杨裕生院士：规划储能技能的需求和开展对策

本文将规划储能按放电时刻的长短区分为三个时段，剖析了各时段储能的效果及其适用技能。提出规划储能技能展开的四条对策，概括出规划储能的八项要害技能，其间新提出“VG-2-G”计划，以赋能的甲醇、乙醇在增程式电动车上作长时段发电，汇集成超大功率处理电网因数日阴雨、静风气候引起的严峻缺电问题。(本文首要内容出自杨裕生院士在11月22日我国科技协会主办的储能研讨会上的讲话。)

完成“双碳”方针必需展开可再生动力，可再生动力发电的规划将不断地快速增加，构成全新的电网、动力网。为了用好不稳定、不当令的可再生动力，前进供电质量，根绝“弃风、弃光”现象，还要应对接连阴雨天、无风天可再生动力发电严峻缺乏的问题，必需储能来调理。

对规划储能技能的要求可以区分为三个层次：榜首层次是安全榜首，不安全则全部皆空；第二层次包含循环寿数长、造价低、能量转化功率高级与运转经济效益直接相关的方针；第三层次包含比能量、比功率、环境友爱、运用便利性、地舆适应性等应尽量前进的方针。

我国规划储能当今的主力是抽水蓄能，已建成的已超越3000万千瓦，在建的超越5000万千瓦，到2030年或许要到达1.2亿千瓦。抽水蓄能技能老练，设备完成了国产化；除了能量转化功率偏低外，其它功用可谓满意，值得注意的是单位造价逐年上升。

抽水蓄能之外的技能现在统称为新式储能技能，展开较快。其间，电化学储能技能已可在单站规划上与抽水蓄能到达比肩的水平！ 

按时段的储能需求及相应的技能

可以将储能时段区分为分钟级以内、一昼夜以内、一昼夜以上等三个时段，其相应的需求和适用的技能概括于下表。

新式储能建造周期短、出资少、调理灵敏、功率高、技能道路多元。其间，物理法的能量转化功率小于70%，有待前进。而电化学法本钱下降、规划可大、寿数够长，能量转化功率高，适用范围广，出路可期。

完善已在规划储能的三种电化学技能

1、铅炭电池——铅酸电池负极中增加特种多孔炭 

防化研讨院与杭州南都电源和江苏双登集团协作，并建立院士工作站，在我国最早研讨成功铅炭电池。工信部“强基工程”支撑了江苏双登和浙江南都，各构成了年产1GWh铅炭电池产能。发改委、工信部等部委又于2016年4月7日、2016年6月20日、2016年8月及2017年9月22日的四个文件中均曾鼓舞展开铅炭电池。

铅炭电池安全性高，在60%部分荷电态下充放电的寿数可达6000次，能量转化功率>85%，并且铅廉价，简单再生复用。经近些年政府主导、职业积极响应合作的整理，挑选了近90%的落后铅电池企业，工艺、设备前进很大，铅污染问题得到根本性的管理。

我国铅炭电池储能电站的总装机已超越1GWh，最大的单站容量300MWh；并为德国建了一座50MW/75MWh的电站，兼有电网调频和削峰填谷的功用。本年南都电源与美国德克萨斯州的大型光-储电站项目签定4GWh铅炭电池合同，8月起已按月分期供货。 

现在铅炭电池的比能量在35-40Wh/kg，部分荷电态下有用的仅20-25Wh/kg，应予前进。还要进一步前进循环寿数。

2、铬铁液流电池——最陈旧而勃发芳华的液流电池，具有安全性高、寿数长的特色。

该电池的正极溶液的活性物质为Fe+2/ Fe+3+ Cr+3，负极溶液为Cr+2/ Cr+3+ Fe+2，避免了两溶液成分互串引起的问题。

国家电投集团运用海归马志启博士的技能作工程开发，正在建厂预备批量出产。 

铬铁电池除电压较低外，功用全面优于全钒电池，比照状况见表。

铬铁液流电池的比能量约20Wh/kg，其电堆的比功率（决定于电极的电流密度）有待前进；此外，液流电池是一个电化工厂，要前进牢靠性；还要前进电堆的比功率。

3、锂离子电池

在电动汽车展开的带动下，锂离子电池技能前进很快，价格敏捷下降，能量转化功率> 90%，寿数延伸。其间磷酸铁锂电池的寿数达万次，电池单体比能量前进到180Wh/kg，在我国电化学储能中现占了首要方位。

LiFePO4中的氧捆绑在磷酸根中，不易产生助燃的氧，安全性比三元资料高些。但也产生焚烧、爆破。韩国储能电站用三元电池，至今已焚烧、爆破了32个电站；美国本乡及美国Tesla在澳大利亚建的锂离子电池储能电站也产生了焚烧事情。这类电池在充放电时温度都或许升高，所以电池内部“焚烧三要素”同在，一旦燃起，烧的是占电池重量20%的易燃有机电解液，极难熄灭。我国太原烧了两座电站，用的是三元锂离子电池。镇江、北京两座电站一烧一炸，用的是磷酸铁锂电池。锂离子电池的安全性堪忧

要前进锂离子电池的安全性；要操控储能电站的单站规划，以下降事端概率；还应建立储能电站强制保险规则，减缓出资人的后顾之虑。 

电动汽车的下岗电池堆积如山，有人提出在规划储能中梯次运用。再次正告：此做法太风险，切切不行选用！(可以“以大化小”、加以挑选、作涣散运用，但不行集合运用。为此，应该推广电池免焊接成组技能。)

要展开储能专用的安全水系电池

因为锂离子电池的性价比敏捷前进，促进我国主管部分在储能中也过火热衷于它，而忽视了电池的安全性。现实是好教师，它指出有必要改弦更张了。

几年来我曾再三提出，要为规划储能电站研发新式专用水系电池；要求：（1）安全和价格达铅炭电池水平，但比能量超越之；（2）寿数向液流电池看齐，但功率、便利性超越之。（3）比能量向锂离子电池挨近，但安全性超越之。即集三种电池的长处，避三种电池的缺乏，这是一个大难题！

近几年来国内、外报导了一些水系电池研讨，尚无抱负成果。

由表可见，比能量高的寿数短，寿数长的比能量低。两方针均高的没有呈现！ 

电池展开前史阐明，从一个新原理提出到实践运用，至少要经过10至15年的验证、改善、工程化才干产业化。主张主管部分加强战略眼光，尽早挑选支撑三、四个高安全性水系电池计划展开立异性研讨，以便在尽量短的时刻内做出一、两个合适规划储能的新电池来。 

长时段储能——储能于化学物质中

在向碳中和方针的跨进中，光伏和风能发电量将在电能供给中占有首要份量。为应对数日阴雨、静风气候引起的电网严峻缺电问题，现有的物理、电化学储能均已力不从心。所以有人倡议“氢能”--电解水制氢，储能于氢气中；可是，规划贮存氢气问题许多：设备贵，输运难，紧缩耗能高┅ ┅ 。有人倡议将氢气转成液氨，缓解贮存的难题；可是氨气紧缩成液体也耗能，压力容器贮存也不便利，并且有毒、有影响滋味。

以液态有机动力资料方式储能，具有体积小，本钱低，储运便利的长处。例如，电解水制成的氢气作为化工出产的质料，转化CO2为甲醇，在储能的一起又消除CO2；或许，直接电解复原CO2为甲醇，此法要研讨高效电极，以下降能耗。

太阳能还可以经过生物质（甜高粱、秸秆、陈粮）转化为乙醇。 

接下来的要害问题是，储于化学物质中的化学能怎么大规划、廉价、及时地转化为电能、持续若干天供全社会运用。今后火电厂不占重要重量，化学物质已无从当作燃煤来发电了。

氢能与华贵又娇气的质子交流膜燃料电池并无必然联系，它可有多种更廉价、更牢靠的用法，如内燃机、燃气轮机、SOFC等。所以不要夸张氢能和质子交流膜燃料电池的效果！在脚踏实地地比较全寿期的能效和经济效益后，将会认识到“氢能-燃料电池”该降降温！

运用甲醇、乙醇发电，如要预备若干亿千瓦的发电设备，专为应对偶尔产生的大规划电荒，在经济性上不合算，在实践上也不行行。为此，自己提出新处理计划“VG-2-G” ┅Vehicle Generators-to-Grid ，运用增程式电动车上的发电机送电到电网。

增程式电动车是在纯电动车上加装发电机，电池与发电机并联，比燃油车节油50%；可处理纯电动车的安全、路程、充电、电池寿数等焦虑，是电动车的展开方向。未来增程式电动车不烧油，而烧甲醇、乙醇等由太阳能转化来的燃料，是近零排放！到时如有4亿辆车，一半作必要的行进、一半搁置而发电，均匀每辆30kW，共可有发电功率60亿kW，可以充沛满意全社会用电需求而有余。 

现有“V-2-G”（Vehicle -to-Grid ）计划，是用纯电动车的电池贮存电网的电，必要时向电网送电，其所储电量毕竟有限，并且耗费电池的寿数。新计划“VG-2-G”的长处是，不设厂、不占地、出资少、不影响电池寿数、车主可得报答而有积极性。剩余的问题便是及时、活动式给发电车辆弥补液体燃料，这显然是不难处理的。

其实，“VG-2-G”计划还可用以处理电网尖峰缺电的困扰，革除为了一天内只要几十分钟的尖峰用电而化大价值建造运用功率不高的备用发电能力。这种用处或许比上述偶发的长时段大规划严峻缺电愈加频频、愈加急切，又更简单操作。电网部分可在增程式电动汽车展开到必定规划时先行试用，堆集经历。

小结

一、四条详细对策

安全榜首，全面要求；

区分时段，别离应对；

物化并重，各显其能；

完善现有，大力立异。

二、八项要害技能

持续兴修大型抽水蓄能电站；注重展开中小型抽水蓄能电站。

发挥其它物理储能技能在特定场合的效果，要前进能量功率。

铅炭电池是现在规划储能的首选电池，要前进比能量和寿数。

铬铁液流电池的功用全面优于全钒液流电池，要前进比功率。

锂离子电池要前进安全性，操控单站规划，要设强制保险制。

大力展开新式的高安全、长寿数、高比能水系蓄能专用电池。

长时段储能需将动力储于化学物质中；氢气最好转化为甲醇。

新提出“VG-2-G”计划以甲醇、乙醇作超大规划长时段发电。

三、 两个战略性行动

大力培育储能人才，加强立异力气。

遍及储能科学知识，发起全民节能。