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中国电科院惠东:电化学储能标准体系建设

作者:中国储能网新闻中心 来源:中国储能网 发布时间:2017-05-04 浏览:
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中国储能网讯:2017年4月24-26日,第七届中国国际储能大会在苏州香格里拉酒店圆满召开,超过1400位国内外嘉宾到场参会。大会共邀请140余位行业专家与企业代表,围绕产业热点话题,发表了一系列精彩演讲,中国储能网将向读者传递本次大会最具价值的声音。

大会期间,中国电力科学研究院首席技术专家惠东在“储能电站暨微电网专场”,以《电化学储能标准体系建设》为题发表演讲,现将演讲主要内容发布,以飨读者。

中国电力科学研究院首席技术专家,教授级高级工程师惠东

惠东:非常感谢有这个机会给大家介绍一下《电化学储能标准体系建设》,我今天想讲的是电化学标准体系建设这件事情。

主要讲四个方面,首先是电化学储能应用现状及发展。从应用上来看储能的定位,从有电的那一天,有发电就要有用电,用电核发电之间就是不平衡,也就是说从有电力系统那一天起,搞电力系统的人对储能就有一个刚性的期盼,但是并没有转化成市场。在新的条件下,这么多年了没有储能也能活,但是在新的条件下又把储能推出来,主要是有这三个方面的变革。第一个,减排压力对于电力系统的结构变革,我们知道现在可再生能源大的接入,咱们国家10%的储能接入能力已经把咱们国家的弃风弃光十分折腾。

用户侧的个性化质量和互动化需求提高,特别是电动汽车引入以后,对用户侧的变化也是非常巨大的,也这两个变化再发展下去,将来电网的弹性根本就不足以调节,如果我们无限扩大输电的充裕度,那这个国家也是承担不起的。所以在这样一个情况下,就对储能提出了变革性的需求,储能到现在来讲涉及到的学科比较多,因为储能类型比较多,现在还属于不断变化的战略性前沿的东西。

如果说把这个储能在电力系统的应用分类来讲,刚才阮总和郝总都讲了很多比较细节的东西,如果我们从大的角度来讲,我个人觉得,我读完这么多东西还是2010年美国能源部发布这个对电力系统大规模储能应用需求,对它的分类来讲,还是说的比较系统的,它把储能应用分成五大类,17项,就不再细节展开了。

储能技术本身的特征,是包含着两个因素,第一个因素是在于它的功率因素,地个在于容量因素,如果这两个因素中间必须要结合一个时间因子,时间因子包含两个含义,一个是蓄能的时间,一个是它在什么情况下去承担负荷,或者作为一种发电特征的变化。

现在比较难统计国内外在应用上的现状,我曾经花了很大力气做这件工作,从应用结构来看,各种储能类型下面,电化学储能占了53%,而在电化学储能中锂离子电池占48%,后来有人说把一些新的应用加进来应该也变成了50%多。也就是说在各种化学锂离子电池的项目数占比、装机容量占比最大,可能是一个先驱,到这样一种格局了。因为这件事情是可再生能源发电和分布式引发的需求特征,所以它目前来讲结合可再生能源发电和分布式来讲,还是应用数量最大的。

咱们讲这么多储能,那么储能对于标准这个事儿,它到底是怎么样一个需求?如果我们从这个需求来看,第一件事情我们得看看储能这个系统本身,它的一个特征和因素。从结构来讲,不管是哪一种储能,它一定是包括这样几个部分,第一个,能量转换这一块的本体,第二个,功率转换装置,第三个并网设施,第四,辅机与附件。

从它的工作形态来讲要么它是个并网电源,要么它是个负荷。

如果从它控制的规律属性来看,电化学这一块来讲,锂离子、铅碳、钠硫这块,它的工作属性应该属于电磁暂态,液流还有一定的旋转性部件。

我们再从它外部的参量特征来看,一个是容量,第二个是功率,第三个响应时间,第四个能量转换效率,自放电率,循环寿命,充放电对称性,容量可用系数,这些决定了我们需要对它的这些参量和应用之间对应,来对这些属性,和它的情况要有所规定,这就是我们对于装置本身的特征上来看。

第二个看它的应用特征,我们随便举一些东西,那么储能在电力系统的应用需求,比如下一步它可以在大规模可再生的送输和消纳来讲,从它的利用特征无非就是平滑跟踪、精化输力,减少弃光数,提高风电机组的专业能力来讲,这块我们也做了很多示范,还真是挣不到钱。

在提高配电这块的可靠性,微电网的必要元件和支撑多能互补的综合应用,这都是它下一步的东西。到目前为止,我很难看到基于电化学进步比较快的情况下,它的性价比还很难能够让用它的人挣到钱。大规模可再生这种东西,一定是有一种东西来解决弃风弃光问题,但是现在风和光弃掉最便宜,加上储能就赔钱,你让别人怎么用?而且刚才郝总讲了,光伏价格会进一步便宜,发电成本会更便宜,储能去把它存起来再倒腾上去,就要求我的技术经济性更低。

第二方面咱们大家对于咱们国家的装机比较密集的大规模资源区,不是天天在弃,而是在季节性的弃。储能的利用率很低的,这对储能的要求就变的极高。

对于下一步来讲,从大规模集中式可再生能源来讲,我觉得从电量角度来讲,从功率统计角度来讲,需要一个有序布局的过程,如果家家都这么配,除非给一定的储能单独价格,如果不给的话,作为整个改善当地的接入结构和外送消纳程度来讲,需要对储能进行一个有序的布局,对于分布式可再生来讲,需要解决的,我们一步步接进去了,分布式可能会涉及到储能每天都在动,每天都要参与管理,因为分布式储能将来一定是广域布局的,广域分布式的布局,它将来要能够做到整个的区域电网或者局部电网上能够做到一种聚合,能够发挥单一功能所不可能达到的,刚才阮总讲的是集群控制,未来广域布局,要到广域的多布点的进行集体控制,可能会起到更大的作用。另外就是电动汽车在未来参与储能这块事。

我讲这么多应用,它对于储能体系建设标准,体现在哪几个方面呢?我们这个标准体系的建设,我不能规定到电化学本身材料的体系范围内,从我们储能体系来看,应该说储能系统并网和应用的环节和过程,它不能把它包罗万象,电化学储能也是一样的,基本要服务于从储能的规划、设计、招标监造、设备实验、工程组织、施工安排、交接验收、运行交易、包括维护检修、报废这样一个过程,这是我们应用对储能标准过程建立的情况来看。

现在来讲电化学储能建立的是什么标准呢?国际上,比如IEC在2012年成立以后,为了和传统工作内容不冲突,主要划分了五个工作组,目前正在制订的是这五个,一个术语部分,一个是元件测试方面,还有规划安装、环境问题指导意见、安全要求,还有一个是对于电池的安全要求。这是讲了一个传统的整体的规范条件,目前处于征求意见或者起草相关的阶段。

在没有成立国际储能IEC标准会之前,曾经围绕储能做了两个标准,一个是IEC—61427—1和—2。—1是南都最早是参加了这块东西,后来我们和南都一起又参加了61427—2。此外美国这块来讲是2030—2,2030—3,2030—3是中国电科院替它主编的,现在已经完成了并且发布了。我们国家的电化学储能主要是围绕工程建设这样一个标准,所以它现在还处于起步阶段,目前的标准体系主要是围绕规划设计,设备与实验,施工与验收,并网与检测、运行与维护五个方面来的,目前来讲正在制订的国标有10项,已经发布制订的国标2项,还有行业标准9项,团体标准5项,五网公司的指标就将近10项。

除了参与国际标准之外,我们也参加了国际上比较多的跟标准相关的技术发展路线,还有白皮书相关的一些东西。比如说IEC的大规模储能技术白皮书是参与的。

IEC本身成立这个标准的定位也主要是在于并网和应用来讲,因为所有其他的标准体系,在IEC成立以后,给IEC/TC120的空间已经非常少了。目前来讲在指定过程中间的一个要素还没有梳理很清楚,编制思想和工作路线还不是非常统一。

美国这块有IEEE标准,也基本是属于工艺通用这方面的协议,但是美国这块只是个案拿出来,还没有形成一个整体的体系。

全国标委会成立以后,今年是第三年了,我们想构建一个比较完整的体系框架和路线图研究,来做一个系统性、逻辑性比较强的体系,这是我们列的具体的工作体系的建议。

标准的建设本来想基于一个成熟的技术形成一种标准,但是这个发展比较快,标准跟不上。应用发展的角度比较快,但是标准支撑的基础问题还跟不上。我想主要是再讲一下支撑标准体系的主要研究方向,如果我们放在电化学角度的标准讲,目前最迫切的问题,还是火灾安全的问题,这个时候主要涉及到锂离子电池,钠硫电池不用说,铅碳电池也不要说铅酸就不着。当然有些不一定是电池本身,可能是属于附件和辅机。其实最迫切的还是锂离子这块的东西,因为目前锂离子电解液还是有机的。

锂电池的安全问题现在研究的焦点和难题,第一,是安全性的评测技术,目前没有办法去评测这件事情的安全性。第二个安全设计技术,国家目前也有课题支撑这些东西,但是对安全预警技术的缺失,另外对电池模块安全防护功能的缺失,第三个是消防闭环的缺失。上午有几个同志跟我讲,到我们那儿去安装储能,环评不同意,安监也不同意,这个事情搞的很苦恼。其中有一个最大的问题,人家好不容易把火灾给请走了,我们再把它请回来,那人家肯定不同意的。

这里面,消防闭环中间现在有一个比较大的问题是哪里?现在有六氟丙烷、七氟丙烷,希望通过阻燃和降温这两种方式,能够进行对锂电的消除,很不幸,六氟丙烷、七氟丙烷一旦着起来,它会形成六硫氟化物,这玩意儿是有毒的,现在消防对这件事情没有界定,有的人说了,氟利昂对这两个问题也解决比较好,但是氟利昂国家环评上过不去。目前来讲对于消防剂本身肯定是未来一个难点。。

另外一个难点还是刚才说的测评,以后将会在这些方面来进行一个比较大的工作。我们现在也看到有很多相关的部门,在做相关的研究工作,其中包括中国电科院在和银德时代新能源申请的国家重点研发计划中,就有一个很大的工作,就是包括对电池极和电池模块极的所有安全风险评估危害,、防爆、消防、特性本身、热失控连锁反应本身的基础研究,在这些层面上去。

第二个,也是咱们极其重要的问题,对于未来标准体系中间,我们说了,电池的循环寿命是电池价格参照和它未来应用中间一个非常重要的东西,包括电池的研发,我们都希望做成长寿命、低成本、高安全的电池,但是循环寿命和日历寿命的快速检测和评估技术,这是一个目前来讲,还没有解决的问题。如果我们短期去判定这件事情,还需要重点的攻克。这属于电化学储能技术中间非常重要的一个问题。

另一个层面在应用过程中间,前面是讲的应用前的事儿,应用过程中电化学本体的剩余容量和健康状态的在线评估,这块也是将来验收和未来发挥的一个重要点。

第三个,所有的电池集成技术,都是建立在储能单位单体一致性的基础上考虑的,储能在线单元的一致性如何在线评估,我们丢过来一个问题,什么叫一致性?很多人都没有一个明确回答,我目前只能站在一个电学者的角度来讲去看待一致性,对于每一个单元或者每一个单体,我们给它电学的激励,我们所获得的响应基本一致,我才认为它是电学一致性。但是这种思路或者类似于扩展的思路,并没有在我们整个的应用过程中得到发挥。对于这种东西在线评估,也是建设标准中极其重要的事情,尤其是循环寿命的快速检测。如果有一个设备拿来两三个月就把人家这个电池的东西,能够很规范、公正,或者很合理的评判出来了,我想在以后的招投标过程中,对定价过程中,包括验收过程中间,甚至包括产品定型和开发中间,如果这块的标准体系建立起来了,都会起到一个更大的作用。

作者简介:

惠东,中国电力科学研究院首席技术专家,教授级高级工程师,享受国务院政府特殊津贴。长期从事电力储能技术研究工作。目前是全国电力储能技术标准化委员会副秘书长,IEC/TC120委员。

(本文根据现场录音整理,未经本人审核)

关键字:电化学储能 储能大会

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