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钠硫电池在电力能源储能系统的应用

来源:小鱼儿玄机2站  日期:2019-04-16 20:18  浏览量:

  钠硫电池在电力能源储能系统的应用。满足大规模储能要求的蓄电池主要有4种,分别是钠硫电池(NaS)、铅酸电池(LA)、氧化还原矾电池(VRB)和锌溴电池(ZnBr)。钠硫电池能量高、寿命长,是大型可再生能源储能、电网负荷平定和大功率应急电源的首选电池。随着国内钠硫电池本体性能和保温箱模块集成技术的不断提高,一旦实现商业化,则大型电力储能项目会在短时间内迅速增加。

  钠硫电池:通常情况下,钠硫电池由正极、负极、电解质、隔膜和外壳组成,与一般二次电池(铅酸电池、镍镉电池等)不同,钠硫电池是由熔融电极和固体电解质组成,负极的活性物质为熔融金属钠,正极活性物质为液态硫和多硫化钠熔盐。钠硫电池(NaS)作为一种新型化学电源,自问世以来已有了很大发展。钠硫电池体积小、容量大、寿命长、效率高,在电力储能中广泛应用于削峰填谷、应急电源、风力发电等储能方面。

钠硫电池.png

  钠硫电池在电力能源储能系统的应用

  第一种是用于变电站负荷平定(包括削峰填谷);

  第二种是用于可再生能源发电系统,主要是平抑间歇式能源对电网的冲击,起到稳定电网的作用;

  第三种是辅助备用,起到旋转备用和应急备用的功能。

  目前NGK的钠硫电池已经成功地应用于城市电网的储能中,有200余座500kW以上功率的钠硫电池储能电站,日本等国家投入商业化示范运行,电站的能量效率达到80%以上。

  日前据悉,日本NGK公司生产部署的钠硫(NAS)电池储能系统在阿拉伯联合酋长国的首都阿布扎比大规模投入使用。该公司的电池储能系统部署在10个地点,总共15个储能系统,其总储能容量高达108MW/648MWh,每个储能系统能够存储6小时的电能。这些储能系统分别为12个4MW储能系统和3个20MW储能系统。虽然世界各地的许多电网规模电池储能项目目前正在使用锂离子电池,但在这种情况下,使用钠硫电池可以提供6小时储能出于推迟投资发电厂的强制性要求。

  此外,钠硫电池储能站还被应用于可再生能源发电的储能,对风力发电等的输出进行稳定。如在日本的八角岛,一座400kW的钠硫电池储能系统与500kW的风力发电系统配套,保证了风力发电输出的完全平稳,实现了与电网的安全对接。

  钠硫电池非常适用于大容量的使用——每天从100%充电状态到0%的全周期充电和放电,即达到了100%放电深度,这使得推迟投资发电厂成为可能。钠硫电池的使用寿命预计为15年,并且在此期间,不会出现系统级性能退化。

  为什么大规模储能选择钠离子电池?

  1.低廉的资源前驱体材料价廉易得,满足对规模供给和低价的需求;钠离子电池的配件相应的比锂离子电池要便宜,另外钠的化合物可以作为电极材料,这也是降成本的一个主要方向。

  2.高的倍率性能能够适应响应型储能和规模供电;储能设备需要满足间歇的大规模储能,近期钠离子电池研究证实钠离子电池具备高容量下长期循环的能力。

  3.工况要求低能够满足所有气候条件下应用,不完全依赖温度调节设备;

  4.可回收避免环境污染和资源浪费,实现回收再利用的闭环。

  钠硫电池的性能特点

  钠硫电池单体的比能量高,可大电流、高功率放电,无放电污染、无振动、低噪声,利于环境保护;

  钠硫电池的理论比能量高达760Wh/kg,没有自放电现象,放电效率几乎可达100%;

  单体的额定电压为2V,我国目前设计容量达到650Ah,功率120W以上;将多个单体电池组合后形成模块;

  模块的功率通常为几十千瓦,通过模块串联可以很容易达到兆瓦级,直接用于大型储能;

  钠硫电池循环充放电次数按300次/a(90%DOD)计算,其寿命可以达到15a左右;另外,其重量和体积仅为铅酸电池的1/5~1/3;

  钠硫电池的工作温度为290~360℃,要通过保温箱进行模块封装和集成。温控系统的好坏直接影响到钠硫电池的工作状态和寿命。

  总的来说,钠硫电池持续使用寿命大概在15年,它是电能存储最有效的一个方式,持续放电可以达到6.8小时。预防性的维护是最少的,并且可以针对部分集装箱进行维护,系统其他部分可以正常运行。高速响应,通过配备高速的储能双向逆变器响应时间可以达到毫秒级别,毫秒级别响应电网的存储和电网的命令。

  紧凑化,钠硫电池的比能量特别高,所以它可以安装在其他电池技术非常狭小的空间之内。高可靠性,由于系统几十年的累计经验,钠硫电池已被现场认证,在基于单个模块下的可靠性可以达到99%,基于整个系统的可靠性能达到更高。钠硫电池的安全性,经过几十年的经验,由日本NGK公司还有很多第三方机构进行的一个全面的验证评估。从它的分布也可以看到,拿来电池可以安全稳定的运行在,从加拿大寒冷的冬天到位于阿联酋阿布扎比这样一个赤道地区。

  钠硫电池发展现状和前景

  钠硫电池能量高、寿命长,是大型可再生能源储能、电网负荷平定和大功率应急电源的首选电池。目前,国内还没有建成钠硫储能电站。中科院硅酸盐所和上海电力公司合作开发的大容量储能钠硫电池还处于示范阶段,另外保温箱控制、模块集成、BMS和PCS技术成熟度在进一步提高中。

  国内电力储能市场巨大。按2010年国家电网对清洁能源做出的预计,到2020年,我国风电装机和太阳能发电装机将分别达到1.5亿kW和2000万kW,按20%的容量配置储能,仅可再生能源发电领域就有3400万kW的储能市场需求。如果1000万kW采用钠硫电池,按15元/W估算,产值可以达到1500亿元。随着国内钠硫电池本体性能和保温箱模块集成技术的不断提高,一旦实现商业化,则大型电力储能项目会在短时间内迅速增加。

  目前正在运行的风电用最大功率的34MW钠硫电池储能站及用于风电场的稳定输出中。钠硫电池有望使电价达到32美分/千瓦时,成为最经济最有前景的储能电池之一。

  以上就是钠硫电池在电力能源储能系统的应用,事实上,任何储能系统都是能量聚集系统,都存在安全隐患。由于采用陶瓷做固体隔膜,没有气体存在,因此不会爆炸。跟某些其他电池比起来,钠硫电池事故率很低。

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