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中国科学院院士赵天寿 面向碳中和目标的储能技术展望

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  5月27日,国轩高科第十一届科技大会在合肥举行,中国科学院院士赵天寿教授以《面向碳中和目标的储能·技术展望》进行了演讲分享。阐述了碳中和与储能关系;探讨了储能技术现状;并介绍其团队研发的一种新型的储能方法——燃料电池储能。

  碳中和和储能

  赵天寿教授表示,碳中和是习主席在国际上的庄重承诺。我国二氧化碳排放力争在2030年前达到碳达峰。解决这一问题,太阳能和风能的占比要达到60%以上,但是目前我们只有5%的占比,挑战非常大。

  过去十几年,光电和风电发展迅速,主要是成本大幅降低。储能是未来能源系统中不可缺少的关键的一个环节,储能能够平移能量的波动,实现能量平滑、稳定的输出,以提高能源,特别是电力实际利用的一个水平。

  要实现碳中和目标,对储能技术有许多要求。对此他指出,首先是要规模化,另外,储能技术需要没有地域的限制,安全、稳定、成本低、寿命长,而且特别是为了实现碳中和这样的目标,还要有长时的储能能力。

  目前的储能技术现状

  据赵天寿教授介绍,目前储能技术包括机械储能、电子储能、电池储能、燃料储能、冷热储能等等。

  抽水蓄能是一种物理储能的方式,它的技术优势是储能时间长、规模大、寿命长,可以应用在不同的场景。但有地域的限制,还需经过环境审批,建设的周期比较长。

  压缩空气也是物理储能。和抽水蓄能具有相同的规模大、储能时间长、寿命长等优势,但是压缩空气储能效率有待提高。

  锂离子电池储能能量密度高,响应快,使用便捷。主要的问题是安全性、寿命需要提高。近年来,锂离子电池储能的技术快速地增长,在电化学储能中占主导的地位。

  液流电池其电解液和电池本身是分开的,也因此容易规模化。容量可以通过电解液罐来调整,且安全,无任何向变,寿命很长。但成本还有待降低,能量密度也相对低。

  氢燃料储能是另一种电化学储能。氢燃料是通过电解水,利用光电和风电、可再生能的电来电解水制氢。整个过程无污染,而且没有任何地域的限制。但成本有待降低,且储氢、运氢具一定的风险、挑战。

  甲醇燃料作为储能介质也是一种方法。它是氢气通过二氧化碳还原变成甲醇液态的燃料,液态能量密度会高,使用方便。但效率还相对比较低,供应成本、功率密度都需要进一步地发展。

  新型的储能方法——燃料电池

  既然石油是太阳能的能量载体,有没有其他的清洁的、可再生的、可流动的电能载体?为此赵天守教授提出了一种液态的能量载体思路,可以储存电能,可以充电、放电,反复循环充放电叫电燃料。

  目前,其团队研制的电燃料有三类,包括无机电燃料、有机电燃料和纳米流体电燃料。不同的电燃料有不同的性质、有不同的成本、有不同的应用。电燃料这样一个能量载体,就可以形成一种新型的储能系统,包括充电装置、放电装置,放电装置叫做电燃料电池。

  充电装置没有任何地域和地理限制,随时随地遍布在大地上的光和风变为电燃料,高效的提供新的能源动力。充好电的电燃料,由于是液态可输运不同的需要地方。可并网也可以离网供电。整个能量转化过程都是一种“电到电”的一种转化过程,所以有非常高效的能量转换系统。

  会上赵天寿教授还介绍了其团队研发的一种电燃料充电装置,其优势在于电燃料储能技术具有独立的充电与放电装置,充电装置可以随时随地高效充电,连续高效的稳电放电。随着这种技术进一步发展,可为大规模、长时间、不受地域限制储能提供保障。

  简介:赵天寿,中国科学院院士、能源科学与工程热物理专家。1983年毕业于天津大学热物理工程系,1986年获该校硕士学位,1995年获得美国夏威夷大学博士学位。现任南方科技大学讲席教授、美国机械工程师学会(ASME)Fellow、英国皇家化学学会(RSC)Fellow、曾获Croucher资深研究成就奖、何梁何利基金科学与技术进步奖、国家自然科学二等奖、香港科大工程学杰出研究成就奖。入选Clarivate/Thomson Reuters 全球高被引科学家和最有影响力科学思想名录。任国际期刊international Journal of Heat and Mass Transfer主编与Energy & Environmental Science顾问编委。


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