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燃料电池除了续航能力以外,在使用成本上相比锂电池有优势吗?

钜大LARGE  |  点击量:1085次  |  2019年11月22日  

未来的LIB和燃料电池/氢将成为主要的存储技术


英国帝国理工学院(a)研究人员所展示的放电频率和放电时间成本竞争力最高的技术。对九种技术(LIB电池,FC/氢,NAS(钠-硫)电池,铅(Pb)电池,氧化还原液流钒利用率(VRFB),空气压缩,抽水发电蓄能,风车,双电层电容器)从2015年到2050年的成本变迁进行了比较。色密度越高,成本竞争力越高。纵轴的放电时间与功率容量和备用容量等高相关,这意味着,只要放电时间越长,放电频率越小(左上区域)就越适合大容量的电量储存。2040年,LIB电池将部分取代抽水蓄能发电的主要应用,而FC/氢气已确立了其大型电力的储备技术地位。如假设抽水蓄能发电不能使用,2030年后FC/氢气和LIB将变成新的两大储能技术(b)。


根据这一推测,成本竞争力强的LIB电池取代的将不是FC电池而是抽水发电。2015年左右抽水发电成本最低的许多地区将在2040年被LIB电池取代。虽然抽水蓄能发电和LIB的边界在2015年重点放在放电是否超过1小时,但到了2040年后LIB价格大幅下降,甚至到放电需要12小时的一些用途上,LIB都能体现出成本优势。


目前,日本及欧美电力系统都已经开始大量引入LIB以维持电力产量水平。例如,GSYuasa计划在2020财年之后向北海道电力公司的电力系统引入额定输出功率为240兆瓦,容量为720兆瓦时的LIB电池。在考虑LIB的成本时,重要的不仅仅是容量,而是额定输出和容量之间的关系。上述情况下的容量额定输出为3小时。鉴于上述论文,考虑到2015年后LIB的价格下跌,将其与抽水蓄能发电区分是合理的。反过来假设要在此额定输出下继续放电24小时,则需要5.76GWh(5760MWh)的容量,目前来说是不现实的。


另一方面,在更长充放电时间的使用用途上,FC/氢技术也逐渐侵蚀当前的抽水蓄电的使用区域,2040年之后将成为持续3天以上放电用途中成本最为低廉的技术。事实上,在英国,氢被用作储存数月电力的一种储存技术已经在使用。


顺便说一下,抽水蓄能发电是一个非常大的储能系统,使用两个水坝,其环境负担很高,因此未来很难增加建设。车载应用肯定是无法实现,并且其他可用的场景也是有限的。如果将抽水蓄能和空气压缩从上面的选择项中去除,则到了2030年能够留下来的就是LIB和FC/氢,以及风车发电或双层电容器。这之后的20年至2050年情况可能都不会发生太大变化,除非出现意想不到的新技术,否则LIB和FC/氢的两大技术时代将至少持续数十年。


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