铅酸蓄电池

太阳能、风能的发展及储能铅酸蓄电池的前景

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摘要：分析了国家能源发展战略，为实现中国的可持续发展，大力发展太阳能、风能是实现能源结构优化，降低污染的重要途径。分析了离网发电系统铅酸蓄电池的重要性，分析了铅酸蓄电池市场前景，指出铅酸蓄电池作为储能蓄电池决定着使用成本，提高寿命还要下大力量研究开发。

关键词：储能铅酸蓄电池；太阳能；风能；发电；寿命

１、太阳能、风能可再生发展的紧迫性

人们的生产生活离不开能源，国家发展离不开能源。我国还属于发展中国家，发展与能源的需求依赖度很高。

我国的化石能源储量虽然比较丰富，但是人均能源却只有世界人均能源资源的1/2左右，年人均能耗仅为美国的1/12，俄罗斯及西欧的1/5，日本的1/4。从能源消费结构来看，我国是世界上最大的煤炭消费国，煤炭消费约占总能耗的67%，这是我国环境污染特别严重、生态恶化逐年加剧的重要原因。因此，大力发展新能源和可再生能源已成为中国21世纪发展国民经济和建设小康社会刻不容缓的主要任务和战略目标。

当前，我们已处在从化石能源时代向可再生新能源时代的转折点，从工业文明走向生态文明的关键点。一场深刻的能源科技革命正在孕育和迸发之中，我们需要传承前人的经验和智慧，把各种能源开发好、利用好，为今天的人们创造更加清洁的环境，为子孙后代留下更加美好、更加广阔的发展空间。

表１万元ＧＤＰ能源消耗的数据

提到重要的位置。

图1是地球化石资源可利用的年限。

图１世界能源的确认及可开采的蕴藏量（推测开采年数）

2008年中国全年能源消耗总量28.5亿吨标准煤，比上年增长4.0%。煤炭消费量27.4亿吨，增长3.0%；原油消费量3.6亿吨，增长5.1%；天然气消费量807亿立方米，增长10.1%；电力消费量34502亿千瓦小时，增长5.6%。 2008年全国民用汽车保有量达到6467万辆，比2007年底增长13.5%。

化石能源的过度消耗，给环境带来了巨大的压力，温室气体大量排放，全球气温升高，自然灾害增加，物种加速消失

。

表　２　我国ＧＤＰ（国民生产总值）增长情况随着国家的发展和人民生活水平的提高，对能源的需求越来越多。地球的化石资源是有限的，发展可再生能源已经

　图２　　大气中的ＣＯ２曲线

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图３：１９８０年到２００５年不同国家ＣＯ２

排放量（单位为百万吨）

图４：１９８０、１９９０、２００４年ＣＯ２排放量比较２、各国在能源方面的政策

美国政府能源政策中涉及新能源方面的有，多样化发展能源结构，发展新能源产业。规定配额，到2012年，太阳能、风能、地热能要占发电量的10%，2025年该比例要达到25%。在应对气候变化方面，降低温室气体的排放，2050年比1990年排放水平下降80%，加强国际合作。加大新能源产业投资，十年投资1500亿美元，主要投资于混合动力车的商业化、商用规模的新能源建设，提高能源使用效率等。提高汽车燃油使用效率，发展新能源汽车。每年提高燃料经济标准4%。2015年前使美国混合动力车保有量达到100万辆。提高国内能源产量，提高能源使用效率，降低能源成本。

欧洲在新能源方面的措施。与常规能源发电比，可再生能源(生物、风能、太阳能等)发电成本高。针对电网公司缺乏收购动力，政府有三种政策干预模式：一是以意大利为代表的配额制，要求电网运营商分担购买某一固定数额的电量；二是以爱尔兰为代表的招投标制；三是以法国和德国为代表的按保护价强制收购接入(Feed-in)。在德国，四大电网运营商收购常规能源发电价格为20欧分/千瓦时左右，但收购可再生能源发电价格为50欧分/千瓦时。政府允许电网提高电力零售价格(0.65欧分/千瓦时)。为此平均每个德国家庭每月增加电费开支1.5欧元。这种模式的电价比配额制低8欧分/千瓦时。公开招标制下电价也较低，但因招标周期问题，不利于能源产业长期发展。爱尔兰正拟转向Feed-in。丹麦还对电网重新进行了国有化，对新能源也实行Feed-in制度，风力发电占其电力的21%。

中国在能源的发展利用和降耗方面采取了更积极的措

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施。温家宝在2009政府工作报告中指出，大力发展循环经济和清洁能源。坚持节能节水节地。积极发展核电、水电、风电、太阳能发电等清洁能源。推进洁净煤技术产业化。

国家发展和改革委员会发布的《可再生能源发展“十一五”规划》提出，到2010年，我国可再生能源在能源消费中的比重将达到10%，全国可再生能源年利用量达到3亿吨标准煤，比2005年增长近1倍。《规划》指出，2005年，我

国可再生能源开发利用总量(不包括传统方式利用的物质能)为1.66亿吨标准煤，约为2005年全国一次能源消费总量的7.5%，相应减少二氧化硫年排放量300万吨，减少二氧化碳年排放量4亿多吨。《规划》认为，我国石油、天然气资源短缺，煤炭在能源结构中的比重偏高，单纯依靠化石能源难以实现经济、社会和环境的协调发展。发展可再生能源已成为缓解能源供需矛盾、减少环境污染、增加农民收入的重要途径。我国的水能、生物质能、风能和太阳能资源丰富，已具备大规模开发利用的条件。因此，加快发展水电、生物质能、

风电和太阳能，提高可再生能源在能源结构中的比重，是“十一五”时期我国可再生能源发展的首要任务。根据《规划》，在“十一五”(2006年-2010年)期间，我国将继续大力发展水电，加快发展生物质能、风电和太阳能。 2010年，全国可再生能源中，水电总装机容量达到1.9亿千瓦，风电总装机容量达到1000万千瓦，生物质发电总装机容量达到550万千瓦，太阳能发电总容量达到30万千瓦。《规划》要求，到2010年，我国水电设备、太阳能热水器装备产业的国内制造能力达到较强的国际竞争力，国内风电设备制造企业实现1.5兆瓦级以上机组的批量化生产，农林生物质发电设备实现国产化制造，基本具备太阳能光伏发电多晶硅材料的生产能力。

2006年中国政府颁布实施了《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)》，明确地把发展太阳能、风能、核能和生物质能作为推进能源结构多元化的重要手段。

2009年7月国家发改委通知规定，按风能资源状况和工程建设条件，将全国分为四类风能资源区，相应制定风电标杆上网电价。四类资源区风电标杆电价水平分别为每千瓦时0.51元、0.54元、0.58元和0.61元。今后新建陆上风电项目，统一执行所在风能资源区的风电标杆上网电价。海上风电上网电价今后根据建设进程另行制定。同时规定，继续实行风电费用分摊制度，风电上网电价高出当地燃煤机组标杆上网电价的部分，通过全国征收的可再生能源电价附加分摊解决。另外，2009年7月14日国家能源局有关官员表示，中国正在研究推出一项重要机制，以确保太阳能电厂能够获得优惠上网电价。讨论中的上网电价机制将确定一个太阳能发电的固定上网电价。其价格将参照最近批准的甘肃省敦煌市10兆瓦太阳能电厂项目，即每千瓦时人民币1.09元的基准，并且同时考虑调研得出的1.5-2元的企业普遍接受价位。

３、太阳能、风能系统的发展趋势

2001年以来，全球每年风电装机容量增长速度为20%～

30%，仅2007年就增加了20GW的风电装机容量，约合310亿美元。2007年，全球风电装机容量达到94GW，且主要为陆上风电，图5为1983～2007年全球风电装机容量。风电装机容量的增加有3/4主要来自参加IEA风能合作协议的20个IEA国家。

图５　　１９８３～２００７年全球风电装机容量

总之，全球共有40个国家使用风力发电，有13个国家的风电装机容量超过了1000MW，图6为各国风电装机容量占有率情况。全球风力发电量前十位国家见表3。

图６　　各国到２００７年风电装机容量占有率表３　　全球风力发电量前十位国家（到２００７年底）

欧洲是全球风电装机容量最多的国家，达到57GW，如图7所示。北美和亚洲风电发展速度也比较快。据报道，美国2007年新增风电装机容量5244MW，是2006年的2倍还要

多。印度是全球第四大风电市场，2007年新增风电装机容量1730MW。中国2007年新增风电装机容量3449MW。

最新报道，中国风电产业近年来发展迅速。风力发电装机容量连续4年翻番。2008年，中国风电新增装机超过600万千瓦，总装机容量达到1217万千瓦，位居世界第四，其中新增装机容量位居世界第二

。

图７　全球风力发电地区分布情况

目前，风力发电技术已经发展得很成熟。图8为1980～2010年全球风力发电机单机装机容量变化情况。现在最大的风力发电机是5～6MW，叶片直径126米。从以往来看，风力发电机单机装机容量基本每5年翻一倍，预计这一增长速度会有所减缓。

图８　　　１９８０～２０１０年全球风力发电机单机装机容量变化情况

预计到2050年，全球风电装机容量在ACT系列情景下会达到1360GW，在BLUE系列情景下达到2010GW，图9为不同情景下全球风电装机容量。在ACT系列情景下，2030年，全球风力发电每年增加2712TWh，2050年每年增加3607TWh。在BLUE系列情景下，2030年，全球风力发电每年增加2663TWh，2050年每年增加5174TWh，全球风力发电占总发电量的12%。在基准情景下，全球风力发电占总发电量的2%，每年能够减少2.14Gt的CO2排放。届时，在BLUE系列情

景下需要4MW以上风力发电机700000台，在基准情景下需要146000台。在OECD国家和中国、印度等新兴国家，风力发电增长也比较显著。在BLUE系列情景下，中国风力发电居世界

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第一，图10为2050年BLUE系列情景下不同地区风力发电占有率。(注：第一种是在目前情况下，不采取任何其他附加的变化或者说其他的干预，到2050年时，石油消费会增加70%，二氧化碳排放增加130%，全球气温最少要增加6摄氏度，“那将是一个大灾难”。第二种情景被称为ACT情景，应用现有技术，将2050年的排放量控制在现在的水平；第三种情景是被称为BLUE情景，到2050年二氧化碳的排放量在现有基础上减少50%。

)

图９　　不同情景下全球风电装机容量

图１０　　　２０５０年ＢＬＵＥ系列情景下不同地区风力发电占有率

2009年开工的甘肃风电项目，完成后将超过三峡的发电量，位列世界第一。

丰富的太阳辐射能，是取之不尽用之不竭、无污染、廉价的能源。太阳能每秒钟到达地球的能量高达80万千瓦，如果把地球表面0.1%的太阳能转为电能，转变率为5%，相当于目前全世界能耗的40倍。就全球而言，美国西南部、非洲、澳大利亚、中国西藏、中东等地区的全年总辐射量或日照总时数最大，为世界太阳能资源最丰富地区。

我国陆地面积每年接收的太阳辐射总量在3.3×103～8.4×106 kJ(m2a)之间, 相当于2.4×104亿t标准煤,属太阳能资源丰富的国家之一。全国总面积2/3以上地区年日照时数大于2000h，日照在5×106 kJ/ (m2●

a)以上。我国西藏、青海、新

疆、甘肃、宁夏、内蒙古高原的总辐射量和日照时数均为全国最高，为太阳能资源丰富地区；除四川盆地、贵州资源稍差外，东部、南部及东北等其他地区为资源较富和中等区。

光伏发电系统没有机械运动部件，无污染，无噪音，具有很长的工作寿命，特别是独特的模块化结构，使其适合于

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任何规模的电力生产，大到中心电厂，小到私人住宅供电。太阳能光伏发电是一种零排放的清洁能源，也是一种能够规模应用的现实能源，可用来进行独立发电和并网发电。

随着光伏发电技术不断提高，并网光伏发电在市场中的份额逐年增加，2003年已达到55.5%，占据了主导地位。

2007年全球在太阳能产业的投资达286亿美元，2008年全球太阳能项目总投资达335亿美元，但自2004年以来全球太阳能产业投资额的平均年增幅高达254%，在清洁能源所有子行业中位列第一。

2008年，我国太阳能电池芯片的产量为1780MW，此次金太阳示范工程政策的实施，相当于在两年多的时间内新增500～680MW的光伏装机容量，年新增装机容量250MW以上，将为我国的光伏电池企业每年解决14%以上的市场。

“金太阳工程”计划到2015年实现新增太阳能光伏发电系统装机容量250万千瓦，国内光伏市场形成年产值200亿元，创造9万个就业岗位。

许多发达国家和地区纷纷制定光伏发展规划，如到2010年，美国计划累计安装4.6GW(含百万屋顶计划)；欧盟计划累计安装6.7GW(可再生能源白皮书), 其中3.7GW安装在欧洲内部, 3GW出口; 日本计划累计安装5 GW (NEDO日本新阳光计划); 预计其它发展中国家1.8GW (估计约10%), 预计世界总累计安装18 GW.到下世纪中页, 光伏发电成为人类的基础能源之一。

太阳电池组件成本将大幅度降低。光伏发电系统安装成本每年以9%速率降低。1996年平均安装成本约7美元/W，预计2005年可降到3美元/W，相当于光伏发电成本0.11美元/ (kW/h)，2010年发电成本将降到6美分/ (kW/h)。

表５　　中国近几年新增太阳能发电装机容量预测（ＭＷ）随着全球化石能源的日益紧缺，以太阳能为主的新能源产业获得了良好的发展机遇，特别是近几年，德国Q-Cells、无锡尚德、江西赛维LDK等太阳能光伏龙头企业迅速崛起，成为全球光伏产业发展的生力军，极大地促进了世界光伏产业的发展。在中国，2009年3月底，扶持光伏产业的128、129号文件相继出台后，酝酿已久的新能源产业发展规划也即将出笼，光伏产业必将迎来一个新的发展机遇，因此探讨当前形势下的中国光伏产业发展态势，对光伏企业发展具有重要的指导意义。

随着光伏产业的篷勃发展，光伏技术的研发日益引起人们的重视，而且在物理法多晶硅制备、光电转化效率提高、电池厚度降低等方面成绩斐然，这必将进一步降低光伏发电成本，从而实现光伏发电的大面积推广应用。在物理法

多晶硅制备方面，宁夏银星多晶硅公司近日攻克了“冶金物理法制备太阳能多晶硅”技术难题，采用该技术生产的单晶硅太阳能电池，光电转换效率平均达到16%以上，最高可达17.91%。在光电转换效率提高方面，浙江正泰采用欧瑞康公司一揽子生产线生产的第二代薄膜太阳能电池，转换效率达到9%；尚德电力Pluto技术目前可实现单晶硅太阳能电池转换效率19%、多晶硅太阳能电池转换效率超过17%的水平。

技术、产业规模、企业战略日渐成型、成熟，只要政策扶持到位，中国的光伏产业走上良性发展的康庄大道指日可待。

４、风能、太阳能发电系统中蓄电池的重要性

图１１　风能、太阳能等发电系统示意图

风能、太阳能发电系统中，有两种模式，一种是并网发电模式，一种是离网发电模式。并网发电是指发电后经过处理直接进入电网，不需要蓄电设备，不需要蓄电池，这种模式适合于大的风能、太阳能电站，估计占目前风能、太阳能发电的60%。离网发电是指产生的电能不进入电网，保存在储电设备中，这种储电装备基本是以蓄电池为主的储能装置。储能蓄电池应用于离网发电系统中。

随着技术的进步，风能、太阳能转化系统发展非常迅速，成本大幅度降低。但储能系统相对落后。在离网系统中，蓄电池是决定使用成本的重要因素之一，因为能量转换系统一般使用寿命较长，可达10年以上，而储能用的蓄电池寿命较短，一般3～４年。因此蓄电池是整个系统的重要和关键部件，决定着使用成本。

在风能、太阳能系统，所使用的储能蓄电池中，铅酸蓄电池占据96%以上的份额，这主要是铅酸蓄电池充电、放电效率高，耐温性能好，容量大，安全性好，成本低。只有少数的风能、太阳能储能电池采用小型的镍-镉、镍-氢、或锂电池。

５、太阳能、风能储能蓄电池的特点

风能、太阳能储能用蓄电池比起动用蓄电池，固定蓄电

池的研制和生产难度要大的多，但基本的生产路线相同。这样可以借鉴以前的生产经验，并采用适合储能用蓄电池的新技术和工艺，经逐步研发生产出符合要求的蓄电池是可能的。

表６　各种铅酸蓄电池使用情况比较

电池风能、太阳能储类型汽车电池电动车电池备用电池能电池

充电恒压限流恒压限流充恒压限流恒压限流充电状况

充电充电电充电基本浮充充电充电可能完全、完全完全完全可能不完全短时间大一般电流使用电流放电恒电流深放放电各种放电电流不确状况一般处于电使用频繁放电深度定。放电深度难充电状态放电深度大使用频率确定。放电较浅低使用频率多寿命1.5～3年1～2年3～6年3～6年

使用颠簸振动颠簸振动高使用环境环境高低温低温充电环良好充电可能高低温使用境良好环境良好可能高低温充电电池富液免维贫液阀控密贫液阀控形式护

封电池

密封电池

贫液、富液电池

目前太阳能、风能储能阀控密封蓄电池采用免维护板栅设计，合金采用Pb-Ca-Sn合金，有效防止蓄电池的失水，Sn的合理含量可保证良好的充电性能，保证整个蓄电池的充电接受性能。板栅的处理采用预处理的方法，可保证界面的良好性能。铅膏配方采用高性能、高导电性配方，既保证有较高的容量，也能保证长的寿命。采用AGM隔板，贫液设计，阀控密封结构，整个使用期间不需要加水维护。

６、储能铅酸蓄电池市场预测

在可再生能源“十一五”规划中，2010年，风电总装机容量达到1000万千瓦，太阳能发电总容量达到30万千瓦。实际上2008年新装机容量为600万千瓦，装机总容量达到1217万千瓦。

按通常配置1W发电设备配置30VAh的蓄电池，换算成2V蓄电池15Ah，或者配置12V，2.5Ah。按风能、太阳能发电系统中有20%为离网发电，电池总量预算为表7 。

假如蓄电池每5年更换1次，每年更换蓄电池总计1030万只(2V600Ah)。如果每年按20%速度递增，当年新增蓄电池需求量1030万只。每年共需求2060万只。

这是非常保守的估算。目前实际用量已超过该用量。因此市场非常广阔。

在前节的介绍中可以看出风能、太阳能发电装机容量将会以很快的速度发展，铅酸蓄电池是发电系统中的重要部件，也是离网系统不可替代的部件，因此蓄电池的需求量将会迅速增加。

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