铅炭电池：一种新的储能解决方案-solarbe文库

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铅炭电池一种新的储能解决方案吴贤章 Email wxznarada.biz 2016’ 全球能源互联网大会中国北京以清洁和绿色方式满足全球电力需求什么是铅炭电池 2 Lead-Carbon A Game Changer for Alternative Energy Storage 铅炭电池 vs. 铅酸电池 3 铅炭电池铅酸电池  在负极引入炭材料  真的如此简单三类广义的铅炭电池 4 P b C ® Axion Power UltraBattery® Furukawa, East Penn L-C 铅炭电池（ Lead-Carbon） 5  炭材料直接添加在负极铅膏中  可有效抑制负极硫酸盐化  HRPSoC循环寿命延长 6倍  优异的快充性能  工艺简单，成本低性能特点铅炭电池（ Lead-Carbon） 6  2013年通过国家能源局鉴定，填补国内空白，达到国际先进水平南都 REX-C系列铅炭电池铅炭电池的作用机理 7 *P. T. Moseley, D. A. J. Rand, K. Peters, “Enhancing the performance of lead–acid batteries with carbon – In pursuit of an understanding,” J. Power Sources, 295, 2015 268-274.  空间位阻效应防止硫酸铅大颗粒的形成，以保证其能够可逆的转化成活性铅。  电容缓冲效应以法拉第反应吸收额外的大电流，防止电流过大对铅负极造成损害，原理同超级电池；  提供更多的可供充放电反应的电极表面 Pavlov经典的平行作用机理解释了在铅炭电池负极，电化学反应不仅在铅表面发生，在炭的表面也会发生； 1 2 3 为什么选择铅炭电池 8 循环寿命规模化程度安全性效率经济性  储能的五项关键指标铅炭电池的循环（能量型） 9  Cycling between 80 SoC and 40 SoC 模拟削峰填谷南都 REX-C铅炭电池实测数据铅炭电池的循环（能量型） 10  Cycling between 30 SoC and 80 SoC 模拟削峰填谷南都 REX-C铅炭电池实测数据铅炭电池的循环（功率型） 11  IEC 61427-2 6.2 Frequency Regulation 模拟调频 Maximum charge voltage 1.80 Vpc 南都 REX-C铅炭电池实测数据铅炭电池的循环（功率型） 12 East Penn的 Ultrabattery的测试结果  Sandia实验室和 Ecoult公司的 PSoC测试模拟调频铅炭电池的经济性 13 储电成本电池在寿命周期内每储一度电的成本 ** 综合体现电池一次购置成本、循环寿命以及能量效率铅炭电池的经济性 14 DOD寿命运行期间放出的总电量能效 / 电池成本 /Wh 发电成本 /kWh 铅炭电池 0.65,000 3,000 C 90 1 0.37 0.28* 传统铅酸电池 1800 800 C 80 0.6 0.94 0.62* 锂离子电池 15,000 0.320,000 5,000 C 95 3 0.63 全钒液流电池 113,000 13,000 C 80 10 0.96 *此处考虑铅酸电池的可回收性，以传统铅酸电池成本 30可回收计算铅炭电池 vs 其他化学储能 15 循环寿命安全性可规模化经济性能效铅炭电池 ★★★ ★★★★ ★★★★ ★★★ ★★★ 普通铅酸电池 ★★ ★★★★ ★★★★ ★★★ ★★ 锂离子电池 ★★★ ★★ ★★ ★★ ★★★★ 钒液流电池 ★★★★ ★★★ ★★★★ ★★ ★★★ 钠硫电池 ★★★ ★ ★★★ ★★★ ★★  尽管，目前还没有一种储能技术能够完全满足五项关键指标；  但是，铅炭电池安全可靠性高、储能规模大，综合性价比高。铅炭电池目前的技术短板 16 铅炭电池经 3300次循环 3080SoC 的电极电位曲线尽管电池 PSoC循环寿命显著提高，但是最终失效仍然在于负极负极技术突破方向 17  先进生产制造技术的发展也是铅炭电池应对大规模储能挑战的重要措施。  电池管理与热管理技术也需同步发展，以保障储能系统的可靠运行。明确炭的作用机理  炭的作用机理需要进一步明确，只有完全掌握炭在负极的电化学行为以及对电池性能的贡献，才能有针对性地设计和开发出更高性能的铅炭电池。开发高性能炭材料与添加剂  需要开发价格低廉、性能稳定的铅炭电池用炭材料。实现低成本炭材料的批量化生产有助于进一步降低铅炭电池成本，提高析氢过电位和与铅活性物质的兼容性，则可有效防止电池失水，延长电池循环寿命。  负极其他添加剂，如有机膨胀剂和硫酸钡等与炭材料在充放电过程中的协同作用也需要进一步明确。优化电池设计制造与管理铅炭储能的应用（北美） 18  该项目总耗资美元 5,087,269美元  其中美国能源局（ DOE）资助 2,543,746美元  该项目始于 2011年  电网辅助能量存储  调节频率  管理能源需求规模 3MW， 1-4MWh 铅炭储能的应用（北美） 19 采用 Axion Power公司的 PbC®铅炭电池  2011年 12月项目验收  需求响应、调节频率  直接并入 PJM电网  运行与管理美国 13个州和哥伦比亚特区的电力系统铅炭储能的应用（北美） 20  2011年 10月通过 PNM 电网验收  平滑光电出力 *该示范项目表明铅炭电池可有效平滑光电出力输出到电网的平滑电压光伏电压波动采用 East Penn公司的 UltraBattery®铅炭电池电池电压波动铅炭储能的应用 21 采用 East Penn公司的 UltraBattery®，集成商为 Ecoult  2012年 6月项目验收  3MW调频系统  1MW/1-4h 峰电负荷管理  太阳能供电，柴油机每天关停数小时，可减少 65柴油用量铅炭储能的应用（中国） 22 铅炭微网储能项目超过 20个，覆盖 10个省市自治区总装机容量超过 100MWh 南都铅炭储能应用案例 23 项目国网鹿西岛储能示范项目概况该项目是 “ 含分布式电源的微电网关键技术研究 ” 国家 863课题的两个示范工程之一建设风力发电、光伏发电、储能三个系统，实现并网和孤网两种运行模式的灵活切换提升可再生能源利用率、平滑风光功率输出等功能，具备暂态有功出力紧急响应、暂态电压紧急支撑功能地点温州，浙江规模 2MW/4MWh 时间 2014 投入使用功能  提高可再生能源利用率  平滑风光功率输出南都铅炭储能应用案例 24 项目南网万山海岛新能源微电网示范项目概况  国内首个拟商业化新能源微网项目，也目前为止国内最大的海岛离网微网铅酸储能示范项目  南都电源独家中标，提供储能系统解决方案，储能技术全部采用公司储能铅炭电池新产品  海岛无电地区孤岛运行，解决风能 /太阳能等多种新能源接入并网  储能系统兼具功率平滑与能量存储功能地点珠海，广东规模 2.5MW/8.4MWh 时间 2014 投入使用功能  提高可再生能源利用率  平滑风光功率输出南都铅炭储能应用案例 25 项目国家风光储输工程新能源微电网示范项目概况包括 100MW风力发电、 50MW太阳能光伏发电、 20MW化学储能的一体化工程，是目前世界上规模最大的新能源综合利用平台公司首个新能源微网总包项目的中标，标志公司储能系统集成技术水平和解决方案的得到市场的认可该项目预示国家电网对铅酸储能技术路线的重视与探索，也标志着市场对公司国际领先的产品与技术的高度认可地点张北，河北规模 1MW/6MWh 时间 2015投入使用功能平滑风光功率输出跟踪计划发电削峰填谷调频南都铅炭储能应用案例 26 项目大丰海水淡化系统智能微电网项目 863计划概况本项目以风力发电 12.5MW为主，储能系统及柴油发电机为辅，为最高日产 5000吨淡化海水提供能源，并结合微电网技术构建非并网风电 -海水淡化集成系统南都电源独家中标，储能技术采用铅炭电池，储能容量 1.8MWh 地点大丰，江苏规模 1.5MW/1.8MWh 时间 2013正式投运功能新能源接入并网平滑风机功率输出南都铅炭储能应用案例 27 项目广成铝业蓄能微网项目 863计划概况该项目是 863计划 “主动配电网的间歇式能源消纳及优化技术研究与应用”，也是目前国内有色金属行业广成铝业规模最大的“金太阳”示范工程 5.5MW 该项目是国内首个“主动配电网的间歇式能源消纳及优化技术研究与应用”研究项目依托该项目实现微网系统，大电网失电后能利用太阳能继续供电；利用储能系统实现全额电量本地消耗或者错峰选择用电，多余部分补充至大电网地点佛山，广东规模 1.5MW/1.5MWh 时间 2013正式投运功能新能源并网功率平滑削峰填谷南都铅炭储能应用案例 28 项目国家新能源示范城市吐鲁番屋顶光伏电站暨微电网试点工程概况该项目为国内第一个新能源示范城市的兆瓦级微电网储能项目，采用公司储能铅炭电池新产品，项目集成了储能电池、直流电源、电池管理系统与热管理系统等全套技术该项目的中标标志着公司储能系统集成技术已获得市场认可地点吐鲁番，新疆规模 1MW/2MWh 时间 2013正式投运功能能源集中管理功率平滑削峰填谷南都铅炭储能应用案例 29 项目临安光储一体化企业级微网储能电站概况国内首创的企业级微网储能电站，实现新能源接入和削峰填谷模块化可移动储能系统铅炭 /锂电混合储能技术在储能系统中首次采用蓄电池热管理系统孤岛 /并网运行地点临安，浙江规模 0.5MW/2MWh 时间 2011正式投运功能功率平滑削峰填谷南都铅炭储能应用案例 30 项目甘肃玉门中科恒源光伏储能电站概况解决西部地区的“弃风弃光”验证现象，当地政策只允许光伏发电量的 40上网，限电量高达到发电量的 60。安装储能电站解决新能源并网难的问题，并可产生弃掉能源的经济性收益本项目位于甘肃省玉门金塔，该地区（一期）计划建设一套 20MW光伏发电电站，设计 3MW/12MWh铅炭储能系统，与光伏发电系统协调配合，实现提升可再生能源利用率、移峰可获得电价差为 0.9元 /kWh 地点玉门，甘肃规模 1MW/2.16MWh 时间 2015正式投运功能平滑光伏功率输出光伏发电削峰填谷错峰发电