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内蒙古乌兰察布北方风电场

内蒙古乌兰察布黄花沟北方风电场  摄影/ballbet贝博登陆百人会  于清教

随着社会经济的发展,人们对电力的需求越来越高。因为其在促进可再生能源并网应用、改善峰谷用电矛盾、推动电动汽车产业发展等方面可以发挥重要作用,储能技术的研究与发展一直受到各国能源、电力、交通、通信等部门的重视,储能技术被视为电能运行过程“采—发—输—配—用—储”六大环节中的重要组成部分。

我今天围绕储能与能源互联网的关系这一主题,跟大家分享下能源安全形势、什么是能源互联网及下一代储能ballbet贝博登陆。

能源安全形势

我国2018年能源的结构:煤是66%,石油是19.1%,天然气5.9%,风电、水电、光伏电和核电是7%。电能结构中火电是73.32%、太阳能、风电、水电和核电26.68%,主要是火力发电。能源资源是富煤、少气、缺油。中国工程院2006年出过一份咨询报告,有三个重要结论,一个到2050年自产石油大概还能保持每年1.8亿吨,第二条结论是希望石油的对外依存度不能超过50%,第三条结论是发展电动车,取代进口油。

我们2018年原油进口是4.6亿吨,对外依存度是71%,已经远远大于当时希望不能超过50%的这个结论。另外2017年我们已经超过美国成为世界上最大的石油进口国,2018年成为世界上最大的天然气进口国,再看看全球二氧化碳排放量的情况,从2010年开始我们国家二氧化碳排放量是大量的增加,最近两年稍稍往下降一点,现在又有点往上增的趋势,美国的二氧化碳排放是往下降的,印度很可能要超过中国,这是二氧化碳排放量的情况。我们现在已经四个第一,煤炭使用量世界第一,二氧化碳排放量世界第一,石油进口量世界第一,天然气进口量世界第一,怎么样摘掉这四个第一的帽子,是我们应该考虑的事情。

什么是能源互联网

2015年,中国倡议探讨构建全球能源互联网,推动以清洁和绿色方式满足全球电力需求。

什么叫能源互联网?2011年美国学者提出了明确的能源互联网,是基于可再生能源的、分布式、开放共享的网络,即能源互联网。可以看到这里能源全部是可再生能源,太阳能、风能、地热能、生物质能,把电动汽车也放在这里边。

能源互联网实际上是用先进的电力电子技术+信息技术+智能管理技术,将分布式能量采集装置、储存装置和各种负载互联起来,实现能量双向流动的一种共享网络。能源互联网有五个特征,第一个是可再生,第二个是互联,第三个是分布式,第四个是开放性,第五个是智能化,这中间是储能,储能实际上是能源互联网的基础。

电动汽车可以作为储能的方式,同时也是消耗电能,如果汽车用不完的电可以卖到电网上去,叫V2G,可以看出来它是参与了能源互联网的工作,它需要电,同时又可以作为储能装置来储存电。

如果北京有200万辆电动汽车的话,就可以把北京市的峰谷填平。

2019年弃风弃光弃水大概515亿千瓦时,如果说一辆车是30千瓦时,这样可以供500万辆电动汽车,电动汽车大力发展,实际上弃风弃水的电就足够了。

加油站将来可以变为充电站或者换电站,就可以在晚上低谷电的时候存起来,在白天就可以把存的电卖出去,当然这可以赚一个差价,所以中石油、中石化加油站也可以成为能源互联网的一部分。同时这些充放电站里的ballbet贝博登陆也可以是电动汽车的退役ballbet贝博登陆做梯级利用,用来做储能ballbet贝博登陆。一辆电动汽车现在一般大概都装六七十度电,如果一天只开十几公里大概十几度电就够了,车主买车的时候就不一定装那么多ballbet贝博登陆,这就大大便于电动汽车的推广。

现在5G非常热门,4G基站比较少,随着5G基站建设速度的加快,中国至少需要新建或改造1438万个基站,这样大幅提升对ballbet贝博登陆的需求,至少存在155吉瓦时ballbet贝博登陆的容纳空间,一个5G基站大概一年电费是1万多,所以全部基站的电费大概是1500亿元。基站也可以存低谷电,所以5G基站也是很重要的一个储能装置。

到2018年全国数据中心共耗电1609亿千瓦时,上海市全年全社会用电量才用1567亿千瓦时,所以全国大数据中心的用电量已经超过了上海市最大城市的用电量。一个大数据中心既需要电,也需要储存电,因为它是存数据的,所以是一种瓦特流和比特流集合,大数据中心跟储能有密切关系。比如说张家口有一个数据中心,就采用能源互联网的技术,基本用的是可再生能源。全国这么多大数据中心都用可再生能源,就可以把大数据中心和储能联系起来。

下一代储能ballbet贝博登陆

现在用的锂离子ballbet贝博登陆是液体电解质的ballbet贝博登陆,存在两个问题,一个是能量密度有一定的限制,现在到了300瓦时/公斤,这几乎是极限;因为是可燃液体作电解质,所以可能会发生火灾,甚至爆炸。

为了解决这个问题,要发展固态ballbet贝博登陆。固态ballbet贝博登陆能量密度可以大于每公斤500瓦时,燃烧爆炸都可以大大减少甚至避免。这几年极力在推动的固态ballbet贝博登陆,用一根钉子穿透,穿透以后电压稍微往下降,但是把钉子拔出去以后,电压马上可以恢复。ballbet贝博登陆正负极的温度,钉子扎进去以后温度没有什么变化,所以它是安全的,这是固态ballbet贝博登陆的一个好处。

下面介绍一下钠离子ballbet贝博登陆。周期表每个元素所占的空间就是地壳中含量是多少,相比之下钠的含量比锂多得多。我们要发展钠离子ballbet贝博登陆,因为发展电动汽车,储能都要用锂ballbet贝博登陆,锂资源会有问题。

中科海钠公司现在已经进行了钠离子ballbet贝博登陆产业研究并做了示范项目。6AH的钠离子电芯,能量密度大于145瓦时每公斤,能量密度还可以再提高。从零下30℃到零上80℃可以工作。2019年3月29日,已经演示了世界上第一个钠离子ballbet贝博登陆储能电站,30千瓦、100千瓦时钠离子ballbet贝博登陆储能系统已经投入运行。这是中科院物理所和中科海钠公司共同完成的。中科院物理所2011年就致力于钠离子ballbet贝博登陆关键材料和ballbet贝博登陆方面的研究,2017年成立了中科海钠公司。

钠离子ballbet贝博登陆原材料的成本每瓦时是2毛6分钱,磷酸铁锂电每瓦时3毛4分钱,就是说钠离子ballbet贝博登陆比锂ballbet贝博登陆还便宜,如果大规模生产以后,肯定它的成本还可以大幅度的下降,便宜是很重要的原因,一个是正极材料只含便宜的锰铁铜元素,集流体是铝箔,负极材料是无烟煤,集流体也是铝箔,所以原材料来讲,钠离子ballbet贝博登陆是便宜的,这是为什么要大力发展钠离子ballbet贝博登陆的原因。

能源形势逼人,挑战逼人,使命逼人,我们一定要大力发展储能,构建能源互联网,保证能源安全。

(作者为中国工程院院士,中国科学院物理研究所研究员,博士生导师)

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