中國儲能網訊：2017年4月24-26日，第七屆中國國際儲能大會在蘇州香格里拉酒店召開。大會期間，由中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應用分會主辦，恩力能源科技有限公司、盾石磁能科技有限責任公司、葛洲壩中科儲能技術有限公司支持的“先進儲能技術專場”于4月26日下午成功舉辦。會議共邀請8位專家分享最新研究成果，主要內容如下：
中國科學院電工研究所儲能技術研究組組長，教授 陳永翀（主持人）
主持人：大家下午好，我是中國科學院電工研究所陳永翀，很榮幸今天下午為大家服務。這個會場是先進儲能技術，我們的報告會非常的豐富、精彩。下面我們就開始今天下午的報告，第一位發(fā)言人是中國科學院上海硅酸鹽研究所研究員溫兆銀老師，我們掌聲有請溫老師作報告。
中國科學院上海硅酸鹽研究所研究員 溫兆銀
溫兆銀：謝謝陳老師的介紹，也非常感謝組委會的邀請。我看上午的會議是非常的熱鬧，我不敢說這個豐富精彩，但是我想今天下午這個會場應該是豐富多彩，我看了幾乎是沒有一個方向是相同的，基本上是除了鋰電池以外的主要的其他一些儲能的技術在這里交流，我也希望鈉電池的技術能夠得到大家的關注。
我這個報告主要分為簡單的背景介紹與鈉電池體系的介紹，還有鈉電池現在的現狀以及我們開展的一些研究工作。剛才陳老師介紹在我們實驗室除了研究鈉電池還有鋰電池，實際上我們鋰電池針對一些前端性的方向也是開展了大量的的工作。在鈉電池方面我們更多關注的是像這個鈉硫電池、鈉鎳電池這些。目前我們和很多企業(yè)在合作，包括美國的Corning還有我們國內的一些汽車集團等等。我們在固態(tài)離子學領域開展我們的工作，就是研究固體物質中間離子運動規(guī)律的一個領域，固態(tài)離子學實際上是包括鋰電池還有更多的電池體系以及燃料電池研究的技術科學領域。實際上這兩天大家一直在討論儲能的問題，我們看看儲能這個應用是非常廣泛的，從我們的發(fā)電、配電到輸電到最后我們的用戶，甚至我們把電動汽車都跟儲能結合起來了。當然，儲能非常重要，但是儲能再重要，我們來看看這么多年中間，差不多快10年前我們討論智能電網，到現在真正我們的儲能技術或者說我們集中在電化學儲能上的應用體量還是非常有限，甚至我們碰到很多瓶頸的問題。我感覺目前儲能應用的突破口實際上是在我們的可再生能源，實際上是以光伏和風力發(fā)電為代表的可再生能源，它們的快速發(fā)展結合我們技術的推動。盡管儲能技術大家都叫得非常響，但是它沒有得到更大規(guī)模的應用，有很多因素。鈉電池是非常重要的儲能技術，這么多的儲能電池和技術之間鈉電池是非常特殊的一個群體，所謂的鈉電池其中一定含有鈉元素。也是2015年美國對這個儲能技術的預測，我們看右邊這張圖，他們的預測是鋰電池是占據第一位，第二位是液流電池，還有就是鈉鹽電池，還有我們的鉛酸電池，或者以制氫的形式進行儲能也被未來看好。
這個圖可以在網上搜到，就是全球十大電網級電池儲能系統(tǒng)，我把這三項拉紅了。第一項就是在日本豐前蓄電變電站，這個規(guī)模是50兆瓦，可以持續(xù)工作60小時，不僅功率大，而且容量大。在六所村風電場這個36兆瓦，可以連續(xù)工作62小時。還有加拿大這個風能研究所的鈉鹽電池項目，規(guī)模達到10兆瓦，這三個系統(tǒng)都是含有金屬鈉的。過去幾年時間鈉電池研究也非常熱，其追一個原因是因為金屬鋁的匱乏，或者大家認為它的資源有限。所以關于鈉電池的研究一下子就變得很熱，我們來看看幾種典型的鈉的電池，鈉硫電池已經有非常大的市場了，早上大家也聽到介紹了，鈉硫電池目前在全球超過300多兆瓦這樣一個系統(tǒng)在運行，其實它的能量遠遠大于我們現在在運行的這個鋰電池的儲能系統(tǒng)。這個電池最大的特點是能量密度高、功率密度大、效率高，效率超過85%，甚至接近90%。這個電池當然有它的問題，關鍵就技術難度非常大，所以從事這個電池研究的非常少，另外它有一定的安全隱患。另外來說它相對成熟，而且已經實現了規(guī)?；瘧谩＿€有就是ZEBRA電池，它的優(yōu)點就是安全、能量密度高、效率高，能量密度在120到150。目前技術的基本成熟，在應用的初期。這個鈉的資源問題是大家非常關注的，鈉的化合物只是鋁的化合物的幾十分之一。鈉硫電池和鈉氯化物電池的特定是什么呢？就是沒有自放電，另外效率非常高。這兩種電池是我們在固態(tài)離子學上非常經典的兩個電池體系，這兩個電池在大容量，特別是鈉氯化物電池的安全性受到特別的關注。
這是鈉硫電池目前的商業(yè)應用情況，目前真正有成熟技術的還是日本的NGK公司，已經有250座以上的電站在運行中，年產能150MW，可連續(xù)工作最長7.2小時，最大的在運行系統(tǒng)為50MW，2020年目標是23000日元/KWh。目前這個在風電上最大的體系就是在日本這個Rokkasho風電長，51MW的風電長，鈉硫電池是34MW，245MWh由172MW電站組成。左下角這張圖就是在它的接入以后使整個風電的輸出得到了非常高水平的穩(wěn)定，這個風電可以說利用價值就得到了真正的提高。我們國家目前這個鈉硫電池研究基本上還集中在東汽和上海電氣，2012年上海電氣成立公司以后進行產業(yè)化的推進，目前達到10兆瓦級的示范產業(yè)的規(guī)模。這條線絕大多數裝備都是我們自己開發(fā)的，這個公司開發(fā)的5千瓦和25千瓦的模塊，應該說這個模塊目前有比較穩(wěn)定的運行，但是這個模塊離目前大規(guī)模的推廣，從它的價格來說可能目前還沒有真正的達到這個要求。但是從體系運行的要求，從模塊的角度來說，目前公司也正在積極的和更多的用戶尋求合作，把這個鈉硫電池這樣一個在市場上有良好表現的儲能系統(tǒng)得到很好的應用。
這個電池有特殊的安全性，可以說是目前非常少見的沒有安全隱患的，它在水下的再生系統(tǒng)中間成為勞斯萊斯選擇的唯一動力源。前年美國的GE公司的工廠在美國紐約的工廠基本上停產，因為它的成本等問題。所以他們尋求能夠到一些低成本的國家進行生產。今年1月18號我們國家超威集團和美國通用電氣公司正式簽定協(xié)議，大家也知道超威集團是連續(xù)4年中國電池產值最高的公司，今年1月18號和他們正式簽約。我們國內這個硅酸研究所也和國內的一些公司合作，目前也在進行工程化的推進，也在為這個電池真正走向實用化在努力。這個電池主要的問題，當然安全性是它的核心優(yōu)勢，它可以實現大容量，甚至功率也是比較大的。我們在研究過程中就發(fā)現我們真正要能夠讓這個電池更進一步的提升性能，我們可以從幾個方面進行開展研究工作，一個就是活性物質。這個電池目前國內預算的壽命是15年，可以循環(huán)4500次以上，可以用到15年以上。我們通過對活性物質鎳進行包裹的技術，這個電池主要是在循環(huán)性能上得到了大幅度提升，其中核心的就是抑制了它核心物質的長大。其實在鋰電池中間我們知道全固態(tài)是我們的發(fā)展方向，每個公司應用的體系都有所不同。剛才提到這個空氣電池，因為這是新的電池體系。有人認為鋰空氣是未來電池的終極，因為它超大的容量。這個鈉空氣有更多的產物能夠穩(wěn)定存在，所以鈉空氣電池的穩(wěn)定性或者是壽命，我們可以預期它比這個鋰電空氣更長。因為它的反應產物是固態(tài)的，在這個空氣電極中間最終可能會使我們這的電極被堵塞，在鈉氧氣電池或者是鈉空氣電池中間也同樣，我們如果沒有一個合理的設計的話它很快就會終結壽命。因為石墨烯的研究非常熱，因為它的性能非常特殊，氮摻雜的石墨烯也非常多了，在這種情況下我們可以實現100次在現有情況下穩(wěn)定的循環(huán)。如果我們能夠沉積到這個石墨烯上，這個膜非常均勻的以1到2個納米這么細小的顆粒沉積上去。最終來看看我們的反應產物，最終我們能實現這樣一個穩(wěn)定有效的循環(huán)，前提就是我的產物要能夠最均勻的同時以納米的形式沉積。因為時間的關系，我也希望大家更多的關注鈉電池，因為真的有一天鋰的資源匱乏的時候發(fā)揮鈉電池各自的優(yōu)勢。所以我對鈉電池的一個簡單的總結就是說目前鈉電池也是儲能電池研究的熱點方向之一，其中鈉硫電池表現了很好的市場應用現狀，前景也可以說是良好的。鈉鎳電池是重要的儲能技術，因為它高度的安全性，未來前景良好。鈉離子電池也是目前研究的熱點，我們希望它將來能夠真正成為鋰離子的替代品。我就先講到這里，謝謝大家。
主持人：謝謝溫老師，下一個報告是來自盾石磁能科技有限責任公司總經理唐英偉先生，我們掌聲有請?zhí)瓶偂?
盾石磁能科技有限責任公司總經理 唐英偉
唐英偉：各位專家、各位嘉賓大家下午好。非常高興能夠有這樣一個機會和大家一起學習，我是來自盾石磁能科技有限責任公司的，我講解過程中可能不是特別的完善，請大家多多包含。我演講的題目叫做高功率飛輪儲能技術的發(fā)展與應用，我想主要從這三個方面向大家匯報，第一個是飛輪的一個簡單概述，第二個是高功率GTR飛輪，第三個是應用案例。
首先對我們公司進行一個簡單的介紹，盾石磁能科技有限責任公司注冊資本是1億元人民幣，位于河北省唐山市，公司是河北省的科技型中小企業(yè)，河北省創(chuàng)新驅動發(fā)展示范企業(yè)，我們公司也世界上先進的飛輪儲能技術，投資建設磁飛輪制造與測試平臺。這個飛輪儲能的原理我想大家都非常清楚，它的原理原則上很簡單，就是利用這個高速旋轉體來進行能量的存儲，通過我們飛輪內部的電動發(fā)電一體機實現能量的存儲和釋放。飛輪技術的發(fā)展，大概在100多年前就有人提出了飛輪儲能技術，直到上世紀90年代由于這個高強度的復合材料磁懸浮技術、電力電子技術的突破才進入到商業(yè)化應用階段。國內主要是有盾石磁能科技有限公司以及清華大學在做這方面的研究和商業(yè)應用。技術分類我想可以從這兩個角度來分，一個是能量型的飛輪還有一個是功率型的飛輪。飛輪儲能的關鍵技術我們概括就是這幾個方面，第一個是轉子技術，轉子材料這方面高強度的碳纖維纏繞技術，張力的控制以及熱穩(wěn)定性，還有發(fā)熱控制、高速電機控制等等，包括大功率、高頻輸出的高速電機的穩(wěn)定控制技術，還有軸承技術、動力學分析技術、材料技術等多種技術，飛輪技術是一種多學科交叉的技術，相對門檻高一些的一種儲能技術。
下面介紹一下國內外的主要應用，首先是有這種兆瓦級的飛輪電廠，為智能電網提供系統(tǒng)調頻服務，提高電網的穩(wěn)定性。其次是利用這個飛輪頻繁充放大功率的特性，在軌道交通這種再生制動能量的回收，牽引網壓支撐。還有夠是平抑光伏風電波動，延遲蓄電池壽命、削峰填谷，調節(jié)電網母線頻率穩(wěn)定。還有一個是在這個UPS務領域這種不間斷電源，比如說助理這種柴油機啟動。下面向大家匯報一下這個高功率GTR飛輪，我們這個飛輪的技術來源最初是來自于URENCO公司，是一家核工業(yè)技術公司。這是我們飛輪組成系統(tǒng)的剖面圖，這個地方是它的被動磁軸承部分，這個地方是電機的定子，這個地方是轉子的外轉子結構，高速旋轉的轉子。核心技術主要是有這三個方面，第一個是碳纖維復合材料轉子，這個是高強度、抗拉伸、MLC軟磁嵌入工藝。第二個被動磁軸承，第三個是高速永磁電機。GTR飛輪技術屬于高轉速小轉動慣量大功率技術路線，這是我們裝置的一些簡單的參數，高比功率是3000W/Kg，充放電頻率可以這樣理解，就是說可以在90秒時間內可以完成15秒的充15秒的放，90秒的周期循環(huán)。還有就是超長的壽命，1千萬次大于20年循環(huán)壽命。這個地方介紹的是我們飛輪的一個簡單的工作邏輯，這個飛輪由靜止狀態(tài)首先是一個加速，加速到30赫茲的時候會進行一個自身損耗的測試，小于它的限定值的時候會再次加速。這是我們的一個能量管理單元，它可以協(xié)調控制多臺飛輪儲能裝置，比如說通過一鍵起動、本地遠程操作的方式，還有多個模塊的充放電能量均衡控制，還有SOC狀態(tài)監(jiān)控。還有它的故障日志，以及根據不同的應用場景都可以來進行調整的。
這個是我們做的一個功率均衡能力的一個試驗，在動態(tài)和穩(wěn)態(tài)的情況下都可以有很好的均流。這是我們所做的一些實驗項目，包括安全性檢驗以及性能檢驗方面。我們的應用場景就是說一個是在傳統(tǒng)的火電廠輔助火電機組進行一次調頻，采用這個飛輪加發(fā)電機組的形式。這樣有什么好處呢？就是可以輔助這個發(fā)電機組見效它的氣門開度時的機械損耗，還有能夠提升這個響應速度。另外就針對分布式能源發(fā)電過程中的輸出功率波動進行補償抑制，見效分布式能源對電網功率的沖擊。在微電網可以平滑微網母線功率的波動，包括蓄電池的頻繁充放來減少它的次數，另外是提高微電網電能質量，頻率調節(jié)等等。另外一個領域就是軌道交通領域，一個是列車進出站的再生制動能量的回收應用，還有就是節(jié)約牽引電能，減少飛輪磨損和暖通壓力。這是我們應用的一些項目的案例，包括在微電網領域的英國的這兩個島嶼，還有我們國內863的課題項目，還有地鐵公司和火電網的一次調頻項目。這是我們做的國家863課題計劃，這個是現場微電網的脫鋪結構圖，整體加起來的話容量大概在1.5兆瓦。儲能平抑光伏波動的控制策略就是利用飛輪的快速響應來平緩這種瞬時的大功率波動。右邊這個圖是實時的光伏的波動，紅色的是平抑之后的曲線，大家可以看出這個平抑后的功率相對平滑，效果較明顯。這個是儲能和飛輪輸出的一個功率的波形，咱們可以看到這個電池儲能是屬于能量型，飛輪屬于功率型，整體對這個光伏的波動也有一個很好的平抑。另外一個是應用在調頻，我們增加這個實時性是采用本地控制策略。粉色曲線是投入飛輪之前微網頻率的波動，藍色是投入飛輪之后微網頻率的波動，可以看到這個投入之后的效果還是不錯的。這個是1兆瓦飛輪系統(tǒng)電氣拓撲圖，這是我們1兆瓦的飛輪系統(tǒng)集裝箱內部的示意圖，這里面包括我們飛輪驅動柜還有直流開關柜、PCS還有監(jiān)控、消防都在里面。
下面給大家介紹兩個在軌道交通領域應用的案例，第一個是洛杉磯地鐵黃金線1兆瓦飛輪儲能裝置，這里面包括消防、監(jiān)控、安全這些模塊都在里面集成好。我們做這個主要是起到電壓支撐的效果，就是說加入飛輪之前我們記錄了這個高地公園站8天的波動情況，加入飛輪之后我們根據采集的數據，綠色的曲線是牽引網壓，紅色的是充放電，從這個數據來看效果是非常好的，較之前有了很大的改善。另外一個是在紐約的這條線的應用，安裝之后日平均節(jié)能大約1300度電，牽引能耗大概是6300度。我們真誠的歡迎與各位專家嘉賓一起合作，促進我們儲能事業(yè)的發(fā)展。
主持人：謝謝，我們下一位報告人是葛洲壩中科儲能技術有限公司的王磊，他的題目是先進壓縮空氣儲能技術。
葛洲壩中科儲能技術有限公司 王磊
王磊：大家好，我來自葛洲壩中科儲能技術有限公司，我們公司除了水利水電之外，我們的業(yè)務板塊有8個。為了更好的推進裝備制造業(yè)務板塊的工作，并且踐行中國制造2025的這個宏偉計劃，我們在今年年初成立了中國葛洲壩集團裝備有限公司，我們公司實際上是裝備公司下屬的公司，由裝備公司控股。我們葛洲壩中科儲能技術有限公司成立于2014年，致力于大規(guī)模壓縮空氣儲能技術關鍵技術研發(fā)、系統(tǒng)集成以及產業(yè)化推廣的工作。
下面我給大家匯報一下壓縮空氣儲能技術，壓縮空氣儲能或者說大規(guī)模的儲能這個市場的需求在前面幾天的會議當中各位專家都已經做了深入淺出的介紹，我主要是從壓縮空氣儲能的角度，或者說從大規(guī)模儲能的方面來做一些介紹。對于這種大規(guī)模的可再生能源來說，它并網實際上需要配備大規(guī)模的儲能來平滑發(fā)電的輸出，并且保證新能源并網的可靠性和穩(wěn)定性。除了發(fā)電側，在輸配側，我們新能源的源端實際上是在三北地區(qū)，受端更多的是在華北以及東南沿海地區(qū)。這樣存在地理上的一個錯位，這實際上給輸配電網提出了更高的要求，對于抽水蓄能這種技術我們國家十三五規(guī)劃也有非常大的計劃，就是6千萬千瓦，所以從電網的角度來講要需要大規(guī)模的儲能技術來提供調峰的手段，緩解電網波動。同時如果配備了儲能技術也可以延緩輸配電線路的升級以及擴建。在用戶側實際上大規(guī)模的儲能可以跟微電網相結合，儲能作為智能微電網的一個重要組成，可以對多個用戶進行統(tǒng)一的管理和調控，來提升用戶的用電質量，并且降低每一個用戶的儲能成本，來保證區(qū)域電網的一個安全性和可靠性。
下面我們來看一下什么是壓縮空氣儲能技術，傳統(tǒng)的壓縮空氣儲能技術的原理就是在儲能的時候利用電網多余的電量來驅動多級的壓縮機把空氣壓縮，完成電能到空氣勢能的一個轉換。由于這種技術的建設和運維成本比較低，而且壽命比較長，所以它比較適合于大型的儲能系統(tǒng)。目前世界上已經在運行的壓縮空氣儲能電站，比較著名的兩個已經商業(yè)運行的一個是德國的Huntorf電站，這個電站在1978年開始投運。另外一個是在美國的Mcintosh電站，通過剛剛的介紹可能我們也可以看到傳統(tǒng)的壓縮空氣儲能這項技術也存在一些不足，和值得改進的空間。首先就是存儲方式比較單一，它選擇地下巖穴進行儲存，這樣難免會受到地理條件的限制。同時需要化石燃料或者天然氣這種補然的手段，也不可避免的受到天然氣價格、供給等限制，而且熱耗的損失比較大，系統(tǒng)效率偏低。我們日前在推廣的壓縮空氣儲能系統(tǒng)可以根據用戶的需求按照不同的場景來定制容量，系統(tǒng)的設計壽命不小于30年。下面接著這張圖我來給大家分享一下這個系統(tǒng)工作的流程，首先是右邊的這個地方，這個是在儲能的時候，就是非用電高峰期用電網上多余的電量來驅動我的壓縮機壓縮空氣，并且把壓縮空氣儲存在儲氣單元當中。后面把壓縮機分成了多級，在每級當中都可以把這個熱進行回收，另外是盡量保證整個壓縮過程是等溫的過程，這樣相當于降低了壓縮機的功耗。在右邊這個圖也可以看到，實際上我們這樣回收壓縮熱就取代了我們傳統(tǒng)的這種補燃的環(huán)節(jié)，實現了零碳排放，而且這個系統(tǒng)效率也是有大幅度提高的。這個是系統(tǒng)的特點，我們系統(tǒng)需要用到的原料包括空氣和水比較廉價，能夠實現百分之百的環(huán)保，相對于傳統(tǒng)的壓縮空氣儲能技術來講它的效率也是比較高，整個系統(tǒng)是一個純機械系統(tǒng)，所以壽命比較長，而整個系統(tǒng)的關鍵設備包括壓縮機、以及儲氣單元等等的可靠性和安全性都可以得到保證。我們也可以比較方便的去跟工業(yè)廢熱和太陽能熱進行結合，我們整個系統(tǒng)功率和容量是分開設計的，可以根據用戶的需求進行定制。
下面給大家匯報一下我們目前研發(fā)的現狀和現在所處的一個階段，我們公司的技術實際上依托于中科院工程熱物理研究所，我們現在10兆瓦的先進壓縮空氣儲能系統(tǒng)處于商業(yè)化推廣的階段。從知識產權上來看，我們在國內以及國外獲得授權的這種專利的數量在全球范圍內也是排在前列的。我們這項技術也受到了各級政府以及行業(yè)的評獎。這個是我們在貴州省畢節(jié)的一個10兆瓦級的示范平臺的照片，目前這個示范平臺已經安裝完畢并且完成了系統(tǒng)的調試和性能的測試，已經達到了一個全負荷的運轉。比較湊巧的是昨天晚上的一個新聞聯(lián)播里面能源生產和消費革命戰(zhàn)略2016到2030的報道中，我們畢節(jié)的這個項目就作為推進我國能源革命的一個典范，有多個鏡頭被選用。我想這也是對壓縮空氣儲能技術以及整個儲能行業(yè)的肯定。
目前我們公司在內蒙古、山西等地積極的開展壓縮空氣儲能業(yè)務的推廣，同時我們在武漢也計劃投資100億元建設一個葛洲壩高端裝備產業(yè)園，這個園區(qū)以后就作為我們產品的一個總裝的智慧工廠，而且作為一個測試平臺來進行使用。這是產業(yè)園的一個用地規(guī)劃，我想目前我們除了10兆瓦的這個產品以外，也將借助武漢的這個研發(fā)中心來繼續(xù)推進50兆瓦和100兆瓦的壓縮空氣儲能產品的推廣。在我報告的最后，我想說的是其實儲能技術有各種各樣，包括物理的、化學的或者是電磁的，但是現在我認為可能沒有某一項技術能夠滿足儲能市場的各種需要、所有需要，所以我在想我們葛洲壩中科儲能技術有限公司也希望跟各位同仁一起互補共贏，共同為儲能行業(yè)的發(fā)展貢獻力量。謝謝大家。
主持人：謝謝，下面的一個報告是關于水系離子電池技術及應用，我們有請恩力能源科技有限公司首席技術官車勇博士，大家歡迎。
恩力能源科技有限公司首席技術官 車勇
車勇：大家下午好，我是恩力能源的車勇。這個是儲能大會，這是一個很巨大的市場，大家都不會懷疑這個問題。麥肯錫預計在2020年代這將是一個萬億的市場，我們也相信隨著光伏和風能在中國成為一個裝機量最大的國度，未來儲能在2025年預計我們將是儲能的第一大國。這個會上也有很多來自光伏行業(yè)的同仁，大家都說你們這個儲能已經喊了很多年了，到底真實的市場在哪里。剛才溫老師介紹了十大儲能項目，我覺得日本他們做的比較早，有利用鈉硫電池做了很多實際的應用。我這里羅列了一些最近的大的項目，比如說去年8月份在英國有一個500兆瓦時級別的用于發(fā)電站調頻的應用，這個是相當大的規(guī)模。接下來是南澳在今年的3月份有400兆瓦時的一個項目，下面這個是美國加州的特斯拉，大家知道它搞了一個非常大的鋰電廠，第一批產品沒有用到車上，是用到了一個80兆瓦時的電站的儲能項目，用于峰值需求的補給。這些應用基本上用的都是鋰離子電池，就是說我們這個市場在哪里，漸漸的可以看到一些比較實際的項目在世界各地展開。另外就是有一個比較潛在的，我們說這個德國是最早推廣光伏應用的，應該是領先的一個國家，他們在戶用的光伏已經非常普及了，國家的補貼，德國政府給的補貼在2020年將會結束。有很多戶用型的光伏需要儲能的設備來滿足，這個需求至少是30個GWh的需求，這個都是我們儲能行業(yè)的同仁認為這個市場的爆發(fā)在即。
這個儲能在這次會議上大家比較廣義的來看儲能，那邊的會場還有動力電池，廣義的說這個儲能就是把能量給放在一個小的空間里面存起來，是從最早這種移動通訊開始，鋰離子電池的應用從1991年索尼最早做出一款圓柱形電池以后，首先在筆記本電腦這些市場，就是移動通訊市場驅動鋰離子電池的高速發(fā)展?，F在我們從通訊發(fā)展到動力車，大家知道每一個電池或者每一臺車的使用量是以幾十度為單位的，和早期我們手機里面用的這個電池的量完全是不一樣的。再接下來我們說的這種儲能應用就發(fā)展到了兆瓦級，甚至是上百兆瓦級。最大的不同就是說通常我們是有一個技術、有了一個電池，我們再找它的應用，是用在車上還是用在儲能。往往實際上當儲能要用電池這件事情出現了以后，也讓我們來重新思考，就是說到底什么樣的技術適合于各種各樣不同的儲能的應用的方式也各不相同，有不同的應用，儲能里面還有細分的不同的應用場景。就是哪一類的電池是更適合于不同場景的儲能應用，這是另外一種思維，不是說我有了一種技術怎么來用，而是說有了這樣的使用之后應該怎么去設計這個電池。我本人最早九幾年來到電池行業(yè)，也是先從鋰離子電池開始，所以我們還是先從鋰電池說這個事。鋰離子電池已經是收獲了非常大的商業(yè)成功了，過去20多年，去年的產值是300億美元的規(guī)模，不同的應用加起來300億美元。鋰離子電池還要繼續(xù)發(fā)展，要解決比如說在動力電池上能量密度的問題，要充電快，要提高功率，還要解決安全性。每一個這種課題，或者每一個這種性能都要有一些相應的不同的手段。但這個問題就是說你要想實現現在單位成本，這個度電成本的下降，需要提高能量密度。但是提高能量密度以后循環(huán)壽命會降低，同時安全隱患也許會加大。這個里面就是說這些個特性要同時實現，這個很具有挑戰(zhàn)。今天上午在另外一個會議室，河南電科院的一位老師講的非常好，是有關鋰離子電池的梯次利用。我們聽上去就是說隨著這個電池規(guī)模的越來越大，要從我們說的這個車用電池如果再擴展到儲能用的電池的話，這個電池的規(guī)模越來越多，未來肯定你要對環(huán)境負責，環(huán)保也好還是這個可持續(xù)性也好，這個電池用過了以后怎么辦？這個可能是一開始就需要考慮的問題。梯次運用有很多復雜的因素，就是在安全的環(huán)境下怎么能夠有效的、有價值的回收鋰離子電池還是一個很大的難題。
我們這里所提供的一個方案，應該說是方案之一，就是這次我要介紹的水系鋰子電池，我們也俗稱為鹽水電池。最大的區(qū)別就是把可以燃可以爆的電解液從有機項改成鹽水。最前面的這個能量密度和功率密度通過這種鹽水電池，簡單來說就是犧牲了這兩個特性，你要在一個電池里面把剛才這些特性全部做到的話非常具有挑戰(zhàn)。就是說基于儲能這么一個特殊的應用，就是說我不用搬著這個電池跑來跑去，我先把這個能量密度和功率密度如果說是用于太陽能這種光伏的運用，應該說這個功率密度也不是非常重要，如果把這兩個東西暫時犧牲一下，我比較極致的來追求安全性、循環(huán)、成本以及可持續(xù)性，就是所謂的回收利用，在材料的選擇上選擇非常低的成本，在工藝上也在一個比較開放的環(huán)境里面，可以低成本的生產。最后就是我們希望這些材料有它的回收價值，就是收回來還可以用，它有價值，不是說要花很多錢、很多成本去回收。就是說在早期的設計上就做到讓它回收起來非常容易。這個水系離子電池也不是憑空冒出來的一個東西，也有長期研發(fā)的歷史，最早可以追溯到1994年。這個研發(fā)從那個時候開始就持續(xù)不斷，一直到最近為止都有這個水系離子電池的研發(fā)，但是這個產業(yè)化的進程比較滯后。如果我們去查鋰離子電池的專利，我估計可以查出上十萬件，但是你要查這個水系離子電池的專利的話還真不多。最早是由于這個加拿大的著名的鋰離子電池的科學家申請了這個方面第一個專利，是1995年，這個專利已經過了20年，已經過期了。后面在2005年由復旦大學的兩位教授發(fā)了一個專利，這個也比較早。接下來是在美國的CMU，這個大學的教授也發(fā)了專利，在中國和美國都申請了專利。這個大學的教授得到了比爾蓋茨和KPCB著名的風投投資，他們在美國進行了水系電池的產業(yè)化。恩力能源是跟復旦大學和夏教授、王永剛教授合作，我們現在是一種合作關系，同時也跟復旦大學校方，我們過去了最早的2005年的獨家專利，然后開始了我們的研發(fā)和產業(yè)化的道路。
在水系里面要把這個電池做穩(wěn)定，這里面最大的一個挑戰(zhàn)就是說水這個東西，大家有過電化學背景的人知道，這個超過了1.23V就要分解，這個事情不可能像鋰離子電池一樣做到3.7V或者說更高的電壓，它曲線在了你要選擇合適的這種正負級材料?，F在市面上所有的這種鉛酸和鎳氫、鎳鐵等等這一類的電池廣義上來說也是叫水系電池，反正要么是酸要么是堿，市場上還沒有在中性水里面的電池，至少還沒有產業(yè)化。它的難點是你要在這個中性的水里面找到兩的電堆，正好卡在這個水分解的窗口里面，而且可以循環(huán)，我覺得這是一件挑戰(zhàn)的事情。隨著現在材料技術的發(fā)展，這個事情也是可能實現的。就是說不光是你要找到這個材料，我們希望還要找到非常廉價的材料。這里面要解決的這個難題，它還有一個腐蝕的問題，另外現在這個負極材料是很關鍵的，你要找到適合在中性水系里面穩(wěn)定循環(huán)的，還有一定比容量。同樣新的電池都面臨同樣的挑戰(zhàn)，就是說你的生產設備、工藝也不可能現成的可以買到，需要從工藝和設備的開發(fā)同時一起來做這件事情。恩力能源經過了接近5年的技術攻關，現在應該說我們認為我們解決了這一系列的問題，今年是我們開始進行批量化生產，2017年我們將進入量產階段。
剛才我提到這個回收，回收這個事情我覺得鉛酸電池和鎳氫電池這一類的廣義的水系電池是可以實現材料的回收再利用，而且回收再利用這件事情本身是有價值的。剛才說鋰離子電池你要投入成本去回收或者去處理，基本這個回收原材料里面有價值。我們這個體系里面最主要的可以值得回收的材料，這個殼體形式上看上去和鉛酸的差不多，都是可以粉碎再利用。另外就是集流體，這是經過防腐處理的金屬，這個金屬經過長時間使用以后防腐層下降，要把這個銹去掉之后再保護起來。另外是這個正負極大材料，我們這個本身是氧化物，簡單的說就是打打碎、分一分再燒一燒應該就可以再用了。我認為這種電池的設計，上午的鋰離子電池還說到誰是這個舊的電池的負責人或者主體。我們認為我們這種電池如果賣出去的話，我非常有動力，我很想把這個電池自己收回來，如果10年之后這個電池不能用了，或者多少年以后這個電池不能用了，我愿意把它收回來，因為它里面還有價值。這個是我們的一個單體電芯，大概充放電曲線是這么一個形象，跑了接近2年的電池，現在跑了3千次，它也在衰減。這是兩年前的水平，它是一個3000次的循環(huán)。我們現在的電池會比這個有很大的提升，經過兩年的努力。
這個是我們這個電池的技術性能和在美國有這么一家同行，他們算是在這個行業(yè)里面的一個先行者，比我們提早了三五年開始了這個產業(yè)化。我們跟他們的電池技術指標從能量密度到倍率和循環(huán)壽命，可以說在各個方面目前在電芯層次上的水平都超過它。我們這種電芯的設計是模塊式的，可以從這么兩個單電芯的串聯(lián)可以繼續(xù)串出一個48V的模塊。這個像搭積木一樣，一個靈活的堆砌。國外有住這些別墅的家庭，比如說德國、日本、美國、他們的屋頂很多都已經鋪上光伏了，早期是靠國家的補貼，然后賣電。一邊賣電一邊從電網買電。這種方式德國2020年就停了，這種補貼就停了，日本也會跟著學。另外是他們會補貼儲能，你可以自發(fā)自用。比如美國這種地方有地下室，堆點電池也有這個空間。因為我們這個電池短板是比較大，如果你有地方可以放下的話它是比較安全和環(huán)保的東西，這種家庭的應用是一種場景。還有就是商業(yè)的應用，再接下來做的更大一點就是微網的應用。
就是說我們做了這么一個水系離子電池，我們這個電池可以用電鉆打進去把這個里面的水放出來，它還會繼續(xù)的工作，真的不存在安全的問題。它不僅可以長壽命、低成本，最關鍵的是我們還可以回收。恩力能源申請了電池的再現修復，當這個電池出現問題的時候我們可以讓它中途再活過來。如果是一個開放的體系的話，水系電池都可以有機會讓它再活過來，即使是死了也可以回收，我們有專利的保護。恩力能源還算是一個創(chuàng)業(yè)型的初創(chuàng)企業(yè)，最近清華大學戰(zhàn)略入股了恩力能源，現在恩力能源和物理所、復旦、中科大一系列的國家隊一起承建了十三五的國家重點研發(fā)計劃的智能電網技術與裝置的鈉基儲能電池項目。另外恩力和清華大學一起組建這個儲能技術產業(yè)研究院，在這個研究院里面是要做儲能這個行業(yè)，所以不排斥任何電池，這個里面有鋰離子電池，有鉛酸電池也有我們的水系電池，歡迎大家一起參與到我們這里。謝謝大家。
主持人：謝謝車博士，下面有請中國科學院青島生物能源與過程所研究員、青島儲能產業(yè)技術研究院執(zhí)行院長崔光磊老師上臺分享。
中國科學院青島生物能源與過程所研究員、青島儲能產業(yè)技術研究院執(zhí)行院長 崔光磊
崔光磊：大家好，首先感謝大會的組織方給我這個機會在這里給各位專家同仁匯報一下我們的工作，今天報告的題目是功能兼?zhèn)涞墓虘B(tài)電池的動力系統(tǒng)。因為我們這個團隊是專業(yè)做電解質的團隊，目前鋰離子電池在國家政策的大力支持下也廣泛的應用在電動工具上面，目前在電動車的應用有兩個問題，第一是里程焦慮問題。怎么提高目前的電池容量密度呢？就分短中長期的策略，短期內我們主要是改良現在的鋰電池。我們知道隨著能量密度的提升它的安全問題也日益顯現，有很大的安全隱患。怎樣解決在提高能量密度的同時提高它的安全性能的問題？這里可能有一條必由之路，就是標準的固態(tài)鋰電池的路線，這樣我們國家才有可能實現這個路線圖。固態(tài)鋰電池的優(yōu)勢就是高安全性、無爆炸危險。固態(tài)電池可分為無機快離子導體和聚合物這兩類，在這里因為單一的電解質體系很難滿足這些要求，在這里我們提出一個方案，采用剛柔并濟的理念，剛性材料跟柔性材料之間還可以相互作用，來協(xié)同提升例子傳輸性，這樣我們可以在材料中間找到一個平衡點，照顧能量的提升。在這里我們開發(fā)了很多剛性骨架，提供高力學性能和尺寸熱穩(wěn)定性能。
在這樣一個設計的理念下我們開發(fā)了一系列的剛柔并濟的全固態(tài)聚合物電解質，我們在5V的高電壓體系做了很多的工作，找到了一些目標的化合物。另外我們通過原位自形成機制解決固固界面的問題，我們去年開發(fā)的這種第一代的樣品可以容納密度達到250V，這個也通過了檢測。深海電源是掛在艙外的，要耐受高的壓力，這個難度是非常大的?，F在好像日本掌握了一種技術，這個深海電源的一種技術。從去年6月份我們就開始做相關的深海測試，首先模擬深海環(huán)境中壓力倉的測試，從7千米開始做，然后做到1萬米，有這樣一個過程，6月份我們就通過了這個實驗。做完了這個實驗以后還要通過在模擬深海壓力的環(huán)境中進行充放電的實驗，我們折騰到今年的1月份左右才把這個模擬實驗做完。深海所反饋的結果是我們做的固態(tài)電池下了6次的1萬米，3次的7千米技術是非?？煽康摹Ｎ覀冞@個功能兼?zhèn)鋵嶋H上就是功率跟能量兼?zhèn)?，就是這樣一個系統(tǒng)。我們在系統(tǒng)集成方面也在做很大的常識，我們基于CAN通訊及三模式控制方式來探索，希望能夠達到功能兼?zhèn)涑L壽命。我們也在做一些儲能的工作，我們希望能夠做一個類似的能量口，你需要多少能量我就給你送過去，利用我們的固態(tài)電池做一個儲能的系統(tǒng)，為終端的能源用戶提供個性化、智能化的需求。感謝我們的組織單位、感謝我們的合作者。謝謝大家。
主持人：感謝崔光磊老師的精采分享，下面有請我們中國科學院電動研究所研究員張國民老師做下一個報告，掌聲歡迎。
中國科學院電動研究所研究員 張國民
張國民：各位專家、各位同仁下午好。我主要是做一些超導儲能的工作，所以說我這個介紹主要是介紹一下超導在電力系統(tǒng)方面的一些工作。首先是講一下電網對于儲能技術的需求，電網對于儲能技術的需求跟可再生能源的發(fā)展是不可分割的，世界各國都在開展新能源的建設。美國能源部規(guī)劃就是2030年風能提供20%的能源，歐洲也有20:20:20計劃。我們國家也發(fā)布了可再生能源的規(guī)劃，這個十三五的規(guī)劃是說到2020年風電的規(guī)模是2.1億千瓦，太陽能發(fā)電是1.1億千瓦，所以說這個可再生能源將在電力系統(tǒng)中成為一個重要的能量。但是可再生能源的發(fā)展，風能、太陽能的主要特點就是波動性和隨機性很強，這樣接入電網來說難度就比較大，對電網的穩(wěn)定性有很大的影響。所以說大規(guī)模的風電的并網將對電力系統(tǒng)的運行影響比較大，怎么可以解決可再生能源比例高的情況下保證電網的穩(wěn)定運行呢？這是個很大的挑戰(zhàn)，所以說儲能就是一個很好的支撐技術。通常發(fā)電的話，發(fā)出的電跟用的電要平衡，如果沒有儲能的話發(fā)出的跟用的就失去平衡了。但是有了儲能以后我們就不需要實時平衡，我們儲能可以把發(fā)電用電從時間空間上分隔開來，這樣發(fā)電之后我就存起來，需要的時候再拿出來，所以說儲能是解決并網的一項非常重要的技術。
大家都搞儲能的，儲能的種類就很多了，電池儲能、還有今天我們講的飛輪儲能、超導儲能。超導儲能是一個功率型的能量，它的響應時間就是毫秒級，它是能夠快速響應的一種能源。超導儲能的功率密度比較大，另外它可以反復多次充電。超導儲能實際上這里邊有兩種，一種就是說可以用超導做成飛輪儲能！另外超導還可以做磁儲能。超導飛輪儲能實際上是利用了超導的特性，就是超導的磁懸浮的原理。對于超導體來講它有一個重要的特性就是完全抗磁性。就是說對于正常的物體來講磁場是可以穿透物體的，但是對于超導體來講，這個電流在磁場里面產生力，這個力就可以把懸浮懸浮起來，這種懸浮是一種穩(wěn)定的懸浮。利用這種懸浮就可以做成軸承，基于超導懸浮原理做的軸承具有自穩(wěn)定性，不需要控制的情況下它就自覺的懸在中間了。對超導來說，超導軸承是不需要控制的。這樣的話我們就可以利用超導軸承做成飛輪，飛輪在超導懸浮下高速旋轉，沒有摩擦的旋轉，這樣就實現高速旋轉。超導的飛輪儲能除了具有常規(guī)的飛輪儲能的特點之外，它的重要特點就是自穩(wěn)定性，就是不需要外部控制，因此它的效率還可以再高一些。
這個超導飛輪儲能的結構跟常規(guī)的基本上差不多，一般都是在真空里面一個飛輪一個電機，因為軸承是懸浮軸承，所以這個就是用超導的懸浮軸承，另外就是各種控制系統(tǒng)，還有一個冷卻系統(tǒng)，就是說常規(guī)的飛輪儲能冷卻系統(tǒng)不需要那么低的溫度，我們這個是低溫冷卻，它是一個低溫的設備。目前超導飛輪儲能的研發(fā)情況來看，目前國際上就這么幾家，美國、德國、日本、韓國等等這幾家做的是比較好的。這是美國波音公司的一個飛輪儲能系統(tǒng)的案例，這是2009年他們研發(fā)的一個飛輪儲能系統(tǒng)。這是德國ATZ的，他們也是2007年就開發(fā)出來這種飛輪儲能系統(tǒng)。日本的國際超導技術中心的這個我就不說了，這個是韓國電科院的，這是2010年的。2012年韓國又做了一個稍微大一點的35千瓦時的，雖然說35千瓦時還不算太大。日本有一個計劃，這個計劃是比較大的，是1兆瓦的一個飛輪儲能系統(tǒng)，它的特點就是全超導的。通常我們說是超導飛輪儲能都是轉子用磁定子月超導，他們這個轉子和定子都是用超導的。這個計劃最后沒有完全實現，不過有部分實現了，也就是說它2015年有一個報道，就是說世界最大的超導飛輪儲能系統(tǒng)。你看它計劃的是1兆瓦，實際上最后結果是一個300千瓦，基本上是做了一個三分之一的，實現了三分之一的計劃。這是對那幾家公司飛輪儲能系統(tǒng)的一個總結，我就不仔細說了。
我們電工所也在一個國防項目的支持下也做了一個飛輪儲能研究，早期我們大概是在1999年到2000年的時候做超導軸承，現在我們實際上這次應該說是2012年開始來做這件事情，所以說又重新搭建了實驗系統(tǒng)，做了實驗和理論分析。就是在此基礎上涉及了一個小的飛輪儲能系統(tǒng)，雖然說是個小的，但是各個方面都是要做的，麻雀雖小五臟俱全。最后是做出來這樣一個很小的東西，功率大概是2千瓦的，儲能是3KJ，轉速是10000轉，工作溫度是83。我們目前繼續(xù)向下做，因為對于目前這個飛輪儲能來講大家用的最多的還是迅速補償的一個裝置，如果長期儲能的話還是有一個問題，效率還不是那么理想，所以還是很難長期儲存能量。為了能夠進一步儲存能量，通常的這個飛輪儲能是內制的，電機是在里面的，電機在里面是發(fā)熱的。儲能期間電機也是空轉的，損耗也是有的。我們次驅動技術+開斷技術+超導飛輪儲能技術提高效率實現長期無損耗儲能。另外一個就是超導的磁儲能，這個就非常簡單了，就是超導的線圈，我們做成線圈以后就可以給線圈充電，需要的時候再把這個線圈能量返回來。它的優(yōu)勢就是說它的轉換非常快，反應時間比較快。主要優(yōu)勢就是說它可以長期無損耗的循環(huán)儲能，儲能時間比較長，這是它的主要優(yōu)勢。這是關于超導磁儲能系統(tǒng)的國內外研究情況，這是一些案例，我就簡單的過一下。
我們2005年做了一個小的儲能系統(tǒng)，在此基礎上我們又進一步做了一個1MJ的儲能系統(tǒng)，這個我們用在了白銀的超導變電站。另外華中科大也做了小的儲能系統(tǒng)，超導這個儲能實際上是沒有問題的，但是這個系統(tǒng)本身還可以用于限流，這就是超導儲能限流系統(tǒng)，這個思路也是我們最早提出來的，所以說我們2005年也做出一個小的樣機，后來我們就把這個系統(tǒng)的思路進一步放大，又申請了一個863的項目，就是說面向新能源發(fā)電的超導儲能—限流系統(tǒng)的研制和并網運行，這個項目剛剛結題。因為新能源發(fā)電存在這個斷續(xù)性，存在低電壓穿越的問題，怎么去解決這個問題呢？我們就想到這個超導儲能還可以限流，就把這個結合起來，就是把我們以前做的一個東西放大了一下。這個是我們當初的一個指標，就是說儲能能量是1MJ的?；驹砭褪前堰@個儲能和限流結合起來做一個儲能限流裝置，當然在做這個限流儲能之前我們先是做一些仿真的工作，可以看到這個系統(tǒng)具有功率平滑的作用，之后我們驗證仿真的結果對不對，驗證完成之后把這個模塊設計出來，大概就是這樣一個結構。設計完了以后就把這個系統(tǒng)按照設計做出來，就是這樣一個東西，這是我們跟西電合作的。做完了之后首先對這個限流進行測試，限流測試的結果是電流限制率可以達到90%。儲能是用超導磁體儲能，所以要設計一個磁體電站，設計完了就把它做出來，就是右邊這個圖。做出來之后我們就把這一套裝置用在玉門的一個風電場，這個風電場大概有91臺風級，總裝機能量大概是100兆瓦。最后出來的結果是這樣的，下邊這個圖的藍線就是風級發(fā)出來的功率，為了補償這個有功我就用這個超導磁體來出力，下面是超導磁體出來的補償有功，平滑以后這個有功得到了明顯的平滑，當然這個平滑效果還不是很好，它是一個功率型的，不是一個能量型的。我們這個剛剛結題，然后科技部網站就發(fā)了一個報道。
其實單純的超導儲能的優(yōu)勢并不是特別明顯，因為超導離不開低溫，低溫是很麻煩的，所以最好把這個低溫的缺點克服掉。復合超導儲能將來會是一條比較好的路線，混合儲能是超導儲能的一個發(fā)展方向。最后我談一點看法，目前這個超導的磁儲能和飛輪儲能，就是磁驅動的飛輪儲能有望實現較長時間的儲能，可以長期儲能。隨著材料與低溫技術的發(fā)展，超導儲能技術大規(guī)模應用也可以實現，國內現在超導儲能還比較少，超導的飛輪儲能也就我們一家做了。另外超導儲能要向多功能化發(fā)展，最后就是說超導的復合儲能應該是具有良好的應用前景的。謝謝大家。
主持人：謝謝張老師的精彩報告，下面我們有請上海交通大學趙長穎教授。
上海交通大學工程熱物理所所長 趙長穎
趙長穎：大家下午好，我是來自上海交通大學的趙長穎。首先看一下這個研究背景，我們知道儲熱具有廣泛的應用，其中在低溫下，也就是在100度以下我們一般作為低溫儲熱，中溫是100到300度之間，高溫一般是300到1千度左右，這是一個具有廣泛應用前景的技術。主要是由于這個功能的不連續(xù)性，能量在應用過程中必須是連續(xù)的，所以就多出一個功能與用能之間的一個不匹配的問題，所以需要一個儲能的裝置，以這個典型的太陽能熱發(fā)電為例，左邊是一個太陽能集熱裝置，中間是儲熱裝置。儲熱在這里面占了三大核心之一，研究來說也是技術相對不成熟的階段，現在也是研究的熱點。實際上現在太陽能熱發(fā)電，像這種大規(guī)模的儲熱系統(tǒng)里面用的基本上還是顯熱儲熱系統(tǒng)，而顯熱儲熱系統(tǒng)需要很大的體積，所以它的成本貴，占整個熱發(fā)電系統(tǒng)的大概五分之一到四分之一。如果這個儲熱技術成熟的話，因為它的儲熱密度高，需要的空間也就小很多，成本也會明顯的降低?，F在因為技術還有很多方面不太成熟，所以增加了一些成本。
我簡要談一下相變儲熱，這個相對顯熱儲熱我們能看到。我們需要考慮到很多方面，其中相變材料主要有這種有機相變材料和無機相變材料，在中高溫間主要是這種無機相變材料。下面我簡要的談一談我們在這方面做的一點工作，我們主要是低成本相變材料的制備方面，我們看到這種硝酸鈣、硝酸鈉這種價格低廉的儲熱，可以看到它的儲熱密度是在164.9。這是一些循環(huán)的穩(wěn)定性問題，我們能看出它的循環(huán)穩(wěn)定性包括它的熱性都是非常好的。當然另外一點，如果相變儲熱應用的話必須要考慮到它的腐蝕性問題，所以我們進行了一些腐蝕性的測試。可以看到這種硝酸鹽類跟腐蝕性應該還是非常低的，所以這個問題不大。這個三元的混合硝酸鹽，這個不是主要用來儲熱的，它是作為傳熱介質，所以我們開發(fā)了這種三元的鹽類配比，熔點越低越好，因為它凝固之后我們用一些熱水就可以把它融化開，而且它的工作穩(wěn)定區(qū)間能夠達到400度左右。
另外一點，作為相變儲熱還有一點就是它的傳熱能力的問題，導熱能力強化的問題。就是說在短時間內迅速的傳進來和迅速的放出去這個熱量，功率決定了這個傳熱能力。不管是有機還是無機，這種材料的導熱性都是比較熱的，所以必須采取一些強化傳熱的方式來提高它的功率。我們在這里做了一些測試，包括在不同的區(qū)間內這種多種介質在不同區(qū)域的作用是不一樣的，這里細節(jié)的我們就不展開了。另外我們在這種中高溫里面相變儲熱的腐蝕性我們也進行了一些測試，我們發(fā)現這個腐蝕性有一點，但是也是相對比較弱的。剛才談的是儲熱方面的一些比較重要的方面，包括材料、腐蝕性、傳熱等等，當然現在由于針對余熱的溫度不一樣，像鋼鐵行業(yè)的余熱溫度是比較高的，我們考慮到采用梯級相變材料。如何確定每一級的相變溫度呢？這個就根據用戶的需求，到底是用來發(fā)電還是用來取暖，所以我們進行了一些系統(tǒng)的優(yōu)化，我們也搭建了一個三級的梯級儲熱的實驗系統(tǒng)。在這個優(yōu)化的過程中，我們根據熱力學跟傳熱學，包括用戶的用途，根據這些進行了一些系統(tǒng)的優(yōu)化，來確定中間最佳相變點。然后根據相變點來確定每一級到底選用什么樣的材料，達到最佳的效果。
下面簡單談一些相變儲熱應用的實例，這個是法國和西班牙的實驗臺，這個是德國宇航中心的儲熱的實驗室。這個是啟能，也是我們江蘇啟能儲熱的產品，他們應該說在這個方面是最權威的，也是市場做的最好的。650MJ的儲熱的應用，包括移動熱度，當然他們也廣泛的應用到了最大的幾個商城里面，還有北方很多省份都有他們廣泛的應用，這是相變儲熱典型的應用系統(tǒng)，包括移動車，發(fā)展是非常迅速的。天津大悅城他們應用這個冬季取暖之后，用這個谷電，因為谷電是非常便宜的，充起來之后白天就不用額外的取暖了，就經過這個來加熱，每個冬天他們節(jié)省的城市供熱的成本能夠節(jié)省60%。當然中高溫相變儲熱技術還存在一些問題，比如說相變材料及儲熱系統(tǒng)的循環(huán)穩(wěn)定性需進一步驗證與提升，我這里講的主要是針對中高溫的。下面我快速的過一遍這個熱化學儲熱方面的一些研究進展，我們知道熱化學儲熱相對相變儲熱來說它的儲熱密度就更大了，另外它可以實現長期的季節(jié)性儲熱，另外還可以提高能量的的品質，儲熱密度比較大。它的儲熱密度明顯的高過相變儲熱，這個應該是未來更加有潛力的儲熱方式。這個原理也很簡單，這個循環(huán)過程是一個典型的儲放熱系統(tǒng)，你用來儲放熱的過程中就沒有這么簡單了，因為它是一個熱化學的動力系統(tǒng)加上一個傳熱的匹配問題。首先這里面是化學反應動力學的問題，東京大學對這個方面做了一些實驗和研究，細節(jié)就不展開了。還有國外的這個人也通過加入一些催化劑，加快化學反應的反應速率。這是我們的一些實驗，剛才是一個理論，這是一些實驗的測試，如何增加它的化學反應速率，增加了元素之后它的分解過程就發(fā)生了變化，從這個過程就改變了熱化學儲放熱的結果。我們在這里也加入了一些金屬泡沫什么的，可以看到反應床的均勻性大大提高了，對熱化學儲放熱是非常有利的。這個是我們在合成比例下可以微觀的看到一些穩(wěn)定性的問題，我們進行了實驗系統(tǒng)的測試。還有一個問題是有可能存在的二氧化碳的阻礙作用，我們知道氧化鎂表面有可能會形成二氧化碳的一個膜，這樣就阻礙進一步的反應，就影響了它的儲放熱的問題。我們對二氧化碳的腐蝕性問題進行了一個測試，最后得出結論是很小的，可以忽略不計，不用考慮。放熱階段，二氧化碳對氧化鎂這個過程，放熱的過程也是影響不大的，不用考慮。但是對氫氧化鈣的放熱過程影響是比較明顯的，所以在這個過程中最好是縮短它的反應時間，盡可能的排除二氧化碳的影響。
我們用這個系統(tǒng)也進行了不同參數下的儲放熱過程的一些實驗的測試，包括不同的儲放熱溫度以及摻雜的元素和不同的初始溫度等等，對整個儲放熱性能以及整個儲放熱功率的影響。熱化學儲熱系統(tǒng)也存在一些問題，首先化學反應速率與傳熱功率的控制和匹配問題，防止化學反應失效。對于儲熱系統(tǒng)的運行模式、運行參數、系統(tǒng)設計及參數的控制方面還有待儲熱系統(tǒng)長時間的測試。另外化學儲熱的穩(wěn)定性在實驗系統(tǒng)的測試上也是不足的。儲熱系統(tǒng)是一個綜合的系統(tǒng)，需要考慮的方面大體上有十個比較需要關注的，我在這里列了一下，它的前景應該是具有好的一種儲熱方式。我在這里列一下中高溫的還有相變儲熱跟熱化學儲熱存在的未來一些方面的研發(fā)跟技術開發(fā)。謝謝大家。
主持人：謝謝趙所長的分享，我覺得每年的儲能大會都會有一些新的東西帶給我們。下面是最后一個重要壓軸報告，是清華大學的戴興建教授，他給我們帶來的主題是飛輪儲能技術發(fā)展歷程50年評述，有請戴老師。
清華大學教授 戴興建
戴興建：這個報告不是押軸的，押軸的是張老師的報告，因為這個順序調了一下，這是倒數第二個。感謝大家的堅守，前面張老師對飛輪儲能已經有一個介紹了，我為什么說這個50年呢？我們飛輪在清華堅持了20多年。在60年以前飛輪儲能已經能夠用在車上作為一個所謂的新能源車，它是純電動的公交車，它只能開1.2公里再次充電，它上頭有三根電纜，就跟現在的無軌電車一樣，但是無軌電車是沒有線的，是到了站以后充電。這個車在比利時的博物館里面，現在還能看到。這個飛輪技術過了50年，現在又用到一個做混合動力車的公司的電源系統(tǒng)，它是一種高功率的能量回收系統(tǒng)。在最近10年、20年，或者最近70年石油危機也想解決車上能源的問題，但是沒有解決，但是飛輪儲能解決了能量回收和啟動的加速功率。飛輪這里邊用的能量很小，也就半度電，但是它能輸出100到120千瓦的高功率。這個圖表示的是飛輪儲能雖然搞了好幾十年，它一直是受到一個小眾的關注或者是研究。在這里頭的表，從右邊那個表反映我們中國在飛輪儲能還是做了一些工作，發(fā)表論文最多的還是美國。
前面他們已經談到了很多東西，我就不在這里重復了。這是美國的公司，這個也是比較早的一個公司，它的特點是36000轉，我們可以看到它的功率非常大，飛輪儲能是功率性的技術，但是它的能量很小。這是AP的，AP的東西在全球都在賣，賣了大概好幾千套，他們主要是做這個發(fā)電組，叫不間斷供電，原來一般是用這個鉛酸電池。我們國內大概最近幾年也成立了幾家公司做這個，剛才我們都把它戴個帽子說短使大功率的。盾石磁能的這套飛輪裝置，在中國繼續(xù)用到一些特定的場合還是正在努力過程中。關鍵技術方面，可能前面已經提到過了，我在這里也不說了。單個的飛輪從研發(fā)到現在，我們剛才說一兩度電到最大的130度電，剛才張國民老師也說了日本做了一個100度電的超級大的飛輪，好幾噸。130度電的是美國做的，我們學校在復合材料方面做的速度還算比較高，最高到了850米，這個飛輪是用紡織復合材料，像我們織布一樣織出來的，這一個新的技術，這個記錄的保持者是在美國，1400米，國內跟國外的差距還是比較大的。我們也可以用低成本的金屬材料，像這個200多米的是工程上正在用的。飛輪要想做到把這個度電或者能量提高，軸承技術需要突破，需要配合剛才張老師講的超導磁懸浮技術。電機也是個關鍵技術，能量的轉換效率就決定了這個電機的效率?？偟膩砜矗w輪儲能技術的特性儲的能量就是1到130千瓦時能量，飛輪儲能技術的特點在于它單個，就是一套裝置可以做到100到2400千瓦，這是一個很大的功率。效率也比較高，壽命也比較長，所以我們一般認為它是一個分秒級的大功率的長壽命的高效率的功率型的儲能技術。
剛才說這個飛輪儲能技術的難點是在這個高速還有高轉速，高轉速對軸承的要求很高，還有這個損耗。我們一直講這個飛輪儲能為什么不能存太多的能量，因為長時間之后自己存的能量都白白消耗掉了。我們清華從九幾年開始研究，頭十年是在實驗室里做研究，最近這幾年我們根據市場的需求，我們可以看到從瓦級提高1千倍，到了1兆瓦。能量是從半度電到十幾度電，1兆瓦的這個系統(tǒng)實際上可以在工程上考核應用的階段。飛輪儲能的這些應用我就過一下，剛才他們也提到了。這是2016年3月份研制的這個1兆瓦60MJ的飛輪儲能系統(tǒng)，看上去還是比較笨重的，但是它是用在石油行業(yè)，石油行業(yè)在野外，對這個沒有什么要求，只要求你可靠。在這里頭我們飛輪儲能系統(tǒng)只是這個大系統(tǒng)的一個小的點，是儲能的。這樣一個混合動力的方式一定能夠節(jié)省能量，我們這套裝置做了一個小的視頻，請大家觀看一下。這是在下放，這是一個30噸的起重機，下放的時候我們通過這個絞車把這個增速，然后回收發(fā)電機，發(fā)出來的電給這個飛輪充電，我們研究的1兆瓦的這套裝置在充電。我們可以看到飛輪的速度上升，回收的能量存起來了。當然回收能量還不夠，我們還要通過一個小的柴油發(fā)電機給它補充能量。然后把這個放下的重物提起來，飛輪發(fā)電驅動剛才這個調控電機，把這個重物提起來了，模擬把這個鉆機提起來，這個電能釋放出去了。這是去年做的模擬實驗。去年年底11月份到12月份這套裝置真正的去打了一口3500米的井，運行了7200多次，沒有任何問題。這套裝置移運到現場又考核了我們這套飛輪機組在公路上機動的特性。在這個模擬考核中我們的節(jié)油是25.4%，這個范圍是和我們的混合動力車是一樣的，范圍是類似的。這是我們在做的過程中的一些數據，經過最后的分析，油耗減少了17.4%，這是真正的打一口井。
飛輪儲能在國內國外做了這么多年，我們覺得有這么幾個觀點。第一是在車輛混合動力、風力發(fā)電和電網調頻應用領域有望在3到5年內實現小規(guī)模的示范應用，但是這個受能源價格和新能源發(fā)電市場的影響。微網級短時間功率型應用具備了基本條件，但是大電網的還需要進一步積累。飛輪儲能技術發(fā)展了50年，還存在著一定的發(fā)展前景，比較難的問題是這個新型的轉子的高比強度的新材料，還有就是軸承技術，最后這個電機技術決定了這個系統(tǒng)的效率。我們剛才那個1兆瓦的充放電循環(huán)效率可以達到86%以上。雖然它原來是一個分秒級的，現在也希望把它發(fā)展成一個分時級的用途。我們覺得需要找準用途，解決工程實際問題，我們做的這個1兆瓦的系統(tǒng)就是這么一個案例。我們希望把千瓦成本降下了，提高經濟性。我們希望能做到1兆瓦到100兆瓦，放電時間從十秒到1000秒，千瓦的成本能在2000到3000元。和它競爭的也有兩個技術，一個是超級電容，還有就是功率型化學電池。我的報告就到這里，謝謝大家。
主持人：非常感謝，今天下午先進儲能分會場的報告就全部結束了，非常感謝大家的支持。祝賀第七屆中國國際儲能大會圓滿成功。謝謝各位。
（本文根據現場錄音整理，未經本人審核）
