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            萬億儲能市場爆發在即,哪些電池有機會?

            專欄:行業資訊發布時間:2022-06-08閱讀量:0作者:

            今年3月21日,國家發改委和能源局正式印發《“十四五”新型儲能發展實施方案》(簡稱《實施方案》)?!秾嵤┓桨浮访鞔_規定,“到2025年,新型儲能由商業化初期步入規?;l展階段、具備大規模商業化應用條件。其中,電化學儲能技術性能進一步提升,系統成本降低30%以上。到2030年,新型儲能全面市場化發展。新型儲能核心技術裝備自主可控,技術創新和產業水平穩居全球前列,市場機制、商業模式、標準體系成熟健全,與電力系統各環節深度融合發展,基本滿足構建新型電力系統需求,全面支撐能源領域碳達峰目標如期實現?!睋?,普遍認為,儲能市場是下一個即將爆發的萬億市場,有著極大的發展潛力。

            根據國家能源局的定義,儲能是指通過介質或設備將能量存儲起來,在需要時再釋放的過程。根據能源存儲形式的不同,儲能又可以分為熱儲能、電儲能以及氫儲能,目前主要為電儲能。而電儲能又可以分為電化學儲能和機械儲能,其中電化學儲能主要為我們熟悉的電池儲能,包括鋰電池、鉛蓄電池、鈉硫電池等。而機械能儲能主要包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等。
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            電化學儲能廣泛應用于發電側、電網側、用戶側,無疑是當下最景氣的賽道之一。特斯拉創始人馬斯克曾表示:儲能電池可以發展到與汽車動力電池差不多的規模,甚至超越汽車業務。CNESA數據顯示,2021年國內裝機量同比增長67.7%,預計2022-2026年年復合增長率為53.3%。

            那么,什么樣的電學化儲能系統才能滿足大規模儲能需求呢?《實施方案》要求“開展鈉離子電池、新型鋰離子電池、鉛炭電池、液流電池、壓縮空氣、氫(氨)儲能、熱(冷)儲能等關鍵核心技術、裝備和集成優化設計研究,集中攻關超導、超級電容等儲能技術,研發儲備液態金屬電池、固態鋰離子電池、金屬空氣電池等新一代高能量密度儲能技術?!睆摹秾嵤┓桨浮繁硎龇治?,鈉離子電池、新型鋰離子電池、鉛炭電池、液流電池是我們的近期選擇,液態金屬電池、固態鋰離子電池、金屬空氣電池等是我們的遠期目標。
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            新型鋰離子電池:目前,全球電化學儲能電站中鋰離子電池約占90%,擁有絕對優勢。這些鋰離子電池主要包括三元(能量密度約250Wh/Kg)、磷酸鐵鋰(能量密度約180Wh/Kg)、鈦酸鋰(能量密度約110Wh/Kg)等鋰離子電池,三元和磷酸鐵鋰電池優點是能量密度較高,但存在燃燒爆炸危險、高/低溫性能差、價格高等缺點;鈦酸鋰電池優點是安全性高、循環壽命長,但能量密度較低、價格更高。在鋰資源價格飛漲、我國鋰資源匱乏(70%以上鋰資源依賴進口)情況下,要想把鋰離子電池應用于大規模儲能系統似乎不太現實。有人提出動力鋰離子電池的梯級利用,看起來挺美,但考慮到不同廠家鋰離子電池差異、同一廠家不同批次電池差異,能源管理十分困難,容易導致安全隱患。

            鈉離子電池:鈉離子電池主要包括鈉硫電池、鈉鹽電池、鈉空氣電池、有機系鈉離子電池、水系鈉離子電池等。鈉離子電池使用的電極材料主要是鈉鹽,鈉鹽資源豐富,價格更低,能量密度(100-160Wh/Kg)略低于磷酸鐵鋰電池,但高于鈦酸鋰電池,具有良好的高/低溫性能和良好的循環性能,安全性高,環境友好,整體成本比磷酸鐵鋰電池低30-40%,有望在儲能市場獲得大規模應用。但鈉離子電池目前還不具備批量生產條件。

            2019年,世界首座100KWh鈉離子電池儲能電站在中科院物理所長三角研究中心投入運營;2021年,全球首套1MWh鈉離子電池光儲充智能微網系統在山西太原綜改區成功投入運營。
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            鉛炭電池:鉛炭電池是一種電容型鉛酸電池,是將鉛酸電池和超級電容器合二為一,既發揮了超級電容瞬間大容量充電的優點,也發揮了鉛酸電池的比能量優勢,且擁有非常好的充放電性能--90分鐘就可充滿電(但大電流充放電大大縮短電池壽命)。鉛炭電池由于安全性高、成本低、低溫性能好、電池壽命比單純的鉛酸蓄電池長,且國內生產鉛炭電池的廠家比較多,是規模儲能的優選技術,必將在儲能領域占據越來越大的市場份額。

            目前,國家電網雉城(金陵變)12MW/24MWh鉛炭儲能項目、大連化物所星海二站園區100kWh鉛炭電池儲能系項目、浙江舟山東福山島風光伏儲能電站、新疆吐魯番新能源城市微電網示范工程、南方電網光儲一體化柴儲能電站、無錫新加坡工業園智能配網儲能電站、浙江鹿西島4MWh儲能項目等項目采用鉛炭電池技術。

            液流電池:液流電池是一種大規模效率高的電化學儲能技術,根據電極活性物質的不同,可以分為全釩液流電池、鋰離子液流電池、鉛液流電池、鋅溴液流電池、鋅鈰液流電池、鋅鎳液流電池、鐵鉻液流電池、多硫化鈉/溴液流電池等。目前,除了全釩液流電池技術發展比較成熟外,其它液流電池技術還需進一步探索完善??傮w來講,液流電池具有長壽命、100%放電深度、安全性高等優點,但能量密度低、成本較高,如果成本得到進一步控制,液流電池比較適合大規模蓄電儲能。

            目前, 湖北棗陽平凡瑞豐光儲用一體化項目、大連液流電池儲能調峰電站國家示范項目、大唐國際瓦房店風電場、普蘭店樂甲網源友好型風場示范項目、國家電投湖北全釩液流電池儲能項目、大唐中寧共享儲能項目等均采用液流電池技術。
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            液態金屬電池:液態金屬電池是一種在常溫常壓下呈液態、可流動且具有高導電、高導熱特性的新興電池。液態金屬電池的開發是解決電網規模儲電問題的一種創新方法。液態金屬電池分為鎂銻電池、鉛銻電池、鈉硫電池,是一種低成本、無二氧化碳產生的儲能形式,目前國內尚無應用案例報道。

            固態鋰離子電池:固態鋰離子電池與液態鋰離子電池工作原理相似,只是用鋰、鈉制成的玻璃化合物取代了電解液,從而大提升能量密度和安全性能,并且在批量生產后能有效降低生產成本。目前,固態電池還存在離子導電率低導致不能快充、固體電解質界面接觸性差導致電池內阻大、產業鏈不健全導致生產成本居高不下等關鍵問題有待業界解決。

            金屬空氣電池:金屬空氣電池是一種特殊的燃料電池,被稱為是“面向21世紀的綠色能源”。按負極使用的金屬來分,常見且實用的金屬空氣電池包括:鋅空氣電池、鋁空氣電池、鐵空氣電池、鎂空氣電池、鋰空氣電池。

            鋅空氣電池具有容量大、比能量高、成本低、放電性能穩定等優點,但放電電流密度偏低,且使用貴金屬作為催化劑,一定程度上阻礙了鋅空氣電池的市場化。

            鋁空氣電池是一種很有應用前途的電池,它具有比能量高、比功率中等、無毒害氣體產生、原材料豐富等優點,但鋁氧化膜破壞易導致產生大量氫氣,且鋁電極需要不斷更換,這些問題限制了鋁空氣電池的發展。

            鐵空氣電池具有價格低、污染少、原材料資源豐富等優點,但電極易形成鈍化膜導致壽命縮短、充電效率低等缺點。

            鎂空氣電池具有比能量高、使用安全方便、原材料資源豐富、成本低、適用溫度范圍寬、污染少等優點,但鎂溶解速度太快產生大量氫氣,導致鎂的自腐蝕速度加大。

            鋰空氣電池比鋰離子電池具有更高的能量密度,成本低約40%,3V標準電壓平臺。實際應用中也存在一些問題,如鋰性質活潑,易發生腐蝕和自放電現象,影響電池壽命;需要有效的電極催化劑;鋰價格高,一定程度限制了發展。

            總之,儲能市場需要的是高效率、高安全、低成本、適配度高的電池產品,目前暫時沒有一款能夠完全適配規模儲能需求的電池產品,即使是目前市場占有率超過90%的鋰離子電池,依然存在成本高、安全隱患、鋰資源有限等問題,儲電成本高導致很難建立起合理的贏利模式;液態金屬電池、固態鋰離子電池、金屬空氣電池尚需關鍵技術突破,短期內還不具備市場化條件;鈉離子電池、鉛炭電池、液流電池是比較理想的備選對象,目前也都有示范項目在運行中,如能進一步針對大規模儲能需求解決關鍵技術問題及降低儲電成本,有望在萬億儲能市場搶占一席之地。

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