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中國科學(xué)院院士趙天壽:面向碳中和目標(biāo)的儲(chǔ)能技術(shù)展望
2022-06-07

5月27日,國軒高科第十一屆科技大會(huì)在合肥舉行,中國科學(xué)院院士趙天壽教授以《面向碳中和目標(biāo)的儲(chǔ)能·技術(shù)展望》進(jìn)行了演講分享。闡述了碳中和與儲(chǔ)能關(guān)系;探討了儲(chǔ)能技術(shù)現(xiàn)狀;并介紹其團(tuán)隊(duì)研發(fā)的一種新型的儲(chǔ)能方法——燃料電池儲(chǔ)能。

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碳中和和儲(chǔ)能

趙天壽教授表示,碳中和是習(xí)主席在國際上的莊重承諾。我國二氧化碳排放力爭在2030年前達(dá)到碳達(dá)峰。解決這一問題,太陽能和風(fēng)能的占比要達(dá)到60%以上,但是目前我們只有5%的占比,挑戰(zhàn)非常大。

過去十幾年,光電和風(fēng)電發(fā)展迅速,主要是成本大幅降低。儲(chǔ)能是未來能源系統(tǒng)中不可缺少的關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié),儲(chǔ)能能夠平移能量的波動(dòng),實(shí)現(xiàn)能量平滑、穩(wěn)定的輸出,以提高能源,特別是電力實(shí)際利用的一個(gè)水平。

要實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo),對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)有許多要求。對(duì)此他指出,首先是要規(guī)模化,另外,儲(chǔ)能技術(shù)需要沒有地域的限制,安全、穩(wěn)定、成本低、壽命長,而且特別是為了實(shí)現(xiàn)碳中和這樣的目標(biāo),還要有長時(shí)的儲(chǔ)能能力。

目前的儲(chǔ)能技術(shù)現(xiàn)狀

據(jù)趙天壽教授介紹,目前儲(chǔ)能技術(shù)包括機(jī)械儲(chǔ)能、電子儲(chǔ)能、電池儲(chǔ)能、燃料儲(chǔ)能、冷熱儲(chǔ)能等等。

抽水蓄能是一種物理儲(chǔ)能的方式,它的技術(shù)優(yōu)勢是儲(chǔ)能時(shí)間長、規(guī)模大、壽命長,可以應(yīng)用在不同的場景。但有地域的限制,還需經(jīng)過環(huán)境審批,建設(shè)的周期比較長。

壓縮空氣也是物理儲(chǔ)能。和抽水蓄能具有相同的規(guī)模大、儲(chǔ)能時(shí)間長、壽命長等優(yōu)勢,但是壓縮空氣儲(chǔ)能效率有待提高。

鋰離子電池儲(chǔ)能能量密度高,響應(yīng)快,使用便捷。主要的問題是安全性、壽命需要提高。近年來,鋰離子電池儲(chǔ)能的技術(shù)快速地增長,在電化學(xué)儲(chǔ)能中占主導(dǎo)的地位。

液流電池其電解液和電池本身是分開的,也因此容易規(guī)?;H萘靠梢酝ㄟ^電解液罐來調(diào)整,且安全,無任何向變,壽命很長。但成本還有待降低,能量密度也相對(duì)低。

氫燃料儲(chǔ)能是另一種電化學(xué)儲(chǔ)能。氫燃料是通過電解水,利用光電和風(fēng)電、可再生能的電來電解水制氫。整個(gè)過程無污染,而且沒有任何地域的限制。但成本有待降低,且儲(chǔ)氫、運(yùn)氫具一定的風(fēng)險(xiǎn)、挑戰(zhàn)。

甲醇燃料作為儲(chǔ)能介質(zhì)也是一種方法。它是氫氣通過二氧化碳還原變成甲醇液態(tài)的燃料,液態(tài)能量密度會(huì)高,使用方便。但效率還相對(duì)比較低,供應(yīng)成本、功率密度都需要進(jìn)一步地發(fā)展。

新型的儲(chǔ)能方法——燃料電池

既然石油是太陽能的能量載體,有沒有其他的清潔的、可再生的、可流動(dòng)的電能載體?為此趙天壽教授提出了一種液態(tài)的能量載體思路,可以儲(chǔ)存電能,可以充電、放電,反復(fù)循環(huán)充放電叫電燃料。

目前,其團(tuán)隊(duì)研制的電燃料有三類,包括無機(jī)電燃料、有機(jī)電燃料和納米流體電燃料。不同的電燃料有不同的性質(zhì)、有不同的成本、有不同的應(yīng)用。電燃料這樣一個(gè)能量載體,就可以形成一種新型的儲(chǔ)能系統(tǒng),包括充電裝置、放電裝置,放電裝置叫做電燃料電池。

充電裝置沒有任何地域和地理限制,隨時(shí)隨地遍布在大地上的光和風(fēng)變?yōu)殡娙剂?,高效的提供新的能源?dòng)力。充好電的電燃料,由于是液態(tài)可輸運(yùn)不同的需要地方。可并網(wǎng)也可以離網(wǎng)供電。整個(gè)能量轉(zhuǎn)化過程都是一種“電到電”的一種轉(zhuǎn)化過程,所以有非常高效的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。

會(huì)上趙天壽教授還介紹了其團(tuán)隊(duì)研發(fā)的一種電燃料充電裝置,其優(yōu)勢在于電燃料儲(chǔ)能技術(shù)具有獨(dú)立的充電與放電裝置,充電裝置可以隨時(shí)隨地高效充電,連續(xù)高效的穩(wěn)電放電。隨著這種技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展,可為大規(guī)模、長時(shí)間、不受地域限制儲(chǔ)能提供保障。


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