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鈉硫電池在電力能源儲能系統的應用

來源:存能電氣  日期:2019-04-16 20:18  瀏覽量:

  鈉硫電池在電力能源儲能系統的應用。滿足大規模儲能要求的蓄電池主要有4種,分別是鈉硫電池(NaS)、鉛酸電池(LA)、氧化還原礬電池(VRB)和鋅溴電池(ZnBr)。鈉硫電池能量高、壽命長,是大型可再生能源儲能、電網負荷平定和大功率應急電源的首選電池。隨著國內鈉硫電池本體性能和保溫箱模塊集成技術的不斷提高,一旦實現商業化,則大型電力儲能項目會在短時間內迅速增加。

  鈉硫電池:通常情況下,鈉硫電池由正極、負極、電解質、隔膜和外殼組成,與一般二次電池(鉛酸電池、鎳鎘電池等)不同,鈉硫電池是由熔融電極和固體電解質組成,負極的活性物質為熔融金屬鈉,正極活性物質為液態硫和多硫化鈉熔鹽。鈉硫電池(NaS)作為一種新型化學電源,自問世以來已有了很大發展。鈉硫電池體積小、容量大、壽命長、效率高,在電力儲能中廣泛應用于削峰填谷、應急電源、風力發電等儲能方面。

鈉硫電池.png

  鈉硫電池在電力能源儲能系統的應用

  第一種是用于變電站負荷平定(包括削峰填谷);

  第二種是用于可再生能源發電系統,主要是平抑間歇式能源對電網的沖擊,起到穩定電網的作用;

  第三種是輔助備用,起到旋轉備用和應急備用的功能。

  目前NGK的鈉硫電池已經成功地應用于城市電網的儲能中,有200余座500kW以上功率的鈉硫電池儲能電站,日本等國家投入商業化示范運行,電站的能量效率達到80%以上。

  日前據悉,日本NGK公司生產部署的鈉硫(NAS)電池儲能系統在阿拉伯聯合酋長國的首都阿布扎比大規模投入使用。該公司的電池儲能系統部署在10個地點,總共15個儲能系統,其總儲能容量高達108MW/648MWh,每個儲能系統能夠存儲6小時的電能。這些儲能系統分別為12個4MW儲能系統和3個20MW儲能系統。雖然世界各地的許多電網規模電池儲能項目目前正在使用鋰離子電池,但在這種情況下,使用鈉硫電池可以提供6小時儲能出于推遲投資發電廠的強制性要求。

  此外,鈉硫電池儲能站還被應用于可再生能源發電的儲能,對風力發電等的輸出進行穩定。如在日本的八角島,一座400kW的鈉硫電池儲能系統與500kW的風力發電系統配套,保證了風力發電輸出的完全平穩,實現了與電網的安全對接。

  鈉硫電池非常適用于大容量的使用——每天從100%充電狀態到0%的全周期充電和放電,即達到了100%放電深度,這使得推遲投資發電廠成為可能。鈉硫電池的使用壽命預計為15年,并且在此期間,不會出現系統級性能退化。

  為什么大規模儲能選擇鈉離子電池?

  1.低廉的資源前驅體材料價廉易得,滿足對規模供給和低價的需求;鈉離子電池的配件相應的比鋰離子電池要便宜,另外鈉的化合物可以作為電極材料,這也是降成本的一個主要方向。

  2.高的倍率性能能夠適應響應型儲能和規模供電;儲能設備需要滿足間歇的大規模儲能,近期鈉離子電池研究證實鈉離子電池具備高容量下長期循環的能力。

  3.工況要求低能夠滿足所有氣候條件下應用,不完全依賴溫度調節設備;

  4.可回收避免環境污染和資源浪費,實現回收再利用的閉環。

  鈉硫電池的性能特點

  鈉硫電池單體的比能量高,可大電流、高功率放電,無放電污染、無振動、低噪聲,利于環境保護;

  鈉硫電池的理論比能量高達760Wh/kg,沒有自放電現象,放電效率幾乎可達100%;

  單體的額定電壓為2V,我國目前設計容量達到650Ah,功率120W以上;將多個單體電池組合后形成模塊;

  模塊的功率通常為幾十千瓦,通過模塊串聯可以很容易達到兆瓦級,直接用于大型儲能;

  鈉硫電池循環充放電次數按300次/a(90%DOD)計算,其壽命可以達到15a左右;另外,其重量和體積僅為鉛酸電池的1/5~1/3;

  鈉硫電池的工作溫度為290~360℃,要通過保溫箱進行模塊封裝和集成。溫控系統的好壞直接影響到鈉硫電池的工作狀態和壽命。

  總的來說,鈉硫電池持續使用壽命大概在15年,它是電能存儲最有效的一個方式,持續放電可以達到6.8小時。預防性的維護是最少的,并且可以針對部分集裝箱進行維護,系統其他部分可以正常運行。高速響應,通過配備高速的儲能雙向逆變器響應時間可以達到毫秒級別,毫秒級別響應電網的存儲和電網的命令。

  緊湊化,鈉硫電池的比能量特別高,所以它可以安裝在其他電池技術非常狹小的空間之內。高可靠性,由于系統幾十年的累計經驗,鈉硫電池已被現場認證,在基于單個模塊下的可靠性可以達到99%,基于整個系統的可靠性能達到更高。鈉硫電池的安全性,經過幾十年的經驗,由日本NGK公司還有很多第三方機構進行的一個全面的驗證評估。從它的分布也可以看到,拿來電池可以安全穩定的運行在,從加拿大寒冷的冬天到位于阿聯酋阿布扎比這樣一個赤道地區。

  鈉硫電池發展現狀和前景

  鈉硫電池能量高、壽命長,是大型可再生能源儲能、電網負荷平定和大功率應急電源的首選電池。目前,國內還沒有建成鈉硫儲能電站。中科院硅酸鹽所和上海電力公司合作開發的大容量儲能鈉硫電池還處于示范階段,另外保溫箱控制、模塊集成、BMS和PCS技術成熟度在進一步提高中。

  國內電力儲能市場巨大。按2010年國家電網對清潔能源做出的預計,到2020年,我國風電裝機和太陽能發電裝機將分別達到1.5億kW和2000萬kW,按20%的容量配置儲能,僅可再生能源發電領域就有3400萬kW的儲能市場需求。如果1000萬kW采用鈉硫電池,按15元/W估算,產值可以達到1500億元。隨著國內鈉硫電池本體性能和保溫箱模塊集成技術的不斷提高,一旦實現商業化,則大型電力儲能項目會在短時間內迅速增加。

  目前正在運行的風電用最大功率的34MW鈉硫電池儲能站及用于風電場的穩定輸出中。鈉硫電池有望使電價達到32美分/千瓦時,成為最經濟最有前景的儲能電池之一。

  以上就是鈉硫電池在電力能源儲能系統的應用,事實上,任何儲能系統都是能量聚集系統,都存在安全隱患。由于采用陶瓷做固體隔膜,沒有氣體存在,因此不會爆炸。跟某些其他電池比起來,鈉硫電池事故率很低。

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