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新电池正合电网需求

核心提示:公用事业机构需要廉价的,持久耐用的方法,来存储电厂生产的多余能量,特别是因为有间歇的电力,从太阳能和风电场添加到混合电网。不幸的是,现有电池用于电网级存储,不是太昂贵,就是不能持续所需的数千次循环,以便使它们具有成本效益。

  公用事业机构需要廉价的,持久耐用的方法,来存储电厂生产的多余能量,特别是因为有间歇的电力,从太阳能和风电场添加到混合电网。不幸的是,现有电池用于电网级存储,不是太昂贵,就是不能持续所需的数千次循环,以便使它们具有成本效益。

  一种新电池已经开发出来,开发者是匹兹堡(Pittsburgh)的阿奎恩能量公司(Aquion Energy),他们使用简单的化学反应,就是一种水性电解液和丰富的材料,如钠和锰,而且预期成本为每千瓦时存储容量300美元,不到锂离子电池使用成本的三分之一。第三方测试表明,阿奎恩的电池可以持续5000次以上的充放电循环,而且有超过85%的效率。

  公司已获得3000万美元的风险资本,以加快制造它的钠离子电池(sodium-ion batteries)。这项新技术可能是最便宜的方式,可以存储大量能量,让电网可以使用电池,杰伊?惠特克(Jay Whitacre)说,他是公司的创始人兼首席技术官。

  阿奎恩公司的电池使用活性炭阳极和钠锰基阴极。一种水性电解液在两个电极之间传输钠离子,进行充电和放电。原理类似锂离子,但钠离子更丰富,因此使用更便宜。与溶剂型电解质相比,水性电解质更容易使用,也更便宜。更妙的是,这些材料都是无毒的,电池100%可回收,惠特克说。

  下一步是这项技术的电网级测试。阿奎恩公司已经开始装运预生产的电池原型,运送到离网型太阳能电力公司。下个月,一个1000伏的模块会运送到荷兰电工材料协会(KEMA),这是荷兰的一家能源咨询和检测公司,在费城(Philadelphia)外有一套设施。

  公用事业公司使用存储的能量,满足使用高峰期间的电力需求,这种做法称为调峰(peak shaving),有助于保持电网的可靠性和效率,并降低电价。惠特克说,阿奎恩电池的设计就是为了这些电网应用。他说,“这非常非常适合离网太阳能和风能支持,也适合调峰。这是两种非常不同的应用,而我们的电池已证明对两种都有效。”

  约翰?米勒(John Miller)是电化学电容器专家,也是咨询公司JME公司总裁,这家公司在俄亥俄(Ohio)榭柯高地(Shaker Heights),他说,阿奎恩公司的电池可能是最便宜的,有各种电池技术争先恐后地提供电网存储。他以此对比当今最常见的电网存储技术,就是抽水蓄电,这占95%的公用事业级储能。抽水蓄电要在电力需求低的时候,把水升到高处,在高峰期间放水通过涡轮机。然而,这受到地质和空间的限制,而且抽水蓄电系统需要多年时间,花费数百万美元才能建成。公用事业公司现在开始考虑电池,因为它们几个月就可以交付,而且原则上可以放置在任何地方。

  “铅酸更是太昂贵了,”米勒说。“阿奎恩公司的技术正在到达抽蓄电的成本范围,就是每千瓦时两美分(在系统的使用寿命期间)。他们是独到的,我会说,这非常有希望用于电网存储。”

  到目前为止,没有现成技术能够满足所有电网的储能要求,哈雷西?卡玛斯(Haresh Kamath)说,他是电力研究院(Electric Power Research Institute)能量储存项目经理。“每种技术都有不同的最有效点”,在成本,安全性,可靠性,寿命和效率方面,都是这样,他说。

  有一些电力公司使用铅酸电池和钠硫电池,用于电网存储。铅酸电池便宜,但只有500-1000个循环,而钠硫电池很昂贵,每千瓦时达1000美元。其他新兴技术,锂离子电池,地上压缩空气存储,以及流体电池(flow batteries),仍然十分昂贵,而且未经证实。

  电网蓄电池技术也“必须即插即用,而且不需要大量的安装,”阿里?诺莱(Ali Nourai)说,他是荷兰电工材料协会执行顾问。阿奎恩公司的电池可能也有缺点,就是大而笨重,就和铅酸电池一样,诺莱说,但是,它们成本低,循环寿命长,就弥补了这一点。“用于电网存储,最大障碍是成本,而阿奎恩公司在此占了上风,”他说。“如果价格合适,人们会容忍低效率和高重量。”

  卡玛斯说,钠离子电池是一项有趣的新技术,但电网级演示将辨明,它所具备的,是否是公用事业公司正在寻找的。“与任何其他技术不同,这是一项非常早期阶段的技术,我们不知道它能做什么,”他说。“原则上说,它看起来是非常有前途的,这就是为什么,这个行业有很多人对此感到兴奋,但是,这些承诺是否能兑现,还有待观察。”

  尽管如此,惠特克对阿奎恩公司还是有雄心勃勃的计划。这家公司正在制作35瓦时的组件,是模块化的,在它的研发设施中可堆叠。明年,这家公司希望,在这个工厂生产多兆瓦时值的电池,推出它的第一款商业化产品,并破土动工,修建一座500兆瓦时产能的工厂。

 
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