第一节 所处产业链的位置
产业链是一个包含价值链、企业链、供需链和空间链四个维度的概念。 产业链是产业经济学中的一个概念,是各个产业部门之间基于一定的技术经济关联,并依据特定的逻辑关系和时空布局关系客观形成的链条式关联关系形态。储能电池处于产业链的中游位置。
第二节 上游 行业 发展状况 分析
1、铅
铅是铅酸储能电池的主要原材料。
铅在我国的发展已经有千百年的历史.在我国古代青铜器铸造中已用了铅,据史料记载至迟在10世纪的五代就已能冶炼。贵州赫章志上即有该县妈姑地区在五代后汉高祖天福年间(公元947年)开始炼锌的记载。
明、清时锌主要用配制黄铜,供铸钱及制造各种器皿用。约在17世纪初开始向欧洲出口锌锭。1745年从广州装运锌锭的一艘船在瑞典哥德堡触礁沉没,1872年被打捞起一部分锌锭,经 分析 锌含量达98.99%,可见当时中国冶炼锌的水平是相当高的。
中国古代不仅对铅锌的冶炼和利用有重要创举,而且很早就认识了铅锌矿的产出分带性。在《管子·地数篇》中就记载“上有陵石者,下有铅锡赤铜”,“上有铅者,其下有银”.当代许多铅锌矿床的勘查有不少的矿区都是通过古矿硐和冶炼炉渣遗址等发现的。
近百年来,在旧中国时期铅锌业基础薄弱,只有几个规模小的矿山和工厂,采矿、选矿、冶炼基本上土法生产,最高年产量,铅8900t、锌7100t。新中国成立后,铅锌业发展很快。经过40多年来的大规模地质勘查,探明了丰富的铅锌矿产资源,建设了一大批国营大中型铅锌矿山和冶炼厂,形成了较大的采选冶生产能力,产量居于世界前列。1996年铅精矿(金属含量,下同)产量64.3万t,锌精矿(金属含量,下同)产量112.1万t。铅锌金属产量(含矿产产量和杂产产量):铅70.6万t,居世界第2位;锌118.4万t,居世界第1位。现在不仅满足国内需求,而且还出口铅锌产品,成为世界铅锌生产大国之一。
2、碳酸锂
碳酸锂是锂储能电池的主要原材料。
目前全球碳酸锂主要产能集中在SQM、FMC、和Chell三家手中,这三家公司产能约占全球产能的73%。
我国虽然拥有资源价值较高的盐湖,但到2004年才取得高镁低锂老卤溶液提纯碳酸锂的关键技术突破,使得我国能够进入全球碳酸锂市场。目前我国碳酸锂的产能仅有3.3万吨。国内主要生产企业为中信国安、西藏矿业。
从产地来看,我国碳酸锂产地主要为西藏、青海地区。目前西川阿坝、新疆等地因为锂矿资源的减少,该地区碳酸锂生产已经基本关闭。
从2008年起,碳酸锂产能将进入释放周期,预计2010年中国的碳酸锂产量将达到4.5万吨,设计产能超6万吨,中国将成为碳酸锂出口国。
第三节 下游产业发展情况 分析
下游产业——光伏产业
光伏发电实际上就是太阳能电池在光伏产业链下游产业集群的核心功能价值表现。不过,具体到光伏产业链的下游企业,除太阳能电池并网发电在发电工程等领域的具体应用外,还包括太阳能电池组件的生产和安装,以及太阳能光伏电池与机电产业、建筑材料的结合利用(光伏集成建筑)等方面。太阳能电池组件由于技术含量低、投入小,属于劳动密集型产业,相对于整个光伏产业而言,目前在国内市场的准入门槛还不是太高。
如前所述,光伏发电之所以能迅速进入千家万户,主要得益于世界各国政府行之有效的引导与激励措施。如,德国对光伏发电主要采用两种鼓励方法:一是用高价收购居民的太阳能电力,汇入总电网,每度收购价约0.53欧元,而居民使用太阳能电力的价格则与普通电价相同,每度收购价约0.21欧元,因此激发了居民在自家屋顶、庭院安装太阳能发电设备的自觉性;二是贷款优先,并对贷款贴息3%,鼓励居民购买安装太阳能发电设备。日本为鼓励百姓使用太阳能电力,也采用了补贴方法:居民安装太阳能发电设备所花费的投资由政府补贴50%,太阳能所发的电并入电网,政府高价收购,居民用电的价格则低于收购价格。
在我国,除《新能源法》对光伏发电提供明确的法律支持与相关部委提供产业发展的方向支持外,一些地方政府也相继采取更具体、更行之有效的措施扶持光伏发电企业。2005年10月,上海市政府联合众多太阳能知名企业启动了“十万屋顶光伏发电计划”,拉开了国内太阳能发电大规模应用的序幕。
光伏发电对不新能源进行替代,价格是显见的瓶颈。不过,如果这种替代是放在市场拾遗补缺的角度,价格的瓶颈制约则不复存在。如,在通信、交通、国防、海事以及灯饰、玩具等,凡是有需要利用光电的市场领域,太阳能的光电替代率正占据越来越大的市场份额。
有《新能源法》的推动和国家其他政策的支持,到2020年,光伏发电成本大幅度降低,光伏发电电价就有望接近或达到常规能源电价了。届时,大规模应用光伏产品已不是问题,整个光伏 行业 产业化之路也会越走越宽。从大方向来看,光伏产业不是想不想发展,而是必须发展,而且必须大发展,这是个必然趋势。
第四节 产品技术发展现状
我国企业已掌握大规模储能的关键技术,拥有自主知识产权。如北京普能公司通过收购加拿大VRBPOWER公司,已在世界上拥有钒电池50%以上的核心发明专利,其中15项核心专利已在全球24个国家和地区得到应用。
在电池关键材料方面,国内企业也呈现出强大的创新能力,屡屡突破国外企业对产品的垄断和专利封锁。北京金能燃料电池公司利用自创的树脂溶解铸膜法,已批量生产出全氟离子膜,打破了美国杜邦公司长期以来的市场垄断。
深圳星源材料公司通过近5年的自主研发,目前已掌握了生产锂离子电池所用关键材料隔膜的核心技术和生产工艺,并已利用国内生产成本低的特殊优势,迅速打破了日、美等国少数公司对隔膜材料的垄断。深圳方德纳米科技公司利用纳米技术,已成功研制出纳米磷酸铁锂正极材料,主要技术指标全球领先。
储能技术正朝着大容量、高转换率和应用低成本的方向发展,这为同时拥有自主知识产权和低成本生产优势的中国企业,提供了难得的领先机遇。如果政策到位,我国储能产业既可快速成长为在全球有重要影响的新兴战略性产业,又会极大地促进国内新能源的规模化发展。
1、全钒液流储能电池试验 研究
2009年5月,西藏能源 研究 示范中心派出科研人员前往大连详细了解《全钒液流储能电池》实验 研究 进展情况,并就液流储能电池系统集成及在太阳能发电中的应用示范与中科院大连化学物理 研究 所《全钒液流储能电池》课题组人员进行了交流,为实施好区—院合作《液流储能电池系统集成及在太阳能发电中的应用示范》项目奠定了坚实的基础。
此次在连之行,商定了全钒液流储能电池的输入电压、输入电流、放电电压、放电电流等技术参数以及对控制器、逆变器、太阳能电池系统的技术需求,并指出了负载系统应尽可能多的采用纯电阻式负载,尽量避免使用感性、容性负载,系统在设计上应该考虑向高电压、低电流的应用方向发展,系统设计时要充分考虑西藏的高原地域特性(温度、气压、氧浓度等),各部件要能在高原地区使用等技术上应注意的事项。
全钒液流储能电池具有使用时间长(约15年左右)、储能效率高等特点,在西藏实施《液流储能电池系统集成及在太阳能发电中的应用示范》项目,对于减少因频繁更换蓄电池造成的环境污染,降低使用成本,提高太阳能光伏电站的使用效率,更好的造福农牧民群众具有十分重要的意义。
2、钠硫储能单体电池
中国科学院上海硅酸盐 研究 所和上海市电力公司经过多年合作,日前成功研制出具有自主知识产权的容量为650Ah的钠硫储能单体电池,使我国成为继日本之后世界上第二个掌握大容量钠硫单体电池核心技术的国家。
钠硫电池,是一种以金属钠为负极、硫为正极、陶瓷管为电解质隔膜的二次电池。在一定的工作温度下,钠离子透过电解质隔膜与硫之间发生可逆反应,形成能量的释放和储存。由于具有容量大、体积小、能量储存和转换效率高、寿命长、不受地域限制等优点,钠硫储能电池是目前最经济实用的储能方法之一。
上海硅酸盐所和上海市电力公司于2007年8月共建了“上海钠硫电池研制基地”,从事大容量城网储能电池模块、电网接入系统和储能系统的研制。科研人员突破了钠硫电池制备的关键核心制造技术,研制了170多台套具有自主知识产权的生产与性能评价装备,贯通了年产2兆瓦钠硫储能电池中试线,实现了10千瓦储能系统成功演示;根据要求,形成了完整的质量控制文件;建立了多重安全体系,识别并评价 研究 、生产过程的危险源,提出应急控制措施;申请了核心专利。
目前,双方正加紧筹划钠硫电池的产业化发展,计划在今年底前研制出百千瓦级的钠硫电池储能系统,并将在2010年上海世博会上进行展示。
3、锂离子储能电池
近年来,随着锂电池技术的不断进步,电池容量有所提高。
锂离子电池是20世纪90年代开发最为成功的新型绿色二次电池,近几年来发展迅猛,在小型二次电池市场中占据了最大的市场份额,已成为化学电源应用领域中最具竞争力的电池。锂离子电池随着技术的不断进步已经在人们的生活中得到了广泛的应用,如便携式电子产品、新能源交通工具及储能等领域。 研究 表明,相对于铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池等二次电池,锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、自放电率小、无记忆效应和绿色环保等突出优势。
此外,锂离子电池在能源储备领域也有重要应用,首先可以解决电网用电的峰谷调节难题。其次,清洁能源中如风能、太阳能、潮汐能等都是间断性的能源,锂电储能设备配合上述清洁能源的使用,在发电时储能,在间断期间释放能量,能有效地缓解我国能源紧缺的现状。
目前我国以中聚雷天控股有限公司为代表的企业已经显现了锂离子储能电池技术及生产成本上的突破。
第五节 产品工艺特点或流程
以下以国际 市场发展 较快的全钒液流储能电池为例:
全钒液流储能电池在近20年的发展比较迅速,工业发达国家已将其作为能源领域发展的不可分割的组成部分,开展实用化和产业化 研究 开发,在日本等国家已实现了商业化运行。主要应用领域包括调节可再生能源发电、电网调峰、平衡负载以及用作小型备用电站等。进行示范或商业运行的全钒液流电池的功率从数kw至6MW。运行时间最长的全钒液流电池模块已正常运行8年,循环次数超过16000次,能量效率超过75%。在我国大功率、大容量的全钒液流储能电池系统的研制刚刚起步,但进步较快。
实现全钒液流储能电池的实用化,需解决电池系统的规模放大、系统运行可靠性和耐久性的提高、以及电池关键材料的制备技术等关键问题。本文主要介绍大连化学物理 研究 所在大功率全钒液流储能电池模块研制和提高电池系统运行耐久性和可靠性等方面取得的 研究 进展。已研制成功输出功率5kW的全钒液流储能电池模块,其能量转换效率达到80%。用1.5kW的全钒液流储能电池模块进行了连续运行试验,迄今电池模块已完成连续运行2500次充、放电循环;目前试验正在进行中。为进一步考核全钒液流储能电池系统运行的可靠性和耐久性,以及探索液流储能电池与用户负载之间电力电子接口设备和控制软件的研制,我们完成了一套由千瓦级电池模块、电控系统、以及LED屏幕组成的演示系统的研制工作,实现了利用储能电池储存夜间电能,并在日间对LED屏幕进行供电。截止8月15日,该系统连续运行已超过1000小时。
第六节 国内外技术发展趋势 分析
全球储能技术主要有物理储能、化学储能和电磁储能(如超导电磁储能等)三大类。
目前技术进步最快的是化学储能,其中钠硫、液流钒及锂离子电池技术在安全性、能量转换效率和经济性等方面取得重大突破,产业化应用的条件日趋成熟。钠硫电池的充电效率已可达到80%,能量密度是铅酸蓄电池的3倍,循环寿命更长。日本在此项技术上处于国际领先地位。
2004年日本在Hitachi自动化工厂安装了当时世界上最大的钠硫电池系统,容量是9.6兆瓦时/57.6兆瓦时。液流钒电池的基础材料是钒,该电池具有能量效率高、蓄电容量大、能够100%深度放电、寿命长等优点,已进入商业应用阶段。锂离子电池的基础材料是锂,已开始在电动自行车、电动汽车等领域应用。近年来由于磷酸亚铁锂、纳米磷酸铁锂等新材料的开发与应用,大大改善了锂离子电池的安全性能和循环寿命,大容量锂电池储能电站正逐渐兴起。
液流储能电池系统通常又被称为氧化还原液流储能电池,是由Thaller,L.H.(NASA Lewis Research Center,Cleveland,United States)于1974年提出的一种电化学储能原理。
液流储能电池系统由电堆、电解质溶液,以及电解质溶液储供体系、系统控制体系、充放电体系等部分组成。液流储能电池系统的核心是电堆,由数十节乃至数百节进行氧化-还原反应,实现充、放电过程的单电池按设计要求串、并联而成,结构与燃料电池的电堆有类似之处。
与通常蓄电池中活性物质被包含在电池的正负极内不同,液流电池中的正、负极氧化还原活性物质,分别溶解于装在两个储液罐中的电解质溶液中,各用一个泵使溶液流经液流电池。电解质在电堆中循环流动,并在离子交换膜两侧的多孔电极上分别发生还原和氧化反应。反应过程中,为了在电池内部形成闭合回路,以及保持膜两侧溶液的电荷平衡,必定有一种离子同步地由膜的一侧通过离子交换膜向另一侧溶液迁移。不同活性物质组合成的电化学体系,各有其特定的反应历程、反应产物和迁移离子。
液流储能电池系统性价比高,在性能和成本上优势明显。由于在成本和效率方面具有的突出优点,液流储能电池应是大规模电能储存的首选技术和发展趋势。
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