中國儲能網(wǎng)訊： 智能電網(wǎng)，顧名思義就是聰明的電網(wǎng)，就像人有思維一樣，有著智力，能自主地判斷處理各種事件的電網(wǎng)。既然是這樣一種電網(wǎng)，那么它是從哪些方面體現(xiàn)出智能化呢？分布式電源接入、儲能系統(tǒng)、智能變電站、配電自動化工程、故障報修管理系統(tǒng)、電能質(zhì)量監(jiān)測、用電信息采集系統(tǒng)智能、用電樓宇、電動汽車充放電站，這些是“上海世博園智能電網(wǎng)綜合示范工程”的組成部分。但是那么多尖端的技術(shù)，卻都可以歸結(jié)為一句話：“智能電網(wǎng)就是業(yè)務(wù)流、信息流、能量流的雙向互動”。
在本次世博會國家電網(wǎng)館的地下一層，關(guān)于智能電網(wǎng)的設(shè)想的影片已公布于眾了，但是我們?nèi)韵肜眠@次機會來詳細介紹一下智能電網(wǎng)的各個組件，讓每一位讀者不再停留在智能電網(wǎng)這個名詞的表面，而真正地看到它存在的實質(zhì)和意義，那么我想這幾篇文章的意義就在此吧。首先為您獻上：
當(dāng)一次能源轉(zhuǎn)變?yōu)榍鍧嵉亩文茉磿r，控制往往是最為關(guān)鍵的，由此便誕生了智能電網(wǎng)的概念。智能電網(wǎng)就是一張控制網(wǎng)，無論是水能、熱能、風(fēng)能、還是太陽能、原子能，它們一旦化身電能并被送上智能電網(wǎng)，就好像江河中奔騰的流水，奔向千家萬戶。當(dāng)然，智能電網(wǎng)不僅僅控制著發(fā)電側(cè)的電能，也同時控制著受電側(cè)的電能，它是對于整個能量系統(tǒng)的控制。而鈉硫電池恰恰就是智能電網(wǎng)技術(shù)中的明珠，是能量的源泉，是能量控制的魔盒
2009年10月14日，中科院上海硅酸鹽研究所與上海市電力公司宣布：雙方多年攻關(guān)，成功完成了大容量城網(wǎng)儲能鈉硫電池的研發(fā)，建成了一條2兆瓦的中試生產(chǎn)示范線和一套10千瓦的儲能系統(tǒng)示范裝置，並成功完成2.2千瓦鈉硫電池子模塊的首次充放電，一舉使我國成為繼日本之后世界上第二個掌握大容量鈉硫單體電池核心技術(shù)的國家。
對能量的利用貫穿于人類進步的始終，第一次工業(yè)革命后，蒸汽機開始為人類廣泛應(yīng)用，將人類從繁重的手工工作中逐步解脫了出來，而發(fā)電機的誕生則拉開了第二次工業(yè)革命的序幕。隨著原子能的誕生和計算機的發(fā)明，人類昂首闊步跨入了第三次科技革命時代。當(dāng)代，能量產(chǎn)生的方式業(yè)已多種多樣，但一個棘手的問題始終懸在人們的心頭——能量控制。
當(dāng)一次能源轉(zhuǎn)變?yōu)榍鍧嵉亩文茉磿r，控制往往是最為關(guān)鍵的，由此便誕生了智能電網(wǎng)的概念。智能電網(wǎng)就是一張控制網(wǎng)，無論是水能、熱能、風(fēng)能、還是太陽能、原子能，它們一旦化身電能并被送上智能電網(wǎng)，就好像江河中奔騰的流水，奔向千家萬戶。當(dāng)然，智能電網(wǎng)不僅僅控制著發(fā)電側(cè)的電能，也同時控制著受電側(cè)的電能，它是對于整個能量系統(tǒng)的控制。而鈉硫電池恰恰就是智能電網(wǎng)技術(shù)中的明珠，是能量的源泉，是能量控制的魔盒。
合作
“能不龜手一也，或以封，或不免于洴澼絖，則所用之異也。”——莊子《逍遙游》
釋意：“能令手不皸裂的藥也是這個道理，有人靠他得到封賞，而有人卻免不了漂洗棉絮的辛勞，這就是因為用途不一樣啊。”
由于電能具有瞬時性和季節(jié)性需求變化巨大的特性，作為國內(nèi)主要供電企業(yè)之一的國家電網(wǎng)公司始終在尋找一種良好的電能儲存方法，在供大于求時把電能妥善存儲，當(dāng)需要的時候再拿出來使用。抽水蓄能是目前通用的好辦法之一，在富余電能的驅(qū)動下，抽水機將水從低處抽向高處——即是將動能轉(zhuǎn)換成勢能，等到供電不足時，再通過水力發(fā)電機發(fā)出電能。然而抽水蓄能變電站的選址存在諸多限制，最關(guān)鍵的是需要山麓、丘陵等地理結(jié)構(gòu)。可惜，對于十分需要儲能的中國沿海大型城市而言，這樣的地形可遇而不可求。
生活中常用的酸性電池和鋰電池也是一種常見的儲能手段，且這些傳統(tǒng)電池的技術(shù)已經(jīng)成熟了。然而酸性電池和鋰電池在大容量電池的應(yīng)用上有其一定的局限性，這類電池的電流密度低，充電壽命也很低，這對工業(yè)用電質(zhì)量來說是致命的。
“山重水復(fù)疑無路，柳暗花明又一村”，就在這個時候，1967年由美國福特汽車公司發(fā)明的鈉硫電池漸漸進入了國家電網(wǎng)公司的視線。以鈉為陰極、硫為陽極，鈉硫蓄電池的能量密度是鎳氫電池的4倍，鉛酸蓄電池的10倍；由于采用固體電解質(zhì)，所以沒有通常采用液體電解質(zhì)二次電池的那種自放電及副反應(yīng)，充放電電流效率幾近100％，能連續(xù)充放電2萬余次，使用壽命長達十余年；而且，鈉硫電池的占地小，不受地域因素影響，是城市電網(wǎng)的最佳選擇。更令人欣喜的事，這種電池“壽終正寢”后可被完全分解再利用，不會污染環(huán)境。以上這些優(yōu)異的特性讓電力系統(tǒng)的專家無比心動又困惑重重，“為什么這樣的技術(shù)就不能運用到我們國家的電力系統(tǒng)上來呢？”
專家的困惑不無道理，如此尖端的鈉硫電池技術(shù)已在在實驗室里被雪藏了30年。早在上世紀70年代，在上海硅酸鹽研究所得實驗室里就制成了車用鈉硫蓄電池。雖然在此后的30多年中，硅酸鹽研究所始終瞄準鈉硫電池這一世界最前沿的科學(xué)技術(shù)并不斷將期改進完善，但由于缺乏市場化的途徑，鈉硫電池只能深守實驗室中，像個待嫁的姑娘，嫁妝越攢越多，卻不知能嫁給誰。
從實驗室到產(chǎn)業(yè)化往往是目前中國創(chuàng)新技術(shù)的發(fā)展瓶頸，然而只有大境界的人，才有大視野。世界上所有的事物都有其獨特的用途，有些可能現(xiàn)在沒有顯現(xiàn)出來，但是“天生我才必有用”，若干年之后，是金子必將閃光。當(dāng)看到國外發(fā)達國家對鈉硫電池的實際應(yīng)用時，國家電網(wǎng)公司看到了希望，多年的經(jīng)驗和教訓(xùn)顯示它必將在電力系統(tǒng)內(nèi)發(fā)揮光與熱。由于上海這座城市本身就是人才與技術(shù)的高地，有著豐富的科研人員和研究經(jīng)驗，于是由國家電網(wǎng)公司牽頭，委托上海市電力公司承辦，在此基礎(chǔ)上，上海市電力公司與上海硅酸鹽研究所一拍即合，共同負責(zé)鈉硫電池的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化運作，成果與專利技術(shù)共享，求同存異，為整個電力系統(tǒng)的智能化貢獻自己的全力。
研發(fā)
“故不積跬步，無以至千里；不積小流，無以成江海。”——荀子《勸學(xué)篇》
釋意：“因此，不積累一步半步，就沒有辦法到達千里之外；不積累涓滴細流，就沒有辦法匯成浩淼江海。”
與車用電池相比，大容量儲能鈉硫電池的很多關(guān)鍵技術(shù)難度大得多，每一節(jié)電池儲存的能量是車用電池的二十余倍，電池的尺寸也大上了二十多倍。要想達到目標(biāo)，必須改變思維，一切從零開始。
“2006年8月，我便帶領(lǐng)著我的團隊聯(lián)系相關(guān)的設(shè)備生產(chǎn)廠家，前后共用了4個月時間，夜以繼日地建設(shè)實驗室，多個廠家也為我們挑燈夜戰(zhàn)。最趕進度的當(dāng)口，凌晨2點設(shè)備廠家的工人們還在配合我們奮戰(zhàn)。”談起創(chuàng)業(yè)歷程，上海硅酸鹽研究中心上海嘉定鈉硫電池研究所項目總工程師溫兆銀的臉上總是充滿了興奮，“12月25日，經(jīng)過大家的不懈努力，我們終于成功制造出第一件陶瓷管實物樣品；2007年1月2日的凌晨4點，第一件大容量鈉硫儲能電池順利完工。”
2008年，上海硅酸鹽研究所開始與多家設(shè)備公司緊密合作，并用了一年的時間研制成功了一臺又一臺設(shè)計獨特的設(shè)備，并陸續(xù)調(diào)試成功。一條具有年產(chǎn)2兆瓦單體鈉硫電池的中試線終于在當(dāng)年8月落成。
作為“國家科技支撐計劃”項目之一的大容量城市儲能工程能落戶上海，是上海的驕傲，更是上海市電力公司科研能力的體現(xiàn)。“當(dāng)拿到這個項目時，我感到了無比的壓力和動力。”上海電力技術(shù)與管理學(xué)院院長俞國勤感嘆地說，“這么大的項目落在了上海市電力公司的肩上，我們感到責(zé)任重大。雖然鈉硫電池在電動車研究上有一定進展，而在電力系統(tǒng)的運用上只有日本一家公司有實際應(yīng)用經(jīng)驗，我們了解的很少，心中也沒什么底。但是我知道，大容量儲能技術(shù)是今后國家發(fā)展的大戰(zhàn)略，一次能源終有枯竭之日，但是作為二次能源的電能卻可由其他能源或可再生資源轉(zhuǎn)換產(chǎn)生，因此我認為我們必須堅定地走下去。”
是的，上海市電力公司堅定地一路走來，以準公司化的形式運作整個鈉硫電池基地，并成立了管委會，俞國勤親任負責(zé)人，管理整個基地的運作和生產(chǎn)。俞國勤還親自設(shè)計了家用鈉硫電池模塊，為今后家用電能存儲考慮良多。
智能電網(wǎng)歸根結(jié)底就是通過現(xiàn)有的技術(shù)，實現(xiàn)業(yè)務(wù)流、信息流、能量流的雙向互動，改變現(xiàn)在從上而下的調(diào)度模式，創(chuàng)建反饋式的雙向互動模式，根本意義上形成一個互動的智能化控制電網(wǎng)。
上海市電力公司就是如此實踐的，在徐匯區(qū)的漕溪能源轉(zhuǎn)換綜合展示基地內(nèi)，已展現(xiàn)了一個智能電網(wǎng)的雛形。作為“世博園智能電網(wǎng)綜合示范工程”重要組成部分的漕溪基地包含了國內(nèi)首座商業(yè)運行的電動汽車充放電站、大容量城市電網(wǎng)儲能站與集中控制系統(tǒng)以及能源轉(zhuǎn)換綜合展示廳三部分。這里擺放著實時運作的鈉硫電池組，目前的容量為100千瓦/720千瓦時，充分體現(xiàn)了“分布儲能、集中控制、統(tǒng)一調(diào)度”的理念。
上海市電力公司的調(diào)度中心可以直接通過電網(wǎng)儲能管理系統(tǒng)對儲能站實施統(tǒng)一調(diào)度與遠程監(jiān)控，可有效解決電網(wǎng)電力能量的供應(yīng)平衡問題，提高了供電可靠性。基地內(nèi)同時擁有電動車的充電樁，并提供了電動汽車監(jiān)控中心，對電動汽車實施了統(tǒng)一的管理，優(yōu)化運行。該充放電站與其他充電站不同的是，除了充電功能以外，它還兼具放電功能，能使電動汽車與電網(wǎng)更加順暢地進行雙向互動，充分發(fā)揮了車電互聯(lián)的功效，讓電動車也擁有了向電網(wǎng)充電的能力，將進一步緩解電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的投入。
意義
“璞玉渾金，人皆欽其寶，莫知名其器。”——劉義慶《世說新語·賞譽》
釋意：“未經(jīng)琢磨的玉、未經(jīng)提煉的金，人們都認為是好東西，但是不知道其真正的作用。”
隨著鈉硫電池的產(chǎn)業(yè)化步伐的越來越近，人們終于可以看到真正的智能電網(wǎng)離生活并不遙遠了。鈉硫電池就是一把掌握能量控制的鑰匙，能為人類能量的利用開啟一扇全新的大門，帶來一場全新的技術(shù)革命。
鈉硫電池的一個重要意義在于，穩(wěn)定間歇式新能源質(zhì)量。
風(fēng)力發(fā)電技術(shù)已誕生百年有余，從早期的異步風(fēng)機到現(xiàn)在的同步風(fēng)機、從定槳距控制到變槳距控制、從恒速恒頻到變速恒頻，風(fēng)機本身的技術(shù)進步一直沒有間斷過。然而，對于一臺風(fēng)機來講，風(fēng)能始終屬于間歇性能源，人類無法控制何時有風(fēng)、何處有風(fēng)、風(fēng)大風(fēng)小，并且，往往夜間或陰雨天風(fēng)大時，又碰上負荷水平較低的時段，風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)勢就無法顯現(xiàn)。
再來看風(fēng)機本身，為了最大限度利用風(fēng)能，風(fēng)力發(fā)電機的裝機容量日益增大，風(fēng)力發(fā)電場中的風(fēng)機數(shù)量也越來越多，故而，調(diào)動數(shù)量眾多的風(fēng)機協(xié)同運行，即時調(diào)控整個風(fēng)場的電力參數(shù)，保證并網(wǎng)的可靠性和穩(wěn)定性是未來發(fā)展的趨勢。比如，風(fēng)場調(diào)度人員需要通過控制和協(xié)調(diào)風(fēng)場內(nèi)各臺風(fēng)機的無功功率，并協(xié)調(diào)風(fēng)場內(nèi)可能具有的其它無功設(shè)備，來有效地調(diào)節(jié)整個風(fēng)電場并網(wǎng)點。與風(fēng)能利用相類似，利用太陽能時也會遇上這些問題。要盡可能實現(xiàn)理想化的目標(biāo)，就需要高度復(fù)雜的控制管理系統(tǒng)，新能源的接入技術(shù)勢在必行。
而鈉硫電池等于就是風(fēng)能轉(zhuǎn)化成電能的中介，它能從容地吸收瞬間能量，然后再有序地釋放到電網(wǎng)中。項目技術(shù)負責(zé)人之一、上硅所研究員告訴記者，鈉硫電池的“蓄洪”性能非常優(yōu)異，即使輸入的電流突然超過額定功率5-10倍，它也能泰然承受，再以穩(wěn)定的功率釋放到電網(wǎng)中——這對于大型城市電網(wǎng)的平穩(wěn)運行有著重要的作用。
鈉硫電池的第二個重要意義在于，它能為削峰填谷貢獻良多。
其實，鈉硫電池儲能電站更大的作用在于為整個電網(wǎng)削峰填谷。眾所周知，在目前沒有很好的存能介質(zhì)的情況下，電網(wǎng)的瞬時發(fā)電量需和瞬時用電量相匹配，因此電網(wǎng)必須按照能滿足最大用電負荷來修建?？墒?，像上海這樣的國際大都市，其時間性、季節(jié)性用電負荷差別是極為巨大的。2008年，上海最高用電負荷持續(xù)小時數(shù)只有104.5小時；2009年，上海市電力公司全年的峰谷差為800多萬千瓦。按照電監(jiān)會給出的全國平均發(fā)電成本計算，為滿足這短暫的高峰負荷，上海市電力公司要在興建電網(wǎng)上投資480億元。
如果能將鈉硫電池大量應(yīng)用于電網(wǎng)之中，可以用遠比興建電網(wǎng)小得多的投資，有效彌合峰谷之間的鴻溝，投用1千瓦功率儲能電池，即可節(jié)省電網(wǎng)投資1.3萬元。而削峰填谷之后，每噸標(biāo)煤所發(fā)的電可多被利用100千瓦時，可間接帶來480元的經(jīng)濟效益。預(yù)計到2015年，上海電網(wǎng)峰谷差可達1600萬千瓦，即使只將20%的“谷電”存儲起來，用于高峰時段，其經(jīng)濟效益就超過70億元——而建設(shè)鈉硫電池儲能電站的投資，僅需20億元左右。鈉硫電池的應(yīng)用不僅為整個智能電網(wǎng)的能源供應(yīng)降低了大量成本，也為國家節(jié)能減排的戰(zhàn)略奠定了堅實基礎(chǔ)。
鈉硫電池的第三個功能在于作為應(yīng)急電源UPS和保證電能質(zhì)量。
用過筆記本電腦的人都知道UPS，就是當(dāng)電腦瞬間失電的情況下，UPS能迅速投切為電腦供電，防止電腦數(shù)據(jù)遺失。而鈉硫電池組就是這樣一個大容量的UPS，0.6米見方的電池模塊能供應(yīng)1000臺1匹空調(diào)的用電，一旦電網(wǎng)的電源失電，鈉硫電池就能迅速投入，保證了電能質(zhì)量，提升了應(yīng)急反應(yīng)能力。
結(jié)語
“他山之石，可以攻玉。”——《詩經(jīng)·小雅·鶴鳴》
釋意：“別的山上的石頭，能夠用來琢磨玉器。”
2009年3月，鈉硫電池中試線全線貫通并實現(xiàn)了穩(wěn)定運行。2009年至2010年的歲末年初，國務(wù)院總理溫家寶、全國人大委員長吳邦國、科技部部長萬鋼、上海市委書記俞正聲、市長韓正等領(lǐng)導(dǎo)先后視察鈉硫基地，都給予了充分的肯定，并給予了鼓勵和期望。
3年時光荏苒，鈉硫電池基地已形成了26份設(shè)備操作規(guī)范、25份工藝文件、12份檢驗規(guī)程，以及多項技術(shù)專利。到今年中試完成時，基地不僅掌握了大容量電力儲能系統(tǒng)的成套關(guān)鍵核心制造技術(shù)，還設(shè)計制造、采購了中試生產(chǎn)與性能評價裝備170余套，其中2/3擁有自主知識產(chǎn)權(quán)。只有掌握了知識產(chǎn)權(quán)，實現(xiàn)關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備國產(chǎn)化，才能掌握真正的主動權(quán)，使產(chǎn)品具有更強的市場競爭力。
“雄關(guān)漫道真如鐵，而今邁步從頭越。”面對在實驗生產(chǎn)線上所獲得的成功，只能說向前跨出了一小步，真正的產(chǎn)業(yè)化的道路還很漫長，不少實際問題依然困擾著科研人員。“未來一年，鈉硫電池研究基地將把精力集中在打通‘任督二脈’，使生產(chǎn)線能夠‘復(fù)制’。”上海硅酸鹽研究所的研究人員說，今后通過技術(shù)許可，要讓鈉硫電池儲能系統(tǒng)在全國遍地開花。
“電用不完，按一個鍵就能存起來將來用”，這就是國家電網(wǎng)在世博園區(qū)內(nèi)所播放的宣傳片的導(dǎo)言。“這個夢想能實現(xiàn)嗎?”當(dāng)走進國家電網(wǎng)館地下一層的智能電網(wǎng)展示廳時，可以感受到國家電網(wǎng)的勇氣和魄力，可以發(fā)覺夢想成真似乎已不遙遠。
目前，國家電網(wǎng)公司在智能電網(wǎng)技術(shù)上傾注了全力，無論在輸電、配電抑或調(diào)度等主營業(yè)務(wù)方面都將全面引進智能電網(wǎng)的技術(shù)。而作為智能電網(wǎng)技術(shù)中最核心、最頂尖的核心技術(shù)的鈉硫電池源雖然源自于汽車技術(shù)，但是關(guān)于它的故事同樣可以在電力系統(tǒng)中演繹。鈉硫電池的誕生必將進一步提升智能電網(wǎng)的智能化供電水平，為人類找到開啟能量控制的魔盒的鑰匙，使源于大自然的能量得到更加有效地利用。
