儲能行業研究報告
一、儲能定義及技術路線
(一)儲能定義
儲能是指通過介質或設備把能量存儲起來,在需要時再釋放的過程。其通過靈活的充放電控制,實現產能和用能在時間和空間的匹配,是靈活性的依仗。
儲能是支撐新型電力系統的重要技術和基礎裝備。能夠為電網運行提供調峰、調頻、備用、黑啟動、需求響應支撐等多種服務,是提升傳統電力系統靈活性、經濟性和安全性的重要手段;儲能能夠顯著提高風、光等可再生能源的消納水平,支撐分佈式電力及微網,是推動主體能源由化石能源向可再生能源更替的關鍵技術;儲能能夠促進能源生產消費開放共享和靈活交易、實現多能協同,是構建能源互聯網,推動電力體制改革和促進能源新業態發展的核心基礎。
圖1 微網儲能系統圖
(二)儲能的技術路線
按照能量的儲存方式,儲能可分為機械儲能、電磁儲能、電化學儲能、熱儲能、氫儲能五類,其中機械儲能主要包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等;電磁儲能主要包括超級電容器、超導磁儲能;電化學儲能主要包括鋰離子電池、鉛酸電池、液流電池、鈉硫電池等。
圖2 儲能的分類
按應用場景功能需求分為四大類:容量型儲能技術、能量型儲能技術、功率型儲能技術以及備用型儲能技術。一般容量型(≥4h)、能量型(約1~2h)、功率型(≤30min)和備用型(≥15min)四類。
圖3 儲能各技術路線的適用場景
儲能技術類型豐富,適合場景各有側重,以下為各種儲能的技術參數:
表1 儲能技術特點及適用場景
技術參數 | 配置靈活性 | 放電時間 | 啟動時間 | 響應速度 | 技術水平 | 最優適用場景 |
抽水蓄能 | 一星 | 2h-天 | 3-5min | min | 商用 | 大規模調峰、長時調頻 |
壓縮空氣 | 洞穴式:一星 臨界:三星 | 1h-天 | 約6min | 約1min | 洞穴式:商用 超臨界:示范 | 可再生能源並網、輔助服務 |
飛輪儲能 | 三星 | s-min | <2 ms | <2 ms | 商用 | 快速調頻、企業級UPS |
鉛蓄電池 | 四星 | 0.5-10h | <1 s | < 10ms | 商用 | 分佈式及微網、工商業、變電站備電 |
鋰離子電池 | 五星 | 0.1-10h | <1 s | < 10ms | 商用 | 綜合 |
液流電池 | 三星 | 1-10h | s級 | ms級 | 示范-商用 | 大規模調峰、可再生能源並網 |
鈉硫電池 | 四星 | 1-8h | s級 | ms級 | 商用 | 綜合 |
超級電容器 | 三星 | s-min | <1 s | ms級 | 示范 | 快速調頻 |
氫能 | 三星 | h—周 | 3-5 min | <1 s | 示范 | 天-周級長時間供電 |
蓄熱/蓄冷 | 三星 | 0.5-10h | — | — | 商用 | 光熱電站及電-熱轉換 |
表2 2022年中國儲能行業不同環節代表性企業
(三)儲能的技術指標
儲能技術指標主要包括能量密度、功率密度、充放電倍率、儲能效率、循環壽命、響應時間等。
能量密度(Wh/kg):指的是的單位重量的電池所儲存的能量,1Wh等於3600焦耳(J)的能量。能量密度是由電池的材料特性決定的,比如普通鉛酸電池的能量密度約為40Wh/kg。
功率密度(W/kg):指的是單位重量的電池在放電時可以以何種速率進行能量輸出。功率密度也是由材料的特性決定的,並且功率密度和能量密度沒有直接關系,並不是說能量密度越高功率密度就越高,功率密度其實描述的是電池的倍率性能,即電池可以以多大的電流放電,功率密度對於電池開發以及電動車開發而言非常重要,如果功率密度高,則電動車在加速的時候就會非常快,普通的鉛酸電池的功率密度一般隻有幾十~數百瓦特/千克,表明鉛酸電池的高倍率放電性能較差,而鋰離子電池目前的功率密度可以達到數千瓦特/千克。
充放電倍率:充放電倍率=充放電電流/額定容量,用“C”來表示電池充放電能力倍率,1C表示電池1h完全放電時電流強度。
儲能效率:是指儲能元件儲存起來的電量與輸入能量的比。
(四)電化學儲能
1、定義及特點
電化學儲能是一種通過鋰離子電池、液流電池等方式將電能儲存起來的一種新型儲能方式,主要應用於分鐘至小時級的作業場景。
在諸多儲能技術中,電化學儲能相對於其他儲能形式在規模和場地上擁有較好的靈活性和適應性,同時在調度響應速度、控制精度、電力系統調頻以及建設周期多方面具有比較的優勢,有著不可替代的重要作用,具有更廣闊的應用前景,在近兩年全球儲能市場發展勢頭強勁。
相比於機械儲能、電磁儲能、儲氫、儲熱等其他儲能技術,電化學儲能技術的優勢非常明顯,其部署靈活,又被稱為“平地上的抽水蓄能站”。
表3 電化學儲能與其他儲能形式對比
2、系統組成
電化學儲能系統主要由電池模組,儲能變流器(PCS),以及電池管理系統(BMS)和能量管理系統(EMS)組成。其中,電池模組負責儲電;PCS是連接於電池系統與電網(或負荷)之間的實現電能雙向轉換的變流器;而BMS和EMS是儲能系統的管理和控制中樞,BMS主要負責監測電池數據,保護電池安全;EMS主要通過數據采集、網絡監控和能量調度來實現儲能系統內部微電網的能量控制,保證微電網和整套系統正常運行。
圖4 儲能系統組成及之間的信息流向
在整套系統中,電池模組和PCS成本占比較高,BMS和EMS雖然硬件成本比重不高,可作為整套系統的管理和控制中樞,其性能和功能會直接影響整套系統的運行效率和穩定性,且具有一定的開發難度,所以仍舊是業內關註的重點 。隨著電化學儲能系統裝機量的不斷提升,因項目不同、電池容量不同、冷卻方式不同等差異導致BMS和EMS的需求變化將會越來越多,為此降低其開發難度變得非常關鍵。
投資分析1 |
在儲能賽道的佈局上可遵循從價值量環節出發,尋找最為受益的環節:電池組在儲能系統中成本占比最高,也是價值量最高的環節,變流器成本占比第二。從成本占比結構來看,電池組成本占比約60-70%;變流器成本占比10-20%,其他成本約占20-30%。除此以外,在高壓場景下,對於熔斷器、繼電器等零部件需求同樣提升。從技術壁壘角度看,電池組和變流器也是相對較高的環節。另外,近年來儲能電站著火事件頻發,因此儲能熱管理同樣受到市場密切關註,屬於產業鏈延伸業務。 |
3、鋰離子電池
鋰離子電池是電化學儲能電池的一種,也是二次電池(充電電池),它主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。在充放電過程中,Li+在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌:充電時, Li+從正極脫嵌,經過電解質嵌入負極,負極處於富鋰狀態;放電時則相反。
圖5-1 鋰離子電池充放電原理圖圖5-2 鋰離子電池充放電原理圖
3.1 鋰離子電池組成
鋰離子電池主要由正負極、隔膜、電解液、外殼組成。
正負極:鋰離子電池正極活性物質一般為磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鈷酸鋰,鎳鈷錳酸鋰材料,導電極流體使用厚度10–20微米的電解鋁箔。負極活性物質為石墨,或近似石墨結構的碳(目前也有一些非碳基材料,比如碳矽等矽基材料),導電集流體使用厚度7-15微米的電解銅箔。正負極電位決定正極集流體用鋁箔,負極集流體用銅箔,銅箔和鋁箔具有良好的導電性、易形成氧化保護膜、質地較軟有利於粘結、制造技術較成熟、價格相對低廉等優點,因此被選擇作為鋰離子電池集流體的緊要材料。磷酸鐵鋰離子電池的正極電位高,鋁箔的氧化層比較致密,可戒備集流體氧化,而銅在高電位下會發生嵌鋰反應,不宜做正極集流體,正極集流體一般采用鋁箔;而負極的電位低,鋁箔在低電位下易形成鋁鋰合金,負極集流體一般采用銅箔,銅箔和鋁箔之間不具備互替性。
隔膜:經特殊成型的高分子薄膜,薄膜有微孔結構,可以讓鋰離子自由通過,而電子不能通過。鋰離子電池隔膜主要作用是使電池的正、負極分隔開來,防止兩極接觸而短路。對於鋰電池系列,由於電解液為有機溶劑體系,因而需要有耐有機溶劑的隔膜材料,一般采用高強度薄膜化的聚烯烴多孔膜。
電解液:溶解有六氟磷酸鋰的碳酸酯類溶劑。
圖6 鋰離子電池組成
3.2 磷酸鐵鋰與三元鋰
磷酸鐵鋰電池是一種使用磷酸鐵鋰(LiFePO4)作為正極材料,碳作為負極材料的鋰離子電池,單體額定電壓為3.2V,充電截止電壓為3.6V-3.65V。三元鋰電池是指正極材料使用鎳鈷錳酸鋰(Li(NiCoMn)O2)或者鎳鈷鋁酸鋰的三元正極材料的鋰電池,三元復合正極材料是以鎳鹽、鈷鹽、錳鹽為原料,裡面鎳鈷錳的比例可以根據實際需要調整。
目前新能源汽車電池主要有兩種技術路線,即磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池。磷酸鐵鋰電池相較於三元鋰電池,能量密度低,低溫性能差,但經過改良後,目前已突破傳統磷酸鐵鋰電池的能量密度限制,達到瞭三元材料水平。三元鋰電池的能量密度高,低溫性能好,但其造價高,安全性存在一定問題。
2022年1-12月,我國動力電池累計產量545.9GWh,累計同比增長148.5%。其中三元電池累計產量212.5GWh,占總產量38.9%,累計同比增長126.4%;磷酸鐵鋰電池累計產量332.4GWh,占總產量60.9%,累計同比增長165.1%。未來新能源汽車市場預期將更加細分,在短程低速或中短程電動車市場中,磷酸鐵鋰電池很可能維持主流地位,但對長程或其他用途車輛而言,三元鋰電池也有望維持一定優勢。(數據來源:中國汽車動力電池產業創新聯盟、中商產業研究院整理)
磷酸鐵鋰與三元鋰的對比:
(1)材料不同:之所以稱為“三元鋰”“磷酸鐵鋰”主要指的是動力電池的“正極材料”的化學元素不同。三元鋰正極材料使用鎳鈷錳酸鋰(Li(NiCoMn)O2)三元正極材料,這種材料綜合瞭鈷酸鋰、鎳酸鋰和錳酸鋰三種材料的優點,形成瞭三種材料三相的共熔體系,由於三元協同效應,其綜合性能優於任一單組合化合物。磷酸鐵鋰是指用磷酸鐵鋰作為正極材料,其特色是不含鈷等貴重金屬元素,原料價格低且磷、鐵存在於地球的資源含量豐富。三元鋰材料因為稀缺,且隨著電動車快速發展而水漲船高,價格高,受上遊原材料制約性強;磷酸鐵鋰因為使用的稀有/貴金屬比例較低,所以價格比三元鋰電便宜,受上遊原材料影響較小。
(2)能量密度不同:三元鋰由於采用瞭更活潑的金屬元素,主流的三元鋰電池能量密度普遍在140Wh/kg~160 Wh/kg,低於高鎳配比的三元電池(160 Wh/kg~180 Wh/kg),部分重量能量密度能夠達到180Wh-240Wh/kg(寧德時代宣稱:麒麟電池的三元電池系統能量密度達到255 wh/kg)。磷酸鐵鋰能量密度為一般為90-110 Wh/kg,部分創新的磷酸鐵鋰電池,例如刀片電池,能量密度可達120W/kg-140W/kg。三元鋰較磷酸鐵鋰最大的優勢就是能量密度高,充電速度快。
(3)溫度適應性不同:三元鋰電池的低溫性能優異,在-20℃條件下可保持正常電池容量的約70%-80%,其續航能力更優異。磷酸鐵鋰不耐低溫,氣溫低於-10℃,電池衰減得非常快,磷酸鐵鋰電池在-20℃條件下隻能保持正常電池容量的約50%-60%。
3.3儲能對於鋰離子電池的要求
鋰離子電池是電化學儲能技術發展的最具潛力技術之一,如何開發有區別於動力電池技術路線的儲能專用鋰離子電池成為行業發展需求的關鍵。儲能專用電池的特點要求具備高安全、大容量、長壽命、低成本、高能效。
從安全性、循環壽命等指標來說,固態鋰離子電池將成為未來規模應用的最有潛力的技術。鋰離子電池成本隨著鋰產業鏈規模不斷成熟擴大,成本具有大幅下降空間;儲能裝備的預裝化、標準化、模塊化等應用將進入成熟階段。
圖7 鋰離子電池與其他電池的壽命、成本對比
表4 典型鋰離子電池參數對比
項目 | 磷酸鐵鋰電池 | 三元鋰電池 | 鉛炭電池 | 釩液流電池 |
工作電壓(V) | 2.8-3.7 | 3.2-4.2 | 2 | 1.5 |
能量密度(Wh/kg) | 130-160 | 200-220 | 25-50 | 7-15 |
功率密度(W/kg) | 500-1000 | 1000-1500 | 150-500 | 10-40 |
倍率性能 | 0.25-2C(長期2C/瞬時5C) | 0.5-4C(長期2C/瞬時5C) | 0.8-1.2C | 2-5C |
SOC推薦使用范圍 | 10%-90% | 10%-85% | 30%-80% | 30%-90% |
電池組循環次數 | 3000-6000 | 2500-4500 | 1000-3000 | >10000 |
工作溫度 | 充電-10-45℃/放電-20-55℃ | 充電-30-55℃/放電-30-60℃ | -20-60℃ | -5-60℃ |
響應速度 | 毫秒級 | 毫秒級 | <10ms | 毫秒級 |
安全性 | 保護措施得當燃燒風險較低 | 燃點低,燃燒等風險較高 | 析氫等弱風險 | 五氧化二釩等毒性弱風險 |
環保性 | 環境友好 | 環境友好 | 存在一定環境風險 | 環境友好 |
電池效率 | 98%@0.1C/90%@1C | 98%@0.1C/90%@1C | 80-90% | 60%-75% |
電芯成本(元/kWh) | ≤650 | ≤950 | ≤550 | ≤2300 |
除電池外系統成本 | ≤750 | ≤900 | ≤800 | ≤750 |
年平均運維費用 | ≤2% | ≤2% | ≤1.5% | ≤5% |
使用壽命 | 15年 | 15年 | 12年 | 15年 |
全系統成本(元/kWh) | 1300-1600 | 1500-2000 | 800-1350 | ≤3050 |
度電成本(元/kWh) | 0.63 | 0.86 | 0.61 | 0.73 |
高溫條件下,三元鋰電池的三元材料會在200℃時發生分解,產生劇烈的化學反應,釋放出氧原子,並在高溫作用下極易發生燃燒或爆炸的現象。
2022年6月29日,國傢能源局發佈瞭關於征求《防止電力生產事故的二十五項重點要求(2022年版)(征求意見稿)》意見的函,其中在防止電化學儲能電站火災事故的要求中提到:中大型電化學儲能電站不得選用三元鋰電池、鈉硫電池,不宜選用梯次利用動力電池。
表5 儲能成組方案對比
儲能系統類型 | 磷酸鐵鋰電池 | 三元鋰電池 | 鉛炭電池 | 釩液流電池 |
常用集裝箱規格 | 40尺 | 40尺 | 40尺 | 20尺(另需配置電解液儲罐) |
BMS設計難度 | 復雜,需要考慮SOC估算精度以及均衡算法 | 十分復雜,電壓抖動劇烈,SOC估算難度較大,一致性需要精準的均衡算法 | 簡單,主要以監控為主 | 一般 |
系統集成可行性 | 可行,國內主流技術路線,方案相對成熟 | 待驗證(已被禁止在儲能電站中使用),一致性問題較嚴重,標準尚未統一 | 可行 | 可行 |
運維特點 | 可實現無人運維 | 難實現無人運維,安全因素是制約 | 電池壽命短,運維差別化服務難 | 可長時間運行,但增添電解液作業繁瑣,工程浩大 |
初始投資 | 適中 | 較大 | 相對少 | 較大 |
3.4鋰離子電池產業鏈
鋰離子電池產業鏈如下圖所示:
3.5鋰離子電池儲能產業鏈
鋰離子電池儲能產業鏈如下圖所示。此外,電池管理BMS、能量管理EMS、儲能系統安裝領域的頭部企業如下:
電池管理BMS:科工電子、高特電子、高泰昊能、力高新能源、協能科技、寧德時代、派能科技
能量管理EMS:派能科技、國電南瑞、中天科技、許繼電氣、平高電氣、陽光電源
儲能系統安裝:永福股份、特變電工、正泰電器、中國電建、中國能建
4、鉛酸電池與鉛炭電池
4.1 鉛酸電池與鉛炭電池對比
鉛酸電池是一種電極主要由鉛及其氧化物制成,電解液是硫酸溶液的蓄電池。鉛酸電池放電狀態下,正極主要成分為二氧化鉛,負極主要成分為鉛;充電狀態下,正負極的主要成分均為硫酸鉛。
鉛炭電池是一種電容型鉛酸電池,它是在鉛酸電池的負極中加入瞭活性碳,能夠顯著提高鉛酸電池的壽命。鉛碳電池是一種新型的超級電池,是將鉛酸電池和超級電容器兩者合一。
鉛炭電池是鉛酸電池的創新技術,相比鉛酸電池有著諸多優勢。鉛炭電池有以下優勢:一是充電快,提高8倍充電速度;二是放電功率提高瞭3倍;三是循環壽命提高到6倍,循環充電次數達2000次;四是性價比高,比鉛酸電池的售價有所提高,但循環使用的壽命大大提高瞭;五是使用安全穩定,可廣泛地應用在各種新能源及節能領域。此外,鉛炭電池也發揮瞭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(鉛酸電池若這樣充、放,壽命隻有不到30次)。而且由於加瞭碳(石墨烯),阻止瞭負極硫酸鹽化現象,改善瞭電池失效的一個因素。
圖8 鉛酸電池原理圖
4.2 特點及適用場景
鉛炭電池無易燃物(電池的電解液是水基體系,熱失控和燃燒爆炸的概率很小),其相比鋰電池更加安全,而且鉛炭電池和鉛酸電池一樣,基本可實現100%回收。自2021年8月份以來,伴隨著新能源市場崛起,碳酸鋰市場價格開始呈現飛躍式上漲,鋰電池的造價成本也相應的水漲創高。而鉛炭電池原材料的價格相對穩定,造價成本更低,經濟效益也就更高。據測算,目前鉛炭電池儲能的建設成本0.95元/Wh。綜合比較,鉛炭電池無論是安全性、經濟性,穩定性、以及可復制性,都具有非常大的比較優勢,未來會被更多的儲能電站采用,包括5G基站及IDC、發電側、電網側,以及用電側。
4.3 鉛炭電池項目
2022年12月1日,吉電股份在浙江省湖州市長興縣小浦園區超威郎山工廠園區內,首個鉛碳類“百兆瓦時”用戶側儲能項目(10MW/97.312MWh)一期工程一次並網成功。
圖9 超威郎山工廠園區鉛炭電池儲能項目
5、液流電池
液流電池是由Thaller於1974年提出的一種電化學儲能技術,是一種新的蓄電池。液流電池由電堆單元、電解液、電解液存儲供給單元以及管理控制單元等部分構成,是利用正負極電解液分開,各自循環的一種高性能蓄電池,具有容量高、使用領域(環境)廣、循環使用壽命長的特點,是一種新能源產品。
圖10 液流電池原理圖
5.1 特點及適用場景
液流電池中全釩液流電池技術成熟度最高。優勢主要體現在以下方面:一是具有高安全性。全釩液流電池本征(在目前的電化學儲能方面安全性最高)及釩礦產資源都十分安全(中國釩儲量、產量都是世界第一)。二是具有長壽命性。全釩液流電池不同於一般的電化學儲能方式,其電池循環次數可達15000-20000次,使用年限可達15-20年,非常適合4-12小時的長時儲能應用場景。三是具有環保性。全釩液流電池儲能系統所使用的電解液在結束壽命周期後,可以完全被回收,電池端的制造材料也屬於零污染材料。四是易擴容。液流電池的儲能活性物質與電極完全分開,功率和容量設計互相 獨立,便於模塊組合設計和電池結構放置,以及容量便於擴展。液流電池的短板主要是效率和成本,目前的示范系統能效也就是75%左右。
基於全釩液流電池的優勢和特點,其在2小時以上長時需求的風光資源配儲及需要長時儲能來進行電力儲備的工業園區等場景具有廣泛應用。(大工業用戶以後或許可以使用)
5.2 釩液流電池產業鏈
釩液流電池產業鏈如下圖所示:
5.3 釩液流電池項目
2022年10月30日,由中國科學院大連化學物理研究所儲能技術研究部研究員李先鋒團隊提供技術支撐的迄今全球功率最大、容量最大的百兆瓦級液流電池儲能調峰電站正式並網發電。該項目是國傢能源局批準建設的首個國傢級大型化學儲能示范項目,總建設規模為200兆瓦(MW)/800兆瓦時(MWh)。本次並網的是該電站的一期工程,規模為100兆瓦(MW)/400兆瓦時(MWh)。
圖11 大連化物所釩液流電池項目
投資分析2 |
全釩液流電池儲能技術在大規模長時儲能領域頗具應用前景,因其具備安全性高、易擴容、輸出功率和容量大、循環壽命長、性價比高、電解液可循環利用、釩資源自主可控、對環境友好等突出優勢,特別是百兆瓦級液流電池技術被納入“十四五”新型儲能核心技術裝備攻關重點方向。 《防止電力生產事故的二十五項重點要求(2022年版)(征求意見稿)》更是把儲能的關註點吸引到“超‘釩’脫俗”的全釩液流電池儲能上。在產業鏈不斷拓展的推動下,全釩液流電池產業正由導入期向成長期過渡,處於大規模產業化的前夕,一旦占比成本高的釩電解液規模化生產、全產業鏈協作,並從技術上實現全釩液流電池能量密度的突破,具有本征安全性的液流電池將在中大型電化學儲能中真正發揮其優勢。11月中核匯能公佈的首次GWh液流電池儲能系統集采中標結果顯示,投標最低價已至2.2元/Wh。國內液流電池儲能項目正在各地緊羅密佈地開展,液流儲能電池產線規模化建設提速。目前液流電池在新型儲能中的滲透率不到1%,一旦產業鏈成熟,未來有望實現跨越式增長。 註:五氧化二釩和隔膜占據瞭原料成本的 60-80%。且隨著儲能時長增長,五氧化二釩成本所占比例逐漸增加。五氧化二釩市場目前是典型的現貨市場,短期釩價波動會直接影響全 釩液流電池造價,因此,相對穩定的釩價有利於液流電池行業的成本控制。 |
6、鈉離子電池
鈉離子電池是一種二次電池(充電電池),主要依靠鈉離子在正極和負極之間移動來工作,與鋰離子電池工作原理相似。2022年度化學領域十大新興技術之一。鈉離子電池使用的電極材料主要是鈉鹽,相較於鋰鹽而言儲量更豐富,價格更低廉。由於鈉離子比鋰離子更大,所以當對重量和能量密度要求不高時,鈉離子電池是一種劃算的替代品。
與鋰離子電池相比,鈉離子電池具有的優勢有:(1)鈉鹽原材料儲量豐富,價格低廉,采用鐵錳鎳基正極材料相比較鋰離子電池三元正極材料,原料成本降低一半;(2)由於鈉鹽特性,允許使用低濃度電解液(同樣濃度電解液,鈉鹽電導率高於鋰電解液20%左右)降低成本;(3)鈉離子不與鋁形成合金,負極可采用鋁箔作為集流體,可以進一步降低成本8%左右,降低重量10%左右;(4)由於鈉離子電池無過放電特性,允許鈉離子電池放電到零伏。鈉離子電池能量密度已大於140Wh/kg,可與磷酸鐵鋰電池相媲美,但是其成本優勢明顯,有望在大規模儲能中取代傳統鉛酸電池。(5)耐低溫,鈉離子電池在-20℃的低溫環境中可以實現90%以上的放電保持率,-40℃低溫下可放出70%以上的容量,高溫80℃還能循環充放使用,項目落地與場景應用更具有靈活性。
圖12 鈉離子電池原理圖
6.1 鈉離子電池產業鏈
鈉離子電池產業鏈如下圖所示:
6.2 鈉離子電池發展情況
鈉離子電池理論上循環壽命也是可以接近鋰離子電池;鈉離子電池有鈉資源優勢、成本優勢、性價比高。碳酸鋰接近60萬元每噸,而碳酸鈉1噸隻需要2000元-3000元,這是天然的成本優勢,因為資源豐富,所以原料價格低。 2015年之後,世界各國都開始瞭對鈉離子電子的產業化研究,到今天全球大概有幾十傢鈉離子電池公司,我國也是其中佈局較早的,目前我國在鈉離子電池領域處於世界領先地位,中科海鈉、寧德時代、立方 新能源等企業均已實現鈉離子電池的初步量產,並推出瞭成熟的產品線。
表6 鈉離子電池與其他儲能方式對比
圖13 全球鈉離子電池產業化現狀
7、電化學儲能度電成本
儲能度電成本(LCOS)為國際通用的成本評價指標。基於儲能全生命周期建模的儲能平準化成本LCOS(Levelized Cost of Storage)是目前國際上通用的儲能成本評價指標,其算法是對項目生命周期內的成本和放電量進行平準化後計算得到的儲能成本。
和目前幾種典型電化學儲能技術的度電成本仍遠高於抽水蓄能的度電成本;目前磷酸鐵鋰電池和鉛炭電池的度電成本較低。
圖14 幾類典型儲能技術的度電成本
8、電化學儲能電站全生命周期成本
儲能電站的成本主要包括初始投資成本和運行成本,其中初始投資成本包括儲能系統成本、功率轉換成本和土建成本,運行成本則包括運維成本、回收殘值和其他附加成本(如檢測費、入網費等)。
通過大量的市場調研,得到各類儲能電站的成本,按照容量型和功率型的不同,分別進行全生命周期成本對比。
(五)結論
1、抽水蓄能目前占比在80%以上,是絕對主力;液流電池、壓縮空氣、鋰離子/鈉離子電池、鉛碳電池也很適合規模儲能。鈉硫電池本來也很合適大規模儲能,但這些年由於安全問題,已不太受關註。
2、電化學儲能這幾年的發展速率是高於抽水儲能,從原來不足10%到現在超過10%,未來占比會更多。各種電化學儲能技術中,鉛酸/鉛碳電池成本最低,它最大的問題還是壽命和循環次數,我們國傢的鉛回收技術還是比較成熟的,所以環保不是大問題,但循環壽命確實是大短板。
3、鋰離子電池整個產業鏈都很成熟、系統效率也比較高,成本方面大傢也接受,是目前除瞭鉛酸電池外最經濟的選擇,循環壽命上可以做到五六千次,但安全性是其短板,也是目前研究的熱點。
4、液流電池在安全性、長壽命方面都有其本質上的優勢,比較適合大規模儲能,但一方面效率不如鋰電高,目前成本偏高也限制瞭其大規模應用。
5、鈉離子電池資源豐富,是鋰離子電池很好的補充,但尚處於示范應用階段,離大規模應用還需要一段時間。
6、從目前情況看,抽水蓄能、鋰離子電池、液流電池、鉛炭電池技術因一定的優勢,仍將在儲能領域保持較大的比重。