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1、NATURE|Vol 456|27 NEWS FEATURE 7 November 2008能能源源路路由由器器充充电电充充满满电电充充伏伏电电风风电电给给办办公公楼楼供供电电卖卖给给电电网网充充电电站站能源现状与电池储能陈立泉中科院物理研究所2022年9月7日 杭州我我国国矿矿石石能能源源:富富煤煤、少少气气、缺缺油油2 20 02 21 1年年能能源源状状态态:煤煤 56.0%,石石油油 18.5%,天天然然气气 8.9%,水水风风光光核核 16.6%2021石油情况自自产产原原油油1 1.9 99 9亿亿吨吨原原油油进进口口5 5.1 13 3亿亿吨吨,对对外外依依存存度度7 72 2%
2、;(汽汽车车保保有有3.02亿亿辆辆)83.4%中中国国能能源源发发展展报报告告2022中国2021年从俄国进口石油7964万吨(大庆油田石油产量4000万吨/年)。输运方式:铁路、管道和船。两条铁路运输1000万吨/年。两条管道运输4000万吨/年。船运3000万吨/年。2022年五六月份开始俄国把萨哈林油气田原本输往韩日的石油出口到中国。2 20 02 20 0我我国国汽汽车车产产销销2531.1万万辆辆,每每年年新新车车用用油油5 50 00 00 0万万吨吨。80%石油锂锂/钠钠 储储能能电电动动中中国国能能源源互互联联网网交 通 电 动 化城市间大中城市小城市(农村)电动火车电动飞机
3、电动轮船电动自行车电动汽车电动公交电动地铁电动公交低速电动车电动自行车2021年中国纯电动汽车保有量为640万辆。400Wh/kgl“一一艘艘万万箱箱船船舶舶的的硫硫化化物物排排放放量量在在常常用用工工况况下下相相当当1 15 5万万辆辆重重型型卡卡车车”。l“船船舶舶污污染染物物排排放放对对沿沿海海沿沿江江城城市市大大气气污污染染的的影影响响变变得得越越来来越越突突出出。”我我国国航航运运的的污污染染突突出出电电动动船船舶舶金金东东寒寒2 20 01 17 7年年1 11 1月月1 12 2日日,世世界界首首艘艘2 20 00 00 0吨吨级级电电动动船船在在广广州州南南沙沙下下水水2020
4、年10月11日福福建建首首艘艘电电动动游游船船“闽闽江江之之星星”首首航航。载载客客2 21 12 2人人。2022-03-29日纯电动游轮“长江三峡1号”在湖北省宜昌市首航,对加快内河航运绿色低碳发展,具有示范意义。宁宁德德时时代代供供应应7500kWh锂离子电池,是全球电池容量最大的船舶电池相当于100多辆电动汽车的电池用量。电动船舶将迎来巨大发展机遇。预计到到2027年年全全球球电电动动船船舶舶市市场场规规模模将将达达到到108.2亿亿美美元元(约约合合人人民民币币727亿亿元元)。电电动动游游轮轮,长长100米米,宽宽16.3米米,4层层楼楼高高“长江三峡1号”起始阶段,全电动飞机的运
5、营将限于短距离。600海里(1,111公里)的范围,使用具有800 Wh/kg比能量的电池的全电动飞机是可行的,将导致每个大陆的一个或多个本地网络。随着电池组比能量和飞行距离的增加,各个大陆航空网络将开始整合。2014年年马马斯斯克克预预计计,要要实实现现洲洲际际飞飞行行,电电池池的的能能量量密密度度要要提提升升到到400Wh/kg,才才能能使使电电池池击击败败燃燃油油,让让自自己己的的电电动动飞飞机机成成为为可可能能。如如今今,电电池池的的能能量量密密度度刚刚刚刚超超过过300Wh/kg,5年年内内电电动动飞飞机机就就可可诞诞生生。电电动动飞飞机机为什么发展电动航空2018年航空运输业碳排放
6、量占全球碳排放总量的2.4%。到2040年可能会增加四倍。40%的排放量来自短途航班。传统飞机还排放NOx、烟尘和其它温室气体,其危害是CO2的3倍以上。eVTOL:Electric Vertical Takeoff and Landing电动飞行汽车快来了美国一州欲建“无人机高速“2022-04-2 俄亥俄州众议院航空航天和技术委员会主席霍姆斯拟提出法案,允许无人机在现有高速公路和道路上方飞行。俄俄亥亥俄俄州州的的无无人人机机计计划划前前景景广广阔阔,不不止止是是送送快快递递和和外外卖卖。“这这可可能能标标志志着着商商业业航航班班开开始始结结束束。不不再再需需要要检检查查和和认认领领行行李李
7、,不不再再提提前前一一小小时时到到达达机机场场。中中国国公公布布无无人人驾驾驶驶航航空空发发展展路路线线图图2022-09-02 14:38 顺 丰 速 运 快 递 公 司(总部在深圳)在2017年6月启动了无人机物流配送。2018年获得无人机航空运营(试点)许可证。京东电商公司(总部在北京)也于几年前在四川、陕西和海南等地启动无人机物流配送计划。8月22日,中国民航局公开征求意见:到2025年允许无人驾驶航空器短途飞行上路;2030年实现中距离飞行;2035年实现中长距离飞行。2025年,将对送货无人机的飞行路线和要求实现标准化,改进其电信和监控系统。以城市通勤运输为代表的短距离载人飞行将开
8、展应用示范。智智慧慧城城市市、智智慧慧乡乡村村、智智慧慧工工厂厂、智智能能家家居居。智智慧慧城城市市 6 6城城市市试试点点确定北北京京、上上海海、广广州州、武武汉汉、长长沙沙、无无锡锡等6个城市为智慧城市第一批试点城市。北北京京将以经开区为核心建设全球首个网网联联云云控控式式自自动动驾驾驶驶示示范范区区。到2022年,将完成“智智慧慧的的路路、聪聪明明的的车车、实实时时的的云云、可可靠靠的的网网和和精精确确的的图图”五大体系建设;设 备 智 能 化今年3月月全全国国人人大大代代表表、湖南三迅新能源科技公司董事长周文提提交交了了关关于于支支持持农农业业机机械械电电动动化化,助助推推农农业业绿绿
9、色色发发展展的的建建议议。锂锂/钠钠电电驱驱动动智智能能插插秧秧机机和和喷喷雾雾机机器器人人智智慧慧乡乡村村“电电动动化化无无人人矿矿山山”2020年年7月月9日日,河河南南跃跃薪薪和和宁宁德德时时代代以以锂锂离离子子电电池池纯纯电电驱驱动动+5G技技术术,实现无无人人驾驾驶驶、智智能能管管控控。在在郑郑州州开开启启挖挖掘掘机机模模拟拟器器,远远在在洛洛阳阳栾栾川川三三道道庄庄钼钼矿矿的的挖挖掘掘机机开开始始自自动动无无人人作作业业。“5G智智慧慧煤煤矿矿”2 20 02 20 0年年1 11 1月月2 21 1日日全全国国首首座座5G智智慧慧煤煤矿矿落落成成仪仪式式在在太太原原举举行行,华华
10、为为、山山西西移移动动、阳阳煤煤集集团团合合作作,在在井井下下5 53 34 4米米处处提提供供煤煤矿矿5 5G G专专用用网网,推出机电硐室无人巡检、掘进面和综采面无人操作三项5G应用。实实现现煤煤矿矿无无人人化化、自自动动化化、可可视视化化运运行行。降降低低了了劳劳动动强强度度和和风风险险。智智慧慧矿矿山山 2 20 01 15 5年年习习主主席席倡倡议议构构建建全全球球能能源源互互联联网网,以以清清洁洁和和绿绿色色方方式式满满足足全全球球电电力力需需求求。最近提出:“2 20 03 30 0年年前前碳碳排排放放达达到到峰峰值值”“2 20 06 60 0年年达达到到碳碳中中和和”。为为此
11、此2 20 03 30 0年年非非化化石石能能源源将将达达到到2 25 5%,风风、光光伏伏发发电电总总装装机机将将达达1 12 2亿亿千千瓦瓦以以上上。(未未来来1 10 0年年,7 70 00 00 0万万千千瓦瓦/年年)构构建建能能源源互互联联网网能 源 低 碳 化8 80 0%以以上上陆陆地地风风能能;7 70 0%以以上上太太阳阳能能;6 60 0%以以上上水水能能胡胡焕焕庸庸线线东东南南7 70 0%以以上上负负荷荷胡胡焕焕庸庸线线胡胡焕焕庸庸线线西西北北黑黑河河腾腾冲冲70%清洁能源储储能能储储能能Li/Na电电池池可可再再生生分分布布式式智智能能化化开开放放性性互互联联性性可可
12、再再生生能能源源是是能能源源互互联联网网的的主主要要来来源源。它它具具有有间间歇歇性性、波波动动性性,传传统统的的能能源源网网必必须须转转型型才才能能不不受受冲冲突突。需需要要将将分分布布式式发发电电装装置置、储储能能装装置置和和负负载载组组成成的的微微型型能能源源网网络络互互联联起起来来。是是一一个个对对等等、扁扁平平和和能能量量双双向向流流动动的的能能源源共共享享网网络络,发发电电装装置置、储储能能装装置置和和负负载载能能够够“即即插插即即用用”。能能源源的的产产生生、传传输输、转转换换和和使使用用都都该该具具备备一一定定的的智智能能。可可再再生生能能源源是是分分散散的的,需需要要建建立立
13、就就地地收收集集、存存储储和和使使用用能能源源的的网网络络,成成为为能能源源互互联联网网的的一一个个节节点点。能源互联网的五大特征效效率率:70-76%有有4 4台台2 20 00 0MMWW发发电电机机组组;总总装装机机8 80 0万万K KWW;7 7年年建建成成,工工程程总总投投资资3 37 7.3 31 15 51 1亿亿元元;为为北北京京提提供供调调频频,调调峰峰,填填谷谷及及紧紧急急备备用用电电源源。抽水蓄能压压缩缩空空气气储储能能利利用用低低谷谷电电驱驱动动压压缩缩机机,将将高高压压空空气气压压入入地地下下储储气气洞洞里里;白白天天峰峰荷荷时时,储储存存的的压压缩缩空空气气带带动
14、动发发电电机机发发电电。系系统统效效率率 4 40 0-5 55 5%Voutput=1.4-1.6 V电池总反应:VO2+2H+V2+VO2+V3+H2O全全钒钒液液流流电电池池1540正极负极能能量量密密度度:2 25 5-3 35 5WWh h/k kg g工工作作温温区区窄窄 (1 15 5-4 40 0,结结晶晶)V5+离子有毒效率:75-80%铅铅碳碳电电池池循循环环可可用用于于MMWW/MMWWh h级级储储能能。能能量量效效率率:7 71 1-7 79 9%深深充充放放循循环环寿寿命命短短;电电池池一一致致性性尚尚需需改改善善;回回收收不不当当对对环环境境负负面面。国国家家电电
15、网网规规模模储储能能示示范范2011底底投投运运l锂离子电池:14 MW(63MWh);l钒液流电池:2 MW(8MWh);l铅酸电池:6MWhl运行6年后,三种电池张北国家风光储输示范基地锂离子电池 90%,钒液流电池 55%,铅酸电池 70%容量保持率分别为:正正极极140 mAh/g负负极极石石墨墨372mAh/g液液体体电电解解质质能能量量密密度度3 30 00 0W Wh h/k kg g,安安全全事事故故:f fi ir re e,explode!2021年年三三起起储储能能电电池池事事故故7月月30日日澳澳大大利利亚亚储储能能项项目目13吨吨特特斯斯拉拉锂锂离离子子电电池池完完全
16、全被被点点燃燃,4天天后后有有明明显显消消退退。7月月19日日,美美国国伊伊利利诺诺伊伊州州储储能能电电站站的的电电池池起起火火。这这是是该该地地区区近近来来的的第第二二场场锂锂电电池池起起火火事事故故。第第一一场场事事故故中中装装有有100吨吨锂锂离离子子电电池池的的建建筑筑起起火火,居居民民持持续续数数天天疏疏散散。4月月16日日北北京京大大红红门门储储能能电电站站火火灾灾事事故故,2名名消消防防员员牺牺牲牲、1名名受受伤伤、1名名员员工工失失联联。原原位位固固态态化化 1#(样品1C/1C):8000次循环容量保持率81.42%2#(产品1C/1C):3000次循环容量保持率95.93%
17、3#(产品0.5P/0.5P):1300次循环容量保持率97.17%3#2#1#卫卫蓝蓝储储能能固固态态锂锂电电池池电压正极温度负极温度温度15电压电流电压卫卫蓝蓝储储能能电电池池通通过过安安全全测测试试过充电压正极温度负极温度电芯温度加热温度电压卫蓝储能电池基地和储能项目钠离子电池:发明Na0.9Cu0.22Fe0.30Mn0.48O2正极材料97%发明专利已在中国、美国、日本、欧盟获得授权 泡水前泡水后L.Mu,Y.-S.Hu*,et al.Advanced Materials 2015,27,6928.提高Cu基新型正极材料容量,研制出低成本、高稳定、长寿命、环境友好的Cu基正极材料。钠离子电池:低成本软碳-裂解无烟煤研制出高容量、长寿命、超低成本、环境友好新型软碳负极材料,为钠离子电池负极材料实用化奠定关键基础。222 mAh/g81%半电池结果:循环600周容量保持率89%Energy Storage Materials 2016,5,191-197.发明专利已在中国、美国、日本获得授权 谢谢谢谢!