲能在電力系統(tǒng)的應用需求,比如下一步它可以在大規(guī)模可再生的送輸和消納來講,從它的利用特征無非就是平滑跟蹤、精化輸力,減少棄光數(shù),提高風電機組的專業(yè)能力來講,這塊我們也做了很多示范,還真是掙不到錢。

在提高配電這塊的可靠性,微電網(wǎng)的必要元件和支撐多能互補的綜合應用,這都是它下一步的東西。到目前為止,我很難看到基于電化學進步比較快的情況下,它的性價比還很難能夠讓用它的人掙到錢。大規(guī)模可再生這種東西,一定是有一種東西來解決棄風棄光問題,但是現(xiàn)在風和光棄掉最便宜,加上儲能就賠錢,你讓別人怎么用?而且剛才郝總講了,光伏價格會進一步便宜,發(fā)電成本會更便宜,儲能去把它存起來再倒騰上去,就要求我的技術經(jīng)濟性更低。

第二方面咱們大家對于咱們國家的裝機比較密集的大規(guī)模資源區(qū),不是天天在棄,而是在季節(jié)性的棄。儲能的利用率很低的,這對儲能的要求就變的極高。

對于下一步來講,從大規(guī)模集中式可再生能源來講,我覺得從電量角度來講,從功率統(tǒng)計角度來講,需要一個有序布局的過程,如果家家都這么配,除非給一定的儲能單獨價格,如果不給的話,作為整個改善當?shù)氐慕尤虢Y(jié)構(gòu)和外送消納程度來講,需要對儲能進行一個有序的布局,對于分布式可再生來講,需要解決的,我們一步步接進去了,分布式可能會涉及到儲能每天都在動,每天都要參與管理,因為分布式儲能將來一定是廣域布局的,廣域分布式的布局,它將來要能夠做到整個的區(qū)域電網(wǎng)或者局部電網(wǎng)上能夠做到一種聚合,能夠發(fā)揮單一功能所不可能達到的,剛才阮總講的是集群控制,未來廣域布局,要到廣域的多布點的進行集體控制,可能會起到更大的作用。另外就是電動汽車在未來參與儲能這塊事。

我講這么多應用,它對于儲能體系建設標準,體現(xiàn)在哪幾個方面呢?我們這個標準體系的建設,我不能規(guī)定到電化學本身材料的體系范圍內(nèi),從我們儲能體系來看,應該說儲能系統(tǒng)并網(wǎng)和應用的環(huán)節(jié)和過程,它不能把它包羅萬象,電化學儲能也是一樣的,基本要服務于從儲能的規(guī)劃、設計、招標監(jiān)造、設備實驗、工程組織、施工安排、交接驗收、運行交易、包括維護檢修、報廢這樣一個過程,這是我們應用對儲能標準過程建立的情況來看。

現(xiàn)在來講電化學儲能建立的是什么標準呢?國際上,比如IEC在2012年成立以后,為了和傳統(tǒng)工作內(nèi)容不沖突,主要劃分了五個工作組,目前正在制訂的是這五個,一個術語部分,一個是元件測試方面,還有規(guī)劃安裝、環(huán)境問題指導意見、安全要求,還有一個是對于電池的安全要求。這是講了一個傳統(tǒng)的整體的規(guī)范條件,目前處于征求意見或者起草相關的階段。

在沒有成立國際儲能IEC標準會之前,曾經(jīng)圍繞儲能做了兩個標準,一個是IEC—61427—1和—2。—1是南都最早是參加了這塊東西,后來我們和南都一起又參加了61427—2。此外美國這塊來講是2030—2,2030—3,2030—3是中國電科院(300215)替它主編的,現(xiàn)在已經(jīng)完成了并且發(fā)布了。我們國家的電化學儲能主要是圍繞工程建設這樣一個標準,所以它現(xiàn)在還處于起步階段,目前的標準體系主要是圍繞規(guī)劃設計,設備與實驗,施工與驗收,并網(wǎng)與檢測、運行與維護五個方面來的,目前來講正在制訂的國標有10項,已經(jīng)發(fā)布制訂的國標2項,還有行業(yè)標準9項,團體標準5項,五網(wǎng)公司的指標就將近10項。

除了參與國際標準之外,我們也參加了國際上比較多的跟標準相關的技術發(fā)展路線,還有白皮書相關的一些東西。比如說IEC的大規(guī)模儲能技術白皮書是參與的。

IEC本身成立這個標準的定位也主要是在于并網(wǎng)和應用來講,因為所有其他的標準體系,在IEC成立以后,給IEC/TC120的空間已經(jīng)非常少了。目前來講在指定過程中間的一個要素還沒有梳理很清楚,編制思想和工作路線還不是非常統(tǒng)一。

美國這塊有IEEE標準,也基本是屬于工藝通用這方面的協(xié)議,但是美國這塊只是個案拿出來,還沒有形成一個整體的體系。

全國標委會成立以后,今年是第三年了,我們想構(gòu)建一個比較完整的體系框架和路線圖研究,來做一個系統(tǒng)性、邏輯性比較強的體系,這是我們列的具體的工作體系的建議。

標準的建設本來想基于一個成熟的技術形成一種標準,但是這個發(fā)展比較快,標準跟不上。應用發(fā)展的角度比較快,但是標準支撐的基礎問題還跟不上。我想主要是再講一下支撐標準體系的主要研究方向,如果我們放在電化學角度的標準講,目前最迫切的問題,還是火災安全的問題,這個時候主要涉及到鋰離子電池,鈉硫電池不用說,鉛碳電池也不要說鉛酸就不著。當然有些不一定是電池本身,可能是屬于附件和輔機。其實最迫切的還是鋰離子這塊的東西,因為目前鋰離子電解液還是有機的。

鋰電池的安全問題現(xiàn)在研究的焦點和難題,第一,是安全性的評測技術,目前沒有辦法去評測這件事情的安全性。第二個安全設計技術,國家目前也有課題支撐這些東西,但是對安全預警技術的缺失,另外對電池模塊安全防護功能的缺失,第三個是消防閉環(huán)的缺失。上午有幾個同志跟我講,到我們那兒去安裝儲能,環(huán)評不同意,安監(jiān)也不同意,這個事情搞的很苦惱。其中有一個最大的問題,人家好不容易把火災給請走了,我們再把它請回來,那人家肯定不同意的。

這里面,消防閉環(huán)中間現(xiàn)在有一個比較大的問題是哪里?現(xiàn)在有六氟丙烷、七氟丙烷,希望通過阻燃和降溫這兩種方式,能夠進行對鋰電的消除,很不幸,六氟丙烷、七氟丙烷一旦著起來,它會形成六硫氟化物,這玩意兒是有毒的,現(xiàn)在消防對這件事情沒有界定,有的人說了,氟利昂對這兩個問題也解決比較好,但是氟利昂國家環(huán)評上過不去。目前來講對于消防劑本身肯定是未來一個難點。。

另外一個難點還是剛才說的測評,以后將會在這些方面來進行一個比較大的工作。我們現(xiàn)在也看到有很多相關的部門,在做相關的研究工作,其中包括中國電科院在和銀德時代新能源申請的國家重點研發(fā)計劃中,就有一個很大的工作,就是包括對電池極和電池模塊極的所有安全風險評估危害,、防爆、消防、特性本身、熱失控連鎖反應本身的基礎研究,在這些層面上去。

第二個,也是咱們極其重要的問題,對于未來標準體系中間,我們說了,電池的循環(huán)壽命是電池價格參照和它未來應用中間一個非常重要的東西,包括電池的研發(fā),我們都希望做成長壽命、低成本、高安全的電池,但是循環(huán)壽命和日歷壽命的快速檢測和評估技術,這是一個目前來講,還沒有解決的問題。如果我們短期去判定這件事情,還需要重點的攻克。這屬于電化學儲能技術中間非常重要的一個問題。

另一個層面在應用過程中間,前面是講的應用前的事兒,應用過程中電化學本體的剩余容量和健康狀態(tài)的在線評估,這塊也是將來驗收和未來發(fā)揮的一個重要點。

第三個,所有的電池集成技術,都是建立在儲能單位單體一致性的基礎上考慮的,儲能在線單元的一致性如何在線評估,我們丟過來一個問題,什么叫一致性?很多人都沒有一個明確回答,我目前只能站在一個電學者的角度來講去看待一致性,對于每一個單元或者每一個單體,我們給它電學的激勵,我們所獲得的響應基本一致,我才認為它是電學一致性。但是這種思路或者類似于擴展的思路,并沒有在我們整個的應用過程中得到發(fā)揮。對于這種東西在線評估,也是建設標準中極其重要的事情,尤其是循環(huán)壽命的快速檢測。如果有一個設備拿來兩三個月就把人家這個電池的東西,能夠很規(guī)范、公正,或者很合理的評判出來了,我想在以后的招投標過程中,對定價過程中,包括驗收過程中間,甚至包括產(chǎn)品定型和開發(fā)中間,如果這塊的標準體系建立起來了,都會起到一個更大的作用。

作者簡介:

惠東,中國電力科學研究院首席技術專家,教授級高級工程師,享受國務院政府特殊津貼。長期從事電力儲能技術研究工作。目前是全國電力儲能技術標準化委員會副秘書長,IEC/TC120委員。

(本文根據(jù)現(xiàn)場錄音整理,未經(jīng)本人審核) 
 
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