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电池是储能技术的最佳选择吗?
  • 虽然如今用户采用储能技术存在多种选择,但在国际电工委员会(IEC)标准的帮助下,锂离子电池储能系统正在成为储存可再生能源电力的首选储能技术

    虽然如今用户采用储能技术存在多种选择,但在国际电工委员会(IEC)标准的帮助下,锂离子电池储能系统正在成为储存可再生能源电力的首选储能技术。
      
      风力发电或太阳能发电等可再生能源发电设施一直面临的问题是,在阳光或风力充足时的电力供应通常供过于求,但在太阳落山或风力减弱时可能导致电力短缺。克服可再生能源间歇性供电的方法是在电力供过于求时将其储存起来供以后使用,或者在电力需求峰值期间使用。
      
      各种储能技术被用来储存可再生能源,其中一种是抽水蓄能发电设施,这种储能系统的储能容量目前占全球储能容量的90%以上。抽水蓄能发电设施在控制电网的电压水平和维持电网电能质量方面发挥重要的作用,是一种历史悠久的储能技术,但它也有一些缺点:例如,抽水蓄能发电设施规模庞大而成本高昂,投资成本高得令人望而却步,而且有严格的地理要求。此外,抽水蓄能发电设施需要建在水资源丰富的山区。如果全球各地实现净零排放目标,就需要在几乎任何地方大规模部署储能系统。而IEC标准希望确保抽水蓄能发电设施安全高效。IEC技术委员会发布了一系列规定水力涡轮机和相关设备的标准,还发布了智能电网的核心标准,其关键的IEC61850标准规定了水力发电的重要作用,并帮助其在实现数字化和自动化的过程中与电网进行互操作。
      
      锂离子电池储能技术正在改进
      
      电池是另一种主要的储能技术,而锂离子电池是目前最受欢迎的储能技术。世界各地的公用事业公司都在使用超大型锂离子电池储能系统来存储电力并提供电力服务,装机容量范围为100MW到800MW。而在加利福尼亚州运营的莫斯兰汀电池储能系统是世界上规模最大的储能项目之一,其规模为750MW/3000MWh。
      
      在过去的几年,锂离子电池的价格已经大幅下降,而且能量密度越来越高。锂离子电池取得的这些进步是由汽车行业竞相为电动汽车制造更小、更便宜、更强大的锂电池所推动的。每块锂离子电池的电压约为3.6V,高于标准的镍镉电池和镍氢电池,甚至高于标准的碱性电池(约1.5V)和铅酸电池(约2V),因此在许多应用场景中可以减少电池的数量。锂离子电池遵循IECTC21标准,还有适用于电动汽车的二次锂离子电池的IEC62660系列标准。此外,国际电工委员会(IEC)发布了可再生能源储能系统的TC21标准,而IEC61427-1标准规定了离网应用的一般要求和测试方法。
      
      IEC61427-2标准也适用电池储能系统,但适用于并网应用,其电力来自大型风力发电设施和太阳能发电设施。TC21标准专家Herbert Giess说:“这些标准在很大程度上与电池储能系统无关,但它们使公用事业厂商或客户能够对比电池储能系统的性能,即使采用了不同的电池构建。”
      
      IECTC120标准是专门为发布电网集成储能系统(EES)领域的标准而设立的,以支持电网的要求。IEC技术委员会正在制定一项新标准IEC62933-5-4,该标准将规定锂电池储能系统的安全测试方法和程序。IECEE(IEC电工设备和部件合格评定体系)是国际电工委员会(IEC)管理的四个合格评定体系之一,以评估电池的安全性、组件互操作性、能效、电磁兼容性(EMC)以及有害物质测试方案。
      
      对电池安全和回收的担忧
      
      然而,锂电池储能系统也有一些缺点:锂离子电池的性能会随着时间的推移而降低,从而限制了储能容量。一旦电池报废,电池的回收以及所需的锂和钴的来源也面临一些问题和挑战,尤其是钴的供应难题。而锂离子回收是行业厂商正在考虑的一个主要问题。
      
      此外,锂离子电池具有易燃的缺点。2017年到2019年期间,韩国发生20多起锂离子电池储能系统火灾。虽然大多数确定了事故原因,通常是安装不当,但缺乏对锂离子电池相关风险的认识(包括热失控)也是一个主要原因。
      
      国际电工委员会(IEC)最近发布了一项新和标准IEC62933-44,该标准着眼于电池储能系统如何使用回收电池。该标准旨在“审查重复使用电池对环境可能产生的影响,并定义适当的要求。”
      
      新型电池技术
      
      其他电池技术也在不断涌现,其中包括固态电池。咨询机构IDTechEx公司声称,固态电池正在成为下一代电池技术竞赛中的领跑者。固态电池采用固态电解质(SSE)取代了易燃的液态电解质,从而提供了安全优势。固态电解质还开辟了使用不同阴极和阳极材料的道路,从而拓宽了电池设计的可能性。虽然一些固态电池采用的是锂离子电池的工作原理,但并非所有固态电池都遵循这一路径。但固态电池距离推出市场还有很长的路要走,即使它们在未来某个时刻看起来是一种很有前途的替代品。
      
      IDTechEx公司表示,采用固态电池面临一些挑战,其中包括高昂的资本支出、运营成本和定价。电池制造商必须提出明确的价值主张,才能获得市场的接受。只要固态电池能够提供所需的功能,即使它们含有少量的液体或凝胶聚合物,市场和客户也可能会接受。混合半固态电池可以提供一种过渡路线,提供更好的性能。在短期内,含有少量凝胶或液体的混合型固态电池能够提供更好的性能。可能会变得更加普遍。
      
      下一代电池的技术竞赛正在进行。虽然目前还没有针对这些新电池的标准,但预计会在市场需要时及时出现。
      
      编译:Harris
      
      

     

    虽然如今用户采用储能技术存在多种选择,但在国际电工委员会(IEC)标准的帮助下,锂离子电池储能系统正在成为储存可再生能源电力的首选储能技术