我国规模蓄电的发展路径.ppt

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1、我国规模蓄电的发展路径,2011年10月22日 长沙,第29届全国化学与物理电源年会,内容,一、能源发展要求规模蓄电二、可再生能源蓄电技术的评述三、动力电池决定电动车的发展四、强烈呼吁加大电池发展力度,化石能源越用越少CO2、SO2排放越来越多,开源可再生能源发电替代电动车以电代油,规模蓄电的两类要求：可再生能源发电固定式蓄电，储能型电动车以电代油移动式蓄电，动力型,一、能源发展要求规模蓄电,均需规模蓄电,新兴产业，发展路径尚在探索中，技术远未成熟应该有规划地安排发展，在发展中竞争，未来让市场作裁判,1、可再生能源的规模蓄电,太阳能：永不枯竭；光能转为电能，不能连续风能：陆上离地面10米技术可

2、开发风电资源约 3 亿千瓦,一、能源发展要求规模蓄电,陆上70米高度、海上的风能资源很大,风能发电，1千瓦每年减排CO2 2吨,我国兴建大型风力发电场（4 个“风电三峡”）太阳能光伏发电、潮汐和波浪电站。,水力发电要充分开发，但资源有限,风电并网影响供电质量 增加调峰负担,技术积累薄弱，现有蓄电技术难显身手需求来势迅猛，政府和国企缺乏预见性,规模蓄电助“垃圾”为“宝”，,北方夜间风大；几不稳；风电成了“垃圾电”,一、能源发展要求规模蓄电,杨裕生。大规模蓄电的化学电源，第26届全国物理与化学电源学术讨论会论文集G01，2004年9月，厦门,杨裕生“非并网风电”应与大规模蓄电相结合科学时报，200

3、61108,但是,风电不并网可解决部分风电利用问题,但风力发电、太阳能发电、潮汐和波浪发电 无法恒定，必需有大规模蓄电装置配套运行,必要性已有广泛共识,减轻城市空气污染,大城市空气污染的 50%来自汽车,石油与“国家能源安全”,减少二氧化碳排放，缓解温室效应 1亿吨油产生CO2约3亿吨,原油对外依存度超过 50%,纯电动公交车每辆至少用200千瓦时的电池,汽车增多石油更紧，发展电动车刻不容缓,2、以“谷电”代油，发展电动车,一、能源发展要求规模蓄电,动力电池要求高，难度大，发展任重道远,内容,一、能源发展要求规模蓄电二、可再生能源蓄电技术的评述三、动力电池决定电动车的发展四、强烈呼吁加大电池发

4、展力度,(一)可再生能源蓄电的经济效益,可再生能源蓄电是商业行为，必须考虑效益可再生能源电价本来就高，蓄电不能加价太多,能量转换效率：即输出能量和输入能量的比率 包含体系在全寿命周期中的工作效能,建设成本与寿命 长寿命是最大的降价、节能,蓄电技术的先进性 安全性第一；经济效益也很重要,二、可再生能源蓄电技术的评述,蓄电的直接经济效益 以指数 YCC 表示：,循环寿命次数；电价进、电价出￥/kWh；输出1kWh电能的成本(￥/kWh)；分初投资与运营成本两项,YCC 1，表示储能企业盈利；YCC 1=利润率,杨裕生 程杰 曹高萍,规模储能装置经济效益的判据.电池2011（1）:19；国家重点基础

5、研究发展计划(973)资助,二、可再生能源蓄电技术的评述,抽水蓄能现主力,（二）充分发挥物理储能技术的作用,压缩空气储能，超导储能等,优点：规模大，核电调“峰”寿命长，运行费用低能量转换效率70-75%技术很成熟,局限性：要有合适的场地；一次投入的费用高 几十万kW“整起整落”不能灵活切换,对策:用于可再生能源要由智能电网统筹 在规模蓄电中与化学法互补,大多数用户的蓄电，主要使用化学法,二、可再生能源蓄电技术的评述,1、先进的铅酸蓄电池为当前的首选,铅酸电池“古老”，但未过时用量最大全球移动电话机站，每站一组 全世界十亿辆汽车，每辆一组有新技术各种新结构，新材料 密封胶体免维护式 管式 卷绕式

6、 双极性串联式 铅炭电池 超级电池,优点突出：安全 廉价 成熟 有一万安时以上的大型产品；,（三）化学储能技术的评述,二、可再生能源蓄电技术的评述,铅酸蓄电池的缺点大有改进,比能量较低 管式电池已大于40Wh/kg 新电极可能达到新的水平60Wh/kg,*（日）Shin-Kobe Technical Report No.15(2005-3),深放电时循环寿命较短 2005年循环寿命达4500次*（70%DOD）2009年达6000次正确使用 大有作为,冶炼、制造、回收中，可能有铅污染 国外治理了；我国加强管理，也定能治好！说“铅酸电池有污染”，是说错了！,二、可再生能源蓄电技术的评述,美国加州

7、：40MWh的铅酸蓄电池蓄能电站,对策:发展高能、长寿铅酸电池60（80）Wh/kg,二、可再生能源蓄电技术的评述,2、锂离子电池演示规模应稳步扩大,优点：比能量高比功率高能量转换效率高循环寿命长,不足：价格还不够低 有的安全性还较差,二、可再生能源蓄电技术的评述,对策:演示规模不必过大1、要先认真积累1-2兆瓦级电站的运行经验2、要比较不同电池体系的优缺点3、要全面检验、长期考验体系的安全性4、要考验经济效益,南方电网的储能锂离子电池组 着火2次（洛、深）,3、钠硫电池要在安全前提下发展,不足：高温运行，启动慢价贵，万元/度电安全性较差,优点：高比能量转换率高寿命较长,上海试产出650Ah的

8、产品,对策:钠硫电池产能不要增加过快 加强安全性下，边演示，边增容,日本蓄电站9月21日-10月5日大火,二、可再生能源蓄电技术的评述,对策:针对缺点，发展新的体系，降低成本,很适用于可再生能源,二、可再生能源蓄电技术的评述,4、液流电池发展要统筹安排,二、可再生能源蓄电技术的评述,液流电池是一电化工厂体系繁多，要 精心选用,国内外的实践已证明：以溴为氧化剂的液流电池不可取如多硫化钠-溴体系，锌-溴体系,8小时放电；净能量效率70总造价2200万美元美军花2500万美元,英国RegenesysTM 民用大型蓄电站120MWh/15MW,停运转,研发费用大材料要求高比能量低工程化周期长运行窍门多

9、,二、可再生能源蓄电技术的评述,全钒液流电池要发展，但勿一窝风,住友停产4年，刚恢复VRB公司,中国收购中国现已有8家公司,要有强大的财力后盾，要有优惠政策的支持要作长期的演示验证，要分步骤地扩大规模,要大力发展有自主知识产权的液流电池新技术,单液流电池只有一个溶液，故不需离子交换膜；无“交叉污染”,电流效率高；活性物质价格低廉；电池结构简化，制作成本低；平均比能量40Wh/kg（高于全钒液流电池的25Wh/kg）,防化研究院：液流电池新体系研究,锌-镍单液流电池（2007）铜-铅单液流电池（2008）双功能液流电池（2005）有机液流蓄电池（2007）兼能电合成的不间断液流电池（2010）,

10、显示出强劲的竞争力,二、可再生能源蓄电技术的评述,锌-Zn(OH)42-镍单液流电池,1 Jie Cheng,Li Zhang,Yu-sheng Yang,Yue-hua Wen,Gao-ping Cao,Xin-dong Wang.,Electrochemistry Communications,9:2639-2642,20072 Li Zhang,Jie Cheng,Yu-sheng Yang,Yue-hua Wen,Xin-dong Wang,Gao-ping Cao.,J.Power Sources,179:381-387,2008,AD/DC,放电,充电,充电器,负载,+,_,泵,Z

11、n(OH)42-电解液储罐,Ni电极,镀锌负极,正极反应：NiOOH+H2O+e Ni(OH)2+OH-EC0=0.490 V负极反应：Zn+4OH-2e Zn(OH)4-2 EA0=-1.215 V总反应：Zn+2NiOOH+2H2O+2OH-Zn(OH)4-2+2 Ni(OH)2 E0=1.705V,美国纽约城市大学能源研究所 跟踪研究并探求中国的氧化镍正极材料,二、可再生能源蓄电技术的评述,Cu-H2SO4-PbO2单液流电池,正极反应：PbO2+4H+SO42-+2e PbSO4+2H2O EC0=1.685 V负极反应：Cu-2e Cu2+EA0=0.337 V总反应：Cu+PbO2

12、+2H2SO4 CuSO4+2H2O+PbSO4 E0=1.348V,二、可再生能源蓄电技术的评述,与北京化工大学合作J.Pan,Y.Sun,J.Cheng,Y.Wen,Y.Yang,P.Wan,Study on A New Single Flow Acid Cu-PbO2 Battery,Electrochemistry Communications(2008),doi:10.1016/j.elecom.2008.06.008,技术创新面容量高、寿命超长的正极制备技术制止负极枝晶生长技术内并外串电池成组技术旁路电流截止技术单液流电池的系统集成与控制技术,二、可再生能源蓄电技术的评述,碱性溶液

13、:锌/镍单液流电池酸性溶液:铜/铅单液流电池,已取得突破性进展，申请了若干专利并已制成小型样机，进入工程化研制,5、再生式燃料电池无商业价值,总能量转换效率 35%有人建议与小水电结合,杨裕生。关于可再生氢-氧燃料电池的议论，化学与物理电源系统，(5)：4-7，2008,问题：系统复杂,可靠性难满足长期运行要求 价格昂贵；能量转换效率不高,对策:YCC指数太低，不宜采用！,二、可再生能源蓄电技术的评述,7、大力推行用户分布式蓄电,家用分布式蓄电，同时发展直流电器,二、可再生能源蓄电技术的评述,电网与用户联合建站，取得双赢 用户本需直流 用户可保生产的连续性 电网消化谷电 减少再上网的变流损耗,

14、电解铝 氯碱 电镀无轨电车 轨道交通 硅 充电站 电池 其它,分隔小区风-光-油-蓄互补 海岛 山村 边防哨所,直流电用电大户蓄电,内容,一、能源发展要求规模蓄电二、可再生能源蓄电技术的评述三、动力电池决定电动车的发展四、强烈呼吁加大电池发展力度,电动汽车按动力划分为两大类,纯电驱动类,混合动力类,4、插电式混合电动车（PHEV）电-油混合动力车5、油-电混合电动车（HEV）微、轻、中、全等不同混合程度,1、纯电动车（EV）2、燃料电池电动车（FCEV）燃料电池发电，与电池并联3、增程式纯电动车（EREV）内燃机发电，与电池并联,只有电动机一种驱动动力,内燃机-电动机两种动力过渡车种,电动汽车

15、必须：真能节油、减排最终不用油；广大群众买得起；用得好 安全、方便,又可分为5种,新能源汽车,节能汽车（全燃油）,电动汽车需要规模化蓄电池 电动汽车要从电网取用大量电能 既可能冲击电网，但也可以调峰,电动车发展路径对头，可以避害兴利 如：夜间充电，而不搞快速充电,三、动力电池决定电动车的发展,电池决定电动汽车的性能,电动车发展路径争论的实质蓄电和用电路径的选择,关键：电池水平和发展的正确判断能力,轿车驶80公里，就可满足大多数用户要求,1、微小型纯电动汽车 应大力发展,只有电动力,最节油-用“谷电”“风电”简单-无油路/气路/水路车身便宜-一般性加工,微型车行驶百公里耗电5-6度，小型车8-1

16、0度车轻价廉，耗电少，易充电，可用铅酸电池、锂离子电池,鲁、浙、苏、粤已出口，应尽快允许在国内销售,科学时报7月28日A3版：“别藐视铅酸电池微型电动汽车”,观点：中、高档轿车电池多，价高，难成市场,大量圈地搞充电站、换电站，费钱多而效率低 奥运会、世博会的模式不能用于商业运行,现电池比能量下，合理的设计里程仅约150公里,电池量大，散热困难安全问题解决难度加重,电池和纯电动公交车价格高，长期离不了补贴,电池单体、成组、使用欠成熟，性能衰退过快,但公交大客车一日需行200-300公里,电池与车辆不能齐寿，后续电池谁补贴？,电池性价比的提高 要有个较长过程,观点：纯电动公交车目前只能少量演示,2

17、、纯电动公交大客车 应慎重发展,3、燃料电池电动车 未来的目标,只有电动机一种动力也装动力电池用FC发电增加行驶里程,1、价格贵市场太小,4、寿命不够长,5、铂的资源不够用一辆小轿车用铂大于20克5万辆车要用铂一吨多我国年产铂4吨-远不够化工用 即使全造车-只20万辆车铂减至1/10-也只200万辆车,2、氢难储运,3、维护难系统复杂,FCEV10-20年难规模化,必需研究无铂催化剂大难题,观点：燃料电池要做长期的基础研究,4、增程式电动车 市内省油多,只有电动机一种动力故属纯电驱动,行驶前电池组充电途中小功率发电机最佳工况下发电,发电机与电池并联驱动电动机 也可给电池充电,车上发电延长里程

18、虽仍需用油 但可省油一半,适用于城市里的大、中、小型车,增程式十大好处,1、不必配太大容量动力电池且可远行2、电池组不会缺电和过放电寿命延长3、不一定用锂离子电池而用别种价格低,4、夜间在停车场充电不另建充电站省地5、夜间充电是使用电网的“谷电”“填谷”,6、不需要充电/换电的周转电池低投入7、不需要大量的换电设施和人员运行省,8、传统汽车设施和成就全继承且易加工9、现有技术就可节油50%以上节能减排多,10、政府补贴负担轻较容易过渡到无补贴,观点：新一代电池投用前的最佳车种,车辆在行驶中 发电机给电池充电,电池始终运行于“半充”状态与“半放”状态之间（以电池半容量为基准）,电池运行于“半充”

19、与“半放”状态之间的好处：1、内阻最小，发热量小2、不过充，安全有保障3、不过放，循环寿命长4、淡化了不一致性问题5、可简化电源管理系统6、可用廉价的铅酸电池,运行段,5、插电式混合动力车 短程纯电动,内燃机和电动机两动力系统，较复杂，价贵,50公里内不用油远距离全用内燃机,50公里用外内燃机，大马拉小车，油耗仍很高,观点：不如增程式，可以在竞争中发展,6、微混(电起动)汽车 属全燃油车,燃油车数量大，只要做少许变动，技术成熟可靠，可节油5%10%；城市污染大为减少,铅碳电池、超级铅酸电是燃油车微混化的基础,观点：我国应制定燃油车微混化的进程 据此进程及时形成配套电池及炭的量产,7、中度混合动

20、力公交车 节油不多,部分企业用外企部件拼装交帐，不掌握核心技术,电池寿命也不乐观；也有后续电池补贴的问题,2010中国（杭州）新能源公交客车精英赛,5公司参赛7辆混合动力客车，平均节油率（基准车型：12米级，手动变速器）：14.63%,观点：不应是补贴重点；应按节油率补贴,2011中国（昆明）新能源公交客车精英赛,20家公司参赛，混合动力客车节油率：15.61%,中度混合动力小轿车用镍氢电池，材料可回收,两者通过行星轮式齿轮机构结合综合调节两动力之间的转速关系,8、油-电混合动力车 我国无优势,内燃机系统和电机驱动系统各有一套变速机构,两动力组合-有多种组合方式,美国政府不支持发展,全混合普锐

21、斯百公里3升油用镍氢电池，销量过200万辆,设计复杂，加工要求高专利保护，我国无优势,车价贵，在中国卖不动,观点：全混合动力车只是个别企业行为,为向新一代纯电动汽车方向跨越发展奠定技术基础特别是电池,大力发展微、小实用型纯电动汽车为突破口,大、中型车以纯电驱动的增程式为主要过渡车种,对十二五电动汽车发展路线的建议,电动汽车发展路径的正确选择，决定于：能否正确判断电池的水平和发展 不存偏见,燃油车,电动车,铅酸电池微型车,60Wh/kg140km65km/h,80Wh/kg180km80km/h,40Wh/kg100km50km/h,锂离子电池微型车,150Wh/kg 300km 100km/h

22、,90Wh/kg200km80km/h,增程式(纯电驱动)大客车/乘用车,150Wh/kg100km纯电动100km/h,2010 2015 2020 2025 2030,90Wh/kg60km纯电动100km/h,锂离子电池小轿车,150Wh/kg 240km 100km/h,300Wh/kg500km100km/h,90Wh/kg150km100km/h,?,总续驶里程决定于油箱的容量,内容,一、能源发展要求规模蓄电二、可再生能源蓄电技术的评述三、动力电池决定电动车的发展四、强烈呼吁加大电池发展力度,全面提升我国动力锂离子电池的生产技术水平，实现关键材料国产化，完善锂离子电池产业链；攻克电池模块成组技术，提高电池安全性；,四、强烈呼吁加大电池发展力度,治理铅污染的同时，支持铅酸电池技术进步，研制比能量60Wh/kg、长寿命高新技术铅酸电池；,研制电启动型燃油车(微混)用的铅炭电池，迅速形成铅炭电池和特种活性炭的产业化;,充分发挥镍氢电池安全、资源复用等优势，降低成本，推动在微小型和增程式电动汽车中的应用；,开展原创性研究，为5-10年后的纯电动汽车动力电池提供具有自主知识产权的核心技术。,谢谢！,