目前，針對(duì)鈉硫電池存在一些質(zhì)疑的聲音，認(rèn)為鈉硫電池短期內(nèi)難以真正實(shí)現(xiàn)商用。為此，《科學(xué)時(shí)報(bào)》記者就這些問題采訪鈉硫電池的研發(fā)人——中科院上海硅酸鹽所研究員溫兆銀、劉宇，高級(jí)工程師曹佳弟等人。

問題一：安全問題

“安全問題更準(zhǔn)確地說應(yīng)該是運(yùn)行可靠性的問題。”

質(zhì)疑：鈉硫電池的運(yùn)行溫度在300～350℃之間，如果陶瓷電介質(zhì)一旦破損形成短路，高溫的液態(tài)鈉和硫就會(huì)直接接觸，發(fā)生劇烈的放熱反應(yīng)，產(chǎn)生2000℃的高溫，相當(dāng)危險(xiǎn)。

從鈉硫電池實(shí)現(xiàn)商用之后，日本媒體進(jìn)行了大量的宣傳報(bào)道，希望改變公眾的觀念，接受鈉硫電池。

事實(shí)上，任何儲(chǔ)能系統(tǒng)都是能量聚集系統(tǒng)，都存在安全隱患。由于采用陶瓷做固體隔膜，沒有氣體存在，因此不會(huì)爆炸。跟某些其他電池比起來，鈉硫電池事故率很低。

鈉和硫一旦直接接觸，存在安全隱患，因此我們?cè)诮Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采取了很多安全措施，層層設(shè)防，保證即使陶瓷損害也不會(huì)簡(jiǎn)單接觸、即使電池?fù)p壞也不會(huì)簡(jiǎn)單外溢。

硅酸鹽所的鈉硫電池目前沒有發(fā)生過安全事故，正在進(jìn)行長(zhǎng)期運(yùn)行的可靠性驗(yàn)證。

問題二：壽命問題

“一旦使用實(shí)用化材料和部件，產(chǎn)品壽命能達(dá)到10年。”

質(zhì)疑：壽命短影響其性價(jià)比，難以商用。

溫兆銀：鈉硫電池和其他電池不同，沒有任何副反應(yīng)，活性物質(zhì)可以被可逆的利用而不被損耗。由于金屬零部件在硫以及硫化物介質(zhì)中高溫下長(zhǎng)時(shí)間工作會(huì)有腐蝕，影響其壽命，所以鈉硫電池的金屬部件都采用了特殊的防腐蝕措施進(jìn)行保護(hù)。

硅酸鹽所目前實(shí)驗(yàn)的鈉硫電池的壽命期望值是8年，初期的退化衰減水平基本和日本相近。一旦到產(chǎn)業(yè)化階段，材料與電池的一致性得到解決，電池壽命可達(dá)到10年以上，目前日本產(chǎn)品的水平是15年左右。

問題三：溫度問題

“模塊具有很好的保溫功能，能維持一段時(shí)間的低功率運(yùn)行。”

質(zhì)疑：鈉硫電池在300℃才能啟動(dòng)，存在保溫耗能的問題，啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)在一定程度上限制了其應(yīng)用。

曹佳弟：鈉硫電池在充電時(shí)吸收能量，需要額外的電能加熱，在放電的同時(shí)放熱，足以維持運(yùn)行所需的溫度。

同時(shí)，硅酸鹽所研發(fā)的電池模塊具有很好的保溫功能，在沒有供電加熱的情況下也能長(zhǎng)時(shí)間保溫。目前NGK公司的產(chǎn)品從運(yùn)行溫度冷卻到室溫大約需要半個(gè)月時(shí)間，在斷電后的一個(gè)星期還能維持低功率運(yùn)行。

問題四：廢電池處置問題

“日本已經(jīng)形成一套相當(dāng)成熟的回收技術(shù)。”

質(zhì)疑：損壞的電池難以處置，這也是鈉硫電池的軟肋之一。

劉宇：鈉硫電池跟其他電池不一樣，是可拆分電池，因此原理上說回收再利用率會(huì)較高——陶瓷部件和鈉、硫不相容，使用后可以完全分離，單獨(dú)再回收;鈉和硫部分的化合物可以可逆地分解形成鈉和硫;其他的金屬部件也可以回收再利用。

日本目前已形成一套相當(dāng)成熟的回收技術(shù)和工序。而硅酸鹽所目前也已初步形成一套清潔的回收技術(shù)工藝，在一些保護(hù)介質(zhì)里進(jìn)行拆分，鈉、硫及金屬都可以被回收甚至再利用。

不過，我國(guó)的鈉硫電池如何真正高效回收再利用還需要再進(jìn)行研究。

問題五：成本問題

“我們的價(jià)格不會(huì)比日本高。”

質(zhì)疑：國(guó)產(chǎn)鈉硫電池成本能否降低達(dá)到商用水平?

溫兆銀：目前在各種大容量?jī)?chǔ)能電池中，除了性能低的鉛酸電池，鈉硫電池是最便宜的。根據(jù)日本的數(shù)據(jù)，鋰離子電池的價(jià)格是鈉硫電池的3倍。液流電池也比鈉硫電池貴，因此鈉硫電池的成本比較有優(yōu)勢(shì)。

而且由于鈉、硫和陶瓷的原材料自然界儲(chǔ)量豐富、成本較低，同時(shí)鈉和硫都沒有特殊用途，影響其價(jià)格波動(dòng)的潛在因素比較少。

中國(guó)還沒做到大規(guī)模應(yīng)用，因此價(jià)格難以確定。未來成本下降的空間主要取決于產(chǎn)業(yè)化規(guī)模和制造技術(shù)。

目前NGK產(chǎn)品的價(jià)格在2000~2500元/千瓦時(shí)。我們的價(jià)格不會(huì)比國(guó)外高。

鐵鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可以作為多種電力能源與穩(wěn)定的電力需求之間的緩沖器，可以增加像風(fēng)能、太陽能等不穩(wěn)定電源的發(fā)電能力。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)由于風(fēng)速的變化而導(dǎo)致輸出功率振蕩，而儲(chǔ)能系統(tǒng)可以通過快速的響應(yīng)速度、幾乎相等的充放電周期等特性為風(fēng)機(jī)輸出提供穩(wěn)定性以及無功補(bǔ)償。與此同時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)電壓并在離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中控制系統(tǒng)頻率。

從經(jīng)濟(jì)的意義上來講，不確定功率輸出帶來的直接后果就是顧客支付意愿的下降或者由此導(dǎo)致的資本信用降低。為風(fēng)力發(fā)電機(jī)配置儲(chǔ)能系統(tǒng)將波動(dòng)性并向電網(wǎng)提供穩(wěn)定的電力輸出，這將提升風(fēng)力發(fā)電的電價(jià)水平。

鐵鋰電池系統(tǒng)組件

控制系統(tǒng)

鐵鋰電池能量存儲(chǔ)系統(tǒng)由可編程邏輯控制器(PLC)和人機(jī)界面(HMI)進(jìn)行控制。PLC系統(tǒng)的關(guān)鍵功能之一是控制儲(chǔ)能系統(tǒng)的充電時(shí)間和速率。例如：PLC可以接收用電價(jià)格的真實(shí)時(shí)間數(shù)據(jù)，并且根據(jù)允許的最大用電需求、充電狀態(tài)以及用電高峰/非高峰時(shí)的價(jià)格對(duì)比，決定怎樣快速地給電池系統(tǒng)重新充電。這個(gè)決策是動(dòng)態(tài)的而且能夠根據(jù)具體情況優(yōu)化。通過標(biāo)準(zhǔn)化的通信輸入、控制信號(hào)和電力供應(yīng)，它與系統(tǒng)其余部分集成在一起。它可以通過撥號(hào)或因特網(wǎng)進(jìn)行訪問。它有多重防衛(wèi)層以限制對(duì)它的不同功能的訪問，并且為遠(yuǎn)程監(jiān)控提供定制的報(bào)告和報(bào)警功能。

電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(PCS)

電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的功能是對(duì)電池進(jìn)行充電和放電，并且為本地電網(wǎng)提供改善的供電質(zhì)量、電壓支持和頻率控制。它有一個(gè)能進(jìn)行復(fù)雜而快速地動(dòng)作、多象限、動(dòng)態(tài)的控制器(DSP)，帶有專用控制算法，能夠在設(shè)備的整個(gè)范圍內(nèi)轉(zhuǎn)換輸出，即循環(huán)地從全功率吸收到全功率輸出。對(duì)無功功率以及有功與無功功率的任意需求組合，它都能正常工作。

鐵鋰電池電堆

電堆是由若干單電池組成。鐵鋰電池能源存儲(chǔ)系統(tǒng)能夠經(jīng)濟(jì)地存儲(chǔ)并按照需求提供大規(guī)模電力，主要模式是固定方式。它是一種長(zhǎng)壽命、少維護(hù)、高效率的技術(shù)，支持電力與儲(chǔ)能容量的無級(jí)擴(kuò)展。儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)于可再生能源供應(yīng)商、電網(wǎng)企業(yè)和終端用戶尤為有效。

鐵鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠應(yīng)用于電力供應(yīng)價(jià)值鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)，可將諸如風(fēng)能、太陽能等間歇性可再生能源電力轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的電力輸出;偏遠(yuǎn)地區(qū)電力供應(yīng)的最優(yōu)化解決方式;

電網(wǎng)固定投資的遞延，以及削峰填谷的應(yīng)用。儲(chǔ)能系統(tǒng)也能夠作為變電站及通信基站提供備用電源得到應(yīng)用。鐵鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)于環(huán)境友好，在所有的儲(chǔ)能技術(shù)中對(duì)于生態(tài)影響程度最低，同時(shí)不以鉛或鎘等元素為主要反應(yīng)物。 

可再生能源

鐵鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可以作為多種電力能源與穩(wěn)定的電力需求之間的緩沖器，可以增加像風(fēng)能、太陽能等不穩(wěn)定電源的發(fā)電能力。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)由于風(fēng)速的變化而導(dǎo)致輸出功率振蕩，而儲(chǔ)能系統(tǒng)可以通過快速的響應(yīng)速度、幾乎相等的充放電周期等特性為風(fēng)機(jī)輸出提供穩(wěn)定性以及無功補(bǔ)償。與此同時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)電壓并在離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中控制系統(tǒng)頻率。

從經(jīng)濟(jì)的意義上來講，不確定功率輸出帶來的直接后果就是顧客支付意愿的下降或者由此導(dǎo)致的資本信用降低。為風(fēng)力發(fā)電機(jī)配置儲(chǔ)能系統(tǒng)將波動(dòng)性并向電網(wǎng)提供穩(wěn)定的電力輸出，這將提升風(fēng)力發(fā)電的電價(jià)水平。

偏遠(yuǎn)地區(qū)供電

在人煙稀少的偏遠(yuǎn)地區(qū)，如海島，柴油發(fā)電機(jī)往往作為單一的能量來源。柴油發(fā)電機(jī)往往因?yàn)樨?fù)載的變化而以非額定功率工作，這使得燃油效率最高降低30%左右。

為離網(wǎng)供電系統(tǒng)配置儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠有效降低柴油消耗、運(yùn)維費(fèi)用、溫室氣體排放并延長(zhǎng)柴油機(jī)使用壽命。

風(fēng)力發(fā)電與光伏發(fā)電占柴油發(fā)電總量的比例不斷增加，當(dāng)該比例達(dá)到30%左右的時(shí)候，其帶來的不穩(wěn)定性將直接降低當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的可靠性，應(yīng)當(dāng)限制增加更多的可再生能源發(fā)電。然而通過配置儲(chǔ)能系統(tǒng)，該比例可以實(shí)現(xiàn)100%，而工程的回收期縮短至3年。隨著燃油價(jià)格的上漲，經(jīng)濟(jì)性會(huì)更加顯著。

通信基站

通信基站所使用的傳統(tǒng)電池系統(tǒng)往往被用作備用電源，保證每年5-20次左右的短時(shí)或瞬間電力故障，它們不需要頻繁的深度充放電循環(huán)。

5KW-8小時(shí)深度循環(huán)儲(chǔ)能系統(tǒng)的目標(biāo)市場(chǎng)是離網(wǎng)或弱電網(wǎng)區(qū)域的通信基站，將使得這些通信基站實(shí)現(xiàn)重復(fù)循環(huán)或者使用風(fēng)能、太陽能等混合系統(tǒng)供電。

儲(chǔ)能系統(tǒng)大大降低了運(yùn)營(yíng)成本、柴油消耗從而延長(zhǎng)了柴油機(jī)壽命并降低了通信基站對(duì)環(huán)境溫度變化的敏感性。

投資遞延

鐵鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠用來節(jié)約電網(wǎng)系統(tǒng)的固定設(shè)備投資;提高電網(wǎng)設(shè)備利用率，降低財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)，避免數(shù)額巨大的一次性投資且設(shè)備利用率極低的情況發(fā)生，將投資用于更需要、更重要的場(chǎng)合;降低最終用戶的使用成本。儲(chǔ)能系統(tǒng)在輸配電系統(tǒng)中可以實(shí)現(xiàn)的其它重要優(yōu)勢(shì)包括：

通過無功補(bǔ)償和電壓調(diào)節(jié)提高服務(wù)可靠性和電力質(zhì)量;

削峰填谷，存儲(chǔ)波谷電力在波峰時(shí)出售，由此降低高峰價(jià)格波動(dòng)的市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)并控制能源不均衡的高額費(fèi)用;通過本地供電、修正功率因數(shù)、調(diào)節(jié)電壓減少線損;減少線路擁堵，在能源供給的瓶頸部分提供順暢通道;提供旋轉(zhuǎn)備用、無功功率、振蕩補(bǔ)償以及黑啟動(dòng)能力; 

基本用戶可以實(shí)現(xiàn)在用電高峰使用谷值電力，增加設(shè)備使用價(jià)值以及容量擴(kuò)展。

削峰填谷

儲(chǔ)能系統(tǒng)可以在配電端減低用戶能量負(fù)載峰值，這將促進(jìn)電網(wǎng)設(shè)備利用并滿足終端客戶需求。電網(wǎng)負(fù)載系數(shù)從而得到提高。下面的圖表表示在用電高峰時(shí)有選擇性地釋放電力可以實(shí)現(xiàn)顯著地節(jié)約能源

智能電網(wǎng)

智能電網(wǎng)是未來發(fā)達(dá)電網(wǎng)管理系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，儲(chǔ)能技術(shù)在其中擁有巨大的市場(chǎng)空間。

自愈式”輸配電系統(tǒng)

為滿足社會(huì)用電量迅速增長(zhǎng)的需求，必須大力發(fā)展“自愈式”輸配電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)預(yù)測(cè)并對(duì)擾動(dòng)迅速反應(yīng)，從而持續(xù)優(yōu)化電力質(zhì)量。EPRI電力技術(shù)發(fā)展路線報(bào)告稱，“到2020年，對(duì)于優(yōu)質(zhì)電力的需求將遍及經(jīng)濟(jì)社會(huì)的任何一個(gè)角落。”

自愈式電網(wǎng)帶來的巨大好處不僅包括提高電力可靠性，而且將持續(xù)改進(jìn)終端客戶服務(wù)，降低運(yùn)營(yíng)成本并在現(xiàn)有電力網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上輸配更多有效功率通量。自愈式電網(wǎng)對(duì)于恐怖主義襲擊也有很好的抵御作用。自愈式電網(wǎng)要實(shí)現(xiàn)的典型目標(biāo)包括：

動(dòng)態(tài)優(yōu)化電網(wǎng)系統(tǒng)性能對(duì)于擾動(dòng)迅速反應(yīng)以最小化負(fù)面影響擾動(dòng)后快速有效恢復(fù)運(yùn)營(yíng)

充分調(diào)動(dòng)用戶響應(yīng)作為管理電網(wǎng)的有效手段當(dāng)可再生能源在電網(wǎng)系統(tǒng)中的比重不斷提高，這些不穩(wěn)定的電源將更加需要智能電網(wǎng)與儲(chǔ)能技術(shù)。使用需求側(cè)管理技術(shù)與儲(chǔ)能構(gòu)建自愈式電網(wǎng)的系統(tǒng)方法。

自愈式電網(wǎng)控制系統(tǒng)包括一系列網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與線性、非線性負(fù)載?？刂苽鞲衅饔糜诒O(jiān)控電力特征，控制繼電器用于實(shí)現(xiàn)與非線性負(fù)載的通訊，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主要電源和電力節(jié)點(diǎn)之間的連接。優(yōu)先恢復(fù)控制器與控制傳感器、控制繼電器、電池儲(chǔ)能系統(tǒng)相連接，它從控制傳感器接收控制信號(hào)，響應(yīng)探測(cè)電網(wǎng)中的不規(guī)律性，自動(dòng)啟動(dòng)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)為線性負(fù)載提供穩(wěn)定功率，并有選擇性地?cái)嚅_控制繼電器以斷開一定比例的非線性負(fù)載。