2017國際儲能峰會——鈉硫電池在微電網中的應用

2017年3月29-31日，由德國杜塞爾多夫展覽（上海）有限公司主辦，智慧能源產業技術創新戰略聯盟聯合主辦的「國際儲能峰會2017暨國際儲能技術與應用展覽會Energy Storage China」(簡稱ESC）在北京皇家大飯店和國際展覽中心（老館）成功舉辦！

3月30日-31日, 國際儲能峰會以「引領下一代能源系統「為主題在北京皇家大飯店連續召開了7個分論壇，分論壇議題聚焦「國際國內最新儲能政策和市場」、「儲能在售配電改革中的創新與應用」、「儲能與電動汽車」、「全球儲能市場更新」、「前沿的儲能創新技術」、「微電網及儲能創新技術」、「儲能系統與光伏微網/光熱發電/風能綜合利用」、「能源商業模式和金融服務」等熱點話題。峰會現場非常火爆，邀請到120餘位海內外演講嘉賓針對具有高關注度的話題展開研討，吸引了近500名參會嘉賓到場聽會，現場50多家重點媒體對本屆盛會進行了實況報道。

主題演講

分論壇六：微電網及儲能創新技術

主題演講：鈉硫電池在微電網中的應用

北京愛索能源科技股份有限公司智慧能源事業部銷售總監 白恩全 先生

演講內容速記：

白恩全：非常感謝大家，我希望今天聽了我的介紹之後，因為儲能技術有很多種，希望大家至少了解一種——鈉硫電池。今天我的彙報將圍繞鈉硫電池分四個方面分享給大家，首先是介紹一下鈉硫電池五十多年的發展歷程，以及鈉硫電池在全球大規模儲能建設中的裝機分佈情況。第二是鈉硫電池的原理與特長，第三是鈉硫電池的電力系統中的應用，第四是國內首個鈉硫電池儲能電站。

首先，1967年美國伏特公司發現了鈉硫電池原理，1971年-1976年該項技術在美國、歐洲、日本同期進行研發。在日本政府主導的電動汽車項目中，鈉硫電池備受關注。日本NGK公司與東京電力公司於1984年聯合研發鈉硫電池技術，1989年設計出單電池，1991年電池模塊問世，1997年開始全面測試評估。最早的鈉硫電池儲能電站的應用是在東京電力公司的一個變電站，大街在6MW的規模。2002年開始鈉硫電池開始全面的商業化運行。日本NGK公司是國際上鈉硫電池研製、發展和應用的標誌性機構。截止到2002年，在日本國內就已經有超過50餘座鈉硫電池儲能電站在國內示範運行。2002年9月在美國EP，也就是美國電力公司的主持之下，由日本NGK提供的鈉硫電池儲能電站開始在美國示範運行。2003年4月日本NGK公司開始面向國際大範圍的進行鈉硫電池的生產和供應。目前為止，全球已經有超過250餘座鈉硫電池儲能電站在投運當中。在全球大規模儲能電池的裝機結構可以看到，佔據第一位的還是鋰離子電池，鉛酸、鉛碳，佔40%。接下來就是鈉硫電池，佔38%。

這張圖是日本NGK鈉硫電池在全球的一個裝機分布圖。可以看到，已經覆蓋到了北美，包括美國、加拿大、歐洲、德國、義大利，還有中東的一些地區。日本NGK鈉硫電池儲能系統可以說是在電網規模的電池系統中全球領先者，累計經驗已經超過所有其他的電網級規模的電池儲能系統。從時間上看，裝機時間系統裝機已經超過20年。現在的總裝機大約是530兆瓦，約合3700MWH。NGK衝刺的年生產能力大概在150MW，約合1GW/時。鈉硫電池採用鈉和硫作為電池的正極和負極，貝塔氧化鋯陶瓷同時起到電解質和隔膜的相互作用。在一定工作溫度的情況下，鈉離子通過電解質隔膜與硫可能的化學反應，形成能量的存儲釋放。這就是鈉硫電池原理。可以看到，鈉硫電池僅使用普通材料鈉和硫，沒有使用任何貴金屬材料。貝塔氧化硫陶瓷是鈉硫電池一個關鍵技術，其質量很大程度上影響著鈉硫電池的性能和壽命，因此它必須具有非常高的一個鋰子電導率，長的時間壽命，一切都對陶瓷鋯的技術提出了很高的要求。

鈉硫電池作為大規模儲能有哪些特長呢？首先是使用壽命長，持續時間長。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，並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，由於系統幾十年的累計經驗，鈉硫電池已被現場認證，在基於單個模塊下的可靠性可以達到99%，基於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。從它的分佈也可以看到，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於阿聯酋阿布扎比這樣一個赤道地區。

這張圖顯示的是鈉硫電池單電池的優秀長期穩定性，測試模塊是從1991年開始運行，測試運行2640。在2009年增加新模塊在運行測試，超過1600次，總模塊超過4500次，約合14.2年。實驗證明，鈉硫電池在壽命末期放電能量超過額定放電能量，放電能量的衰減為初始額定發電能量的10%以內。152個單電池構成電池模塊，電池模塊構成標準的二尺集裝箱200KV。看到所有的電化學電池都涉及到安全問題，鈉硫電池也是採取了非常完善的措施來防止安全事故的發生。可以看到，圍繞每個單電池周圍是高密度的防火板，單電池的燃燒實驗，周圍的單電池都沒有受到影響。在實驗表明，在最壞的情況下單電池即使燃燒，跟高密度的防火板有效的防止火勢蔓延。日本火災災害管理機構對鈉硫電池安全進行了一個指導。右邊所有這些安全測試都是由日本危險物品安全機構協會在現場見證，見證的實驗手段和結果成功。

談到電網，大家都知道從上到下有四個方面，發電、輸電、配電、用電，再加上（離島）電網和微電網。鈉硫電池已經被證實在每個環節都有與之相適應的作用。在發電側包括可再生能源穩定、調峰調頻、輸電側、配電側、輔助服務、投資延期。用電側可能能動性沒有那麼大，削峰填谷，備用電源彈性應用，存儲本地電能發電，它也是必不可少的一個重要部分。鈉硫電池可以吸收可再生能源波動。比如說在太陽能發電和風力發電的非高峰時段，鈉硫電池可以提供6-8小時長期穩定的電池供應。因為一個鈉硫電池系統可以提供額外的6-8小時的穩定電力供應，所以對於一個化石峰值的電場起到了綠色環保的作用。同一套鈉硫電池系統還可以起到高峰時段和非高峰時段錯峰的速率。在輸電側和配電側，我們都知道供需不平衡可以導致頻率的波動，鈉硫電池可以通過高速響應性，可以最大程度的減小波動。鈉硫電池還可以起到延期或者是消除輸電和配電升級的需求。安放在負荷側附近的鈉硫電池，在負荷輕的時候，鈉硫電池可以通過充電把電能引入到輸電受限制的區域。在負荷高的情況下，鈉硫電池可以通過放電可以為滿負荷的電網提供額外的容量。用電側鈉硫電池可以通過簡單的設置峰值和臨近值的程度，避免減少客戶在高峰使用，用戶通過這樣可以減少需求的費用。同時如果發生電網的斷電，鈉硫電池對於關鍵的負荷可以提供長期穩定的6-8小時的供電，起到電網安全的作用。隨著太陽能成本的不斷下降，用戶對太陽能進行廣泛的部署。鈉硫電池可以通過時間平移把白天富庶的電量移到晚上使用，可以很大程度的減少用戶對電網電能的需求，不是通過太陽能發電、調頻還是減少費用需求，都是可以最大程度減少用戶的用電成本。對於微電網的一個遙遠電網，鈉硫電池可以起到電網所有功能的作用，這些功能包括支持高水平的可再生能源發電、時間平移、穩定可再生能源發電、調節頻率，防止以外事故發生的頻率，基本上電網所起的功能鈉硫電池都可以起到。

接下來介紹一下光伏過剩發電削峰填谷的項目。項目業主是日本的九州電力公司，這個項目也是被日本資源和能源廳評為大規模儲能電池改善供需的穩定性示範工程。項目的輸出功率是50MW，容量是300MWH。在高部署的光伏發電中午的時候，把中午的電存起來晚上使用，同時可以提供多樣的支持，起到平滑可再生能源間歇性的這樣一個作用。可以從圖中看出，電站大概佔14200平方米，由252個集裝箱電池組成。電力位置靠近海邊，可以說鈉硫電池的穩定性和安全性對於潮濕惡劣的海島環境基本無事。這個項目為物阿聯酋阿布扎比，業主是阿布扎比水電局，業主也是因為這個項目獲得了2015年安全能源獎。這個項目一共是108MW，鈉硫電池系統分佈在各個子變電站中，統一接入管理系統中，既起到了電網級規模的需求側管理作用。

北京蟹島，位於機場高速附近，是一個旅遊大區。有蟹島湖、農田產業基本的功能。該項目已經著手備貨，計劃在今年上半年完成。項目規模是功率在600千瓦，容量是360MWH。北京蟹島作為一個旅遊渡假村發展儲能是有利於削峰填谷，節約費用。同時，可以起到保證用電安全的作用。最重要的是他作為一個用電大戶，一個峰谷電價差就可以給他帶來很高的利用。這是全年用電情況，蟹島去年全年用電大概在1049萬度，尖電用戶發電量總共約450萬度，峰谷點差在1.1元左右，所以每年有450萬左右的利潤空間。北京蟹島也是一個新能源電力的進行者，園區內在建和已經完成的屋頂光伏，包括湖面光伏4MW。根據北京市的電力發電政策是自發自用上網，也就是說在同一時段發售電量，如果用掉的話再抵扣相應的電價，如果用不掉的可以按上網0.32元賣給電網。如果我們把用不掉的電換成電池引入，在平電價或者晚高峰的時候放掉，每一度電最高可以有0.8元額外的利潤差。

愛索能源公司已經與NGK達成戰略合作協議，共同開發國內的儲能市場。鈉硫電池也會在國內的進行生產化，未來我們成本會更進一步降低。

今天我的分享就這些。謝謝大家！

以上內容均來自國際儲能峰會現場主題演講速記稿。