《储能技术经济性研究取得新进展》

  • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
  • 编译者: guokm
  • 发布时间:2020-06-03
  • 储能技术可以提高常规电力系统运行效率、安全性、经济性和可再生能源的利用效率。储能电站能够对电力系统起到多重作用,并产生多种复杂的价值流,但是,目前关于电力储能的评价方法仍以成本-效益评价为主,将储能电站孤立出来研究经济性,忽略其多重作用和多种价值的特性。缺少合理的评价方法是导致我国目前储能商业模式不清晰、储能政策缺失的主要原因之一。

      针对该问题,储能研发中心研究团队开展了我国电力体制下的储能在中长时间尺度的作用、价值和经济性研究,能够更准确地揭示储能在电力系统中的贡献,为我国储能商业模型的选择以及政策制定提供参考。

      研究人员采用最优潮流模型构建了电力生产和传输的燃煤消耗、启动与停机、环境保护、旋转备用、热备用、深度调峰、启停调峰和电力传输损耗等各项成本,建立了储能电站的运行和辅助服务能力约束模型,提出了采用对比法分析了储能电站在电力价值链中的分布情况。图1对比了电力储能在典型省份中的贡献分布,由图可见,电力储能的主要贡献在于缩减火电机组的燃料成本和启停成本。通过典型案例研究发现,电力储能在广东省的贡献最高,吉林省次之;甘肃省、河北省和湖南省产生的贡献较为相近;在江苏省产生的贡献最小。

      进一步分析了储能电站在国内现行的不同电价机制下的经济性。研究结果表明,在两部制电价下,储能电站在多数省份都有较好的经济性;而仅采用分时电价下,仅有江苏和湖南两个省份建设的储能电站经济可行。

      综上可见,在当前的调度方法和补偿机制下,中国大多数省份的储能电站收益均低于其带来的真实贡献。因此,基于全部贡献驱动的电价机制,从全电网生产成本缩减的角度来给予电力储能补偿,将储能带来的好处归于储能电站,该电价机制较传统电价机制更加能够促使储能技术在电力生产和传输等环节发挥其应有的作用,进而促进储能技术与产业发展。

      研究人员认为,储能在短时间尺度内的作用(如电网频率调节、电压和无功支持等)并未考虑在上述研究中,因此仍需进一步开展相关研究,建立更加完善的储能贡献评价体系。

      以上研究成果发表在Journal of Thermal Science上。该项研究工作获得了国家重点研发计划项目(2017YFB0903605)和中国科学院清洁能源先导科技专项项目(XDA21070200)等支持。

相关报告
  • 《太阳能热化学分布式供能关键技术取得新进展》

    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2018-10-09
    • 分布式能源系统具有高效、环保、经济、可靠和灵活等特点,能够实现清洁能源的就地利用和消纳,对于节能减排具有重要意义。分布式能源系统直接面向用户需求,与大电网配合,可有效降低电力负荷波动对大电网的影响,减少发生停电事故对用户的影响;对于边防、海岛等能源供应困难地区,多能源互补的分布式能源是解决其能源保障问题的重要手段。可再生能源作为未来能源系统的重要构成,适合通过多能互补分布式供能系统进行利用,可以克服可再生能源分散、不稳定等利用难点。多能源互补的分布式能源系统满足国家能源结构调整与节能减排的战略需求,也是集中式供能系统的有益补充。   中国科学院工程热物理研究所分布式供能与可再生能源实验室团队针对多能互补分布式供能开展了系统高效集成、太阳能热化学燃料转化、富氢燃料动力发电、储能与系统调控等关键技术攻关,先后取得一系列重要成果。基于“品位对口、梯级利用”科学用能思想,开展了太阳能与清洁燃料热化学互补系统的高效集成关键技术研究,发展了基于中低温太阳能热化学转化耦合化学回热的分布式供能系统,实现了太阳能及动力余热的高效互补利用。针对太阳能热化学燃料转化过程,构建了多物理场耦合模型,开展了太阳能热化学吸收/反应器结构及运行调控策略的优化分析,旨在提升太阳能热化学吸收/反应器的运行性能。针对太阳能燃料(富氢燃料)的高效利用,开展了富氢燃料发电技术研究,研究富氢燃料发动机的变工况性能,提升了太阳能燃料动力发电的安全可靠性。针对现有分布式供能技术中动力排烟余热驱动吸收式制冷利用过程中存在的温度断层,提出了基于化学回热的高效余热回收形式,实现动力余热到高品位燃料化学能的转化,减小余热回收过程中的不可逆损失。针对太阳能输入与用户负荷不匹配的问题,构建了储能与系统变工况调控模型,研究太阳能辐照强度和负荷变化条件下系统的调控方法,分析了化学储能与物理储能方式对系统变工况性能的调控效果及性能提升机理,优化双储能单元的调控及互补运行策略,旨在提升集成太阳能分布式供能系统的运行稳定性及可靠性。研究团队在廊坊研发中心太阳能热化学发电实验平台中开展了热化学转化、动力发电及变工况调控等关键技术的实验研究工作,对相关模型及调控策略进行了实验验证,均达到了预期目标。   研究团队提出的太阳能热化学分布式供能系统,集成太阳能热化学燃料转化、化学回热、富氢动力与储能等关键过程。聚光太阳热能及动力余热分别经由一体化太阳能热化学/吸收反应器和固定床反应器驱动热化学燃料转化反应,转化为高品位富氢燃料化学能,并进行高密度、稳定存储,实现了太阳能及动力余热的高效利用。其中,太阳能净发电效率达20%以上,系统能源利用率达80%以上。通过对太阳能热化学分布式供能关键技术的研发,克服太阳能低密度、间歇性、不稳定的固有缺点,突破动力余热回收温度断层、不可逆损失大的局限,攻克太阳能热化学燃料转化、富氢动力发电及变工况调控等一系列从设计到优化、从理论到应用的技术难关,形成了具有自主知识产权的太阳能热化学分布式供能集成方法与关键技术,获得20余项国际和国家发明专利,并获中国优秀专利奖、还发表多篇高质量学术论文。中国科学院工程热物理研究所在太阳能热化学分布式供能系统中取得的关键技术进展,有助于推动多能互补分布式供能系统及余热梯级回收利用的发展,为多能互补分布式供能系统应用提供可靠、先进的技术途径。
  • 《深圳先进院水系锌离子储能器件研究取得新进展》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2020-08-11
    • 近日,中国科学院深圳先进技术研究院集成所功能薄膜材料研究中心唐永炳研究员及其团队联合重庆理工大学周志明教授,采用原位两步活化策略制备了一种分级多孔碳正极材料,基于该材料的水系锌离子杂化电池表现出优异的电化学储能性能。相关研究成果In Situ Two-Step Activation Strategy Boosting Hierarchical Porous Carbon Cathode for an Aqueous Zn-Based Hybrid Energy Storage Device with High Capacity and Ultra-Long Cycling Life在线发表于国际著名期刊Small上(DOI: 10.1002/smll.202003174,IF: 11.459)。 锂资源储量有限且分布不均,促使基于储量丰富的非锂碱(土)金属离子的新型储能器件的研究发展。考虑到水系电解液的高安全性、低成本,以及锌具有环境友好、与水溶液良好的兼容性、高的理论比容量等优点,开发水系锌离子杂化储能器件受到了广泛关注。然而,由于活性碳正极材料的比容量较低,从而限制了水系锌离子杂化储能器件的发展。 鉴于此,唐永炳研究员及其团队成员刘齐荣博士、周小燕等考虑到活性碳材料储存离子的能力依赖于其多孔结构,提出了一种原位两步活化策略,设计了一种具有合理微孔/介孔孔径分布的分级多孔碳材料(HPAC)。该策略一方面有效控制了孔结构及孔径分布,另一方面增强了结构稳定性,并且具有超高的比表面积,与锌负极组装成的水系锌离子杂化储能器件表现出高比容量(231 mAh g-1@0.5A g-1)、优异的倍率性能(119 mAh g-1@20 A g-1)以及长循环寿命(18000次循环容量保持率~70%)。该研究工作对开发环境友好、低成本以及高安全的储能器件具有重要借鉴意义。 该系列研究工作得到了广东省重点专项、国家自然基金、广东省、深圳市等科技项目资助。 水系锌离子杂化储能器件工作原理示意图(a)以及对应充放电曲线(b),充放电过程中的原位Raman谱(c),与其它杂化储能器件的倍率性能对比(d),与其它水系锌离子储能器件的性能对比(e)