中國儲能網(wǎng)訊:8月9—10日,由中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應(yīng)用分會聯(lián)合中國電力工程顧問集團西北電力設(shè)計院有限公司、西安北大科技園、中國科學院電工研究所儲能技術(shù)組、深圳市科陸電子科技股份有限公司等單位聯(lián)合主辦“第二屆全國發(fā)電側(cè)儲能技術(shù)與應(yīng)用高層研討會”在陜西西安金磐酒店舉行。來自政府主管部門、能源監(jiān)管部門、行業(yè)專家、設(shè)計院、新能源發(fā)電業(yè)主單位、電力公司、系統(tǒng)集成商、項目承包商、投融資機構(gòu)等單位的260余位嘉賓出席了本次研討會。
主辦方邀請到銀隆新能源股份有限公司電池營銷總經(jīng)理謝墨就“鈦酸鋰電池在微電網(wǎng)優(yōu)化配置中的應(yīng)用”做主題報告,以下為其報告主要內(nèi)容。
謝墨
非常感謝組委會給我這個機會,讓我們探討一下鈦酸鋰電池在微網(wǎng)上的應(yīng)用。本來PPT中放了很多內(nèi)容,但見到今天很多專家比我們要專業(yè),所以我會跳過很多關(guān)于電力電子安全方面的內(nèi)容(我們不熟悉的領(lǐng)域),直接進入到我們比較了解的領(lǐng)域,謝謝。
電力安全、供電可靠性、改善電能質(zhì)量,大家講的非常仔細,我直接略過。我跳到這個PPT的位置,從電池開始講。鉛酸電池、磷酸鐵鋰和各種鋰電池都列在這里,先講鉛酸,它的優(yōu)缺點比較明顯,其成本和耐用性是非常好的,為什么退出市場?受制于出現(xiàn)了磷酸鐵鋰,磷酸鐵鋰是1997年美國德州發(fā)現(xiàn)的,它的循環(huán)不錯,早上還有一位專家提到過,有幾千次。這里解釋一下:國標要求的循環(huán)壽命是百分之百SOC,國內(nèi)常見水平是3000次而已,有人說做到5000次到8000次是沒有滿充滿放的數(shù)據(jù)。其次,它的安全性能還是不錯的。因為是橄欖石的結(jié)構(gòu)正極,熱失效的溫度比較高。材料環(huán)保和資源豐富是真正有能力挑戰(zhàn)鉛酸的地方,沒有重金屬,它的負極是石墨,正極是鐵、鋰、磷。它的缺陷主要是倍率性能一般,材料的壓實密度低,所需體積大。導(dǎo)電性能差,低溫度性能也一般。
講到這個地方的時候,我要離一下PPT的主題。有兩位專家提到的兩個問題,我發(fā)表一下我自己的看法。其中有一個關(guān)于鋰電池不同電壓下的安全性,我這里補充一點點,電池電壓確實跟它的安全有一定的相關(guān)性,一般情況下滿載荷的電壓要危險一些,因為電池高電壓情況下負極鑲嵌大量的單質(zhì)鋰,所以滿電的鋰電池比虧電的電池要危險。
會議現(xiàn)場
另外一個是安全性的問題,關(guān)于燃燒的問題,燃燒時候鋰離子電池存在不好撲滅的位置,我并不是反對用細水的方式,但鋰電池燃燒是屬于金屬燃燒,鋰離子是堿性金屬,用小水量的水撲滅并不算是非常理想的方式,可能隔絕空氣是非常重要的,降溫也重要,只是這兩者不好同時實現(xiàn)。
這一次主要講鈦酸鋰電池,全世界做鈦酸鋰電池的廠商并不多,為什么在這個會議上談鈦酸鋰電池,根本原因在于磷酸鐵鋰我們這不是頂級專家,雖然我們自己能做,但是有很多廠商做的不錯,而且比較好。鈦酸鋰電池我們自認為稍微多一點,我們才敢上臺講一講。
鈦酸鋰并不是用來替代磷酸鐵鋰和三元,它是負極材料,左側(cè)圖片可以看到其結(jié)構(gòu)是3D結(jié)構(gòu)尖晶石結(jié)構(gòu),納米級,體積變化率低。于是它有一個特點,滿充甚至過充狀態(tài)下沒有堆積活性鋰,在滿負荷狀態(tài)下最安全的(鋰電)是鈦酸鋰。
在這里講一下鈦酸鋰電池的特點,循環(huán)壽命長,倍率比較高。我們這邊還有一個特點,安全性能非常棒,微網(wǎng)很多時候是在很惡劣環(huán)境下進行工作,不安全,是很麻煩的。
而且鈦酸鋰電池低溫充電非常不錯,注意,是充,不只是放。
高倍率性能,鈦酸鋰電池可以很輕松使用到5C到10C的充電,只要線纜足夠粗,供放電系統(tǒng)功率足夠大,可以在5、6分鐘把一組電池充滿。雖然受限于結(jié)構(gòu),有些電池系統(tǒng)沒有能達到這么高(5~10C),但是不是電芯的問題,是個系統(tǒng)問題。磷酸鐵鋰效果也可以,做到一C充到2C放,經(jīng)過特殊設(shè)定的磷酸鐵鋰做到3C放。實際應(yīng)用,一般只是1C充放。
微網(wǎng)有一個特點,微網(wǎng)一般是離網(wǎng),負荷環(huán)境很多樣,有些還挺特殊。比如有一些邊緣的漁村和海島,以及高寒哨所微網(wǎng)供電等等。能量來源模式也很多,有時候使用風力、有時候使用光電、也有用柴油機的。因為其供應(yīng)方式多種多樣,比如使用風電時,充電就不會很穩(wěn)定,往往可能需要電池在瞬間承擔較大的電流。當然這個只是驟然增大的電流,并不是時時刻刻都大。除了充電,還有放電,比如一些特殊的工業(yè)負荷,瞬間幾分鐘把這個電用完。
注意這里,這是一個成熟案例,是3兆瓦的儲能系統(tǒng),選擇配1兆瓦電池,壽命也比較長,系統(tǒng)壽命在25年。和剛剛幾位同行的配法是不一樣的,同行們大都是1MW配2M、3MWh的電池,LTO是反過來的。
鈦酸鋰電池循環(huán)壽命長,迄今為止,商業(yè)化的二次電池中,沒有比這種鈦酸鋰更長的,我們的電池循環(huán)達到27000次,還有84%的容量。這兩塊電池還在試驗室里面,做了快4年了。有一些專家問,LTO這幾十年壽命是不是真的?我們要強調(diào),這是電化學壽命。磷酸鐵鋰電池也不錯,做到兩三千次。
為什么微網(wǎng)特別有用處?偏遠山區(qū),比如西藏和內(nèi)蒙古很偏遠的地方維修不太方便,在關(guān)鍵時候掉鏈子這些事情一旦發(fā)生會引起災(zāi)難性的損失,比如通信中斷和信號缺失,對國家安全都是有影響的。長循環(huán)壽命在交通不便,或是孤島、孤峰這種地方都是比較合適的。
從圖片可以看到,在很偏遠的地方,在沙漠里,島上和很難去人的地方一般用這種LTO會合適一點。風電和光電對它不構(gòu)成很大沖擊,因為電池耐受力還是足夠的。工作溫度的范圍廣,也是有一定意義的,環(huán)境比較特別的地區(qū)用電池越來越多,因為人口分布越來越平均,在饑寒地區(qū)有人類活動越來越多。我們比較保守的看,因為LTO可以在大多數(shù)極地環(huán)境下進行不需要外裝保護的充電,所以暫時這種情況下電池有不容易取代的優(yōu)勢。
安全性能優(yōu)異,前面領(lǐng)導(dǎo)和專家提的特別多的安全問題。鋰離子電池以鋰作為活性物質(zhì),鋰在正、負極之間進行搖擺的時候,負極側(cè)會還會成為單質(zhì)的狀態(tài)。只要鋰電池帶電,那么一旦鋰電池電化學結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)了氧、二氧化碳、水任意一種氣體??梢哉f除了氮之外,和所有大氣氣體都能夠發(fā)生反應(yīng)并產(chǎn)熱。所以鋰電池不安全來自于這里。我們又不可能不讓鋰電池帶電,頂多防一下過充,過充是在座各位特別注意的。一般我們用BMS進行管控,過充只是讓負極狀態(tài)變得更加夸張的突出,并不是唯一的不安全因素來源,鋰過多了,但是實際上不刺穿膜,依然是有危險存在的。一般情況下而言,碳基作為負極這種不安全因素是難以避開的,如果用鈦酸鋰電池作為負極,表面不會成單質(zhì)的狀態(tài),在過高電力下刺穿也沒有什么不安全因素,這是鈦酸鋰電池安全最重要的來源,這是原理上的優(yōu)勢。
電池在高壓電網(wǎng)上更是這樣的,去年山西那件事情影響比較大,大家應(yīng)該也都知道一些。我們在山西有一些自己項目在做,微網(wǎng)經(jīng)常處于比較極端的環(huán)境下,電池在極端環(huán)境下反復(fù)使用后安全性會變得更加糟糕,不受控因素更多。所以安全性能是我們可以推崇的地方。
這個數(shù)字大家看一下,覺得有點自相矛盾,就是這兩個位置,為什么出現(xiàn)3000、8000兩個數(shù)據(jù)?充放電深度百分之百在3000次,充放電80%是8000次。在這樣的情況下,我們算了一下,按照峰谷價差,如果磷酸鐵鋰不跑大幾千次的話,經(jīng)濟賬有點算不過來。鈦酸鋰電池經(jīng)濟賬已經(jīng)算過來了,因為循環(huán)比較長,問題是一次投資比較大,往往比價的時候被排除在外。享有國家補貼,特別是重補貼地區(qū)就比較舒服了。當然,特別軍用這種不在乎一次成本的領(lǐng)域,長期成本來看很低,所以這些領(lǐng)域選擇比較多。
主要內(nèi)容差不多講完了,最后我在這里支持一下一位專家的論點。儲能是否可以使用退役電池?我非常贊同那位專家提的觀點,儲能電池要求,特別是高壓儲能電池要求非常高,并不是傳說中可以隨便找個電池就行。電池難度在哪?在一致性上。電池一致性對串并影響很大,一致性差,串并后電壓就差太多。我們的經(jīng)驗,電壓高,電池就會更難做,電壓低的就會更容易。這是大概的,不是絕對的。一個車載系統(tǒng)往往只有600伏左右,有的只有100多伏,300多伏,大巴車上往往是570多伏,但是在儲能上750、1500V,甚至有一些大幾千伏。這種串并方式不可能是500伏的電池可以滿足的。我今天早上聽到一位專家提到,說的很對,梯次用在非常低壓上,但是不要指望用在正規(guī)電網(wǎng)側(cè)的儲能,這是我個人的觀點,僅供大家參考,謝謝。