電化學儲能成電力系統脫碳關鍵路徑 贏利點尚不清晰

發布時間:2022-06-28 14:00    來源:中國工業新聞網

關鍵詞:脫碳關鍵路徑 電化學儲能 電力系統

摘要:近日,國際環保組織綠色和平在北京發布《電力系統脫碳的關鍵路徑-電化學儲能技術創新趨勢報告》(以下簡稱“報告”),從四種電化學儲能技術路線出發,拆解上下游產業鏈。

  中國工業報 余娜

  近日,國際環保組織綠色和平在北京發布《電力系統脫碳的關鍵路徑-電化學儲能技術創新趨勢報告》(以下簡稱“報告”),從四種電化學儲能技術路線出發,拆解上下游產業鏈。

  對于報告的發布,中國科學院電工研究所儲能技術組組長、中國化學與物理電源行業協會儲能應用分會副秘書長陳永翀評價,“報告為業內人士提供了一個了解電化學儲能產業鏈多個環節的技術概況和創新趨勢的機會。包括電化學儲能在內的新型儲能雖然可以提供調峰、調頻、備用、黑啟動、需求響應支撐等多種服務,技術效果和社會效益顯著,但由于缺乏明確的調度價格政策和成本分攤機制,國內新型儲能項目目前還是以示范為主,并沒有形成清晰的盈利點。”

  產業鏈五大環節面臨諸多創新機遇

  報告分析,電化學儲能產業鏈長且復雜,上游覆蓋各種電池、儲能變流器、電池管理系統和能量管理系統,中游為系統集成商,下游涉及終端用戶、運維商及回收。市場參與主體多元(既包括動力電池廠商,也包括風電和光伏企業,甚至是數據中心和傳統電源企業),所涉及的相關技術橫跨材料科學、物理、化學、電力工業等,綜合性極強。

  

 

  2025年中國電化學儲能裝機容量展望

  從上游電池到下游回收五大環節,電化學儲能產業面臨諸多創新機遇。

  在電池環節,從整體技術路線來看,儲能技術正朝著更高能量密度、更低成本、更好安全性和更長循環壽命邁進。不同的電化學儲能技術由于各具優勢將形成互補發展。由于鋰電池的發展受到鋰資源的制約,鈉離子電池資源豐富的優勢逐漸顯現,未來將與鋰離子電池形成互補。同時,由于電力系統對于長時儲能的需求,液流電池也將迎來發展機遇。全釩液流電池和鋅溴液流電池原材料易得且易回收,已經進入示范應用階段。

  在儲能變流器環節,與光伏逆變器在技術原理、使用場景、供應商及客戶上具有較高重合度,儲能變流器廠商多同為光伏逆變器廠商。報告認為,受疫情以及地緣政治等因素影響,儲能變流器的核心組件IGBT元件的國產化替代進程將加快。

  在電池管理系統和能量管理系統環節,報告認為,未來隨著液冷技術和應用場景的不斷成熟,其提升能量密度、減少占地面積、降低能耗等綜合優勢會進一步凸顯,值得關注。此外,專業的儲能運維管理平臺的出現可推動儲能運維領域SaaS模式逐步興起。同時,智能平臺在達到一定管理規模后,可形成虛擬電網參與電網服務或電力交易,獲取增值收益。

  在儲能系統應用環節,目前儲能建設仍遵循“誰使用,誰建設”的原則,盈利模式較為單一。報告認為:未來,為優化盈利模式,儲能系統集成將向共享儲能和光儲充一體化方向發展。其中,共享儲能可對集中式儲能“分散”處理和對分布式儲能“聚合”處理,能提高儲能資源利用效率,盤活閑散資源,有效降低儲能使用成本。光儲充一體化電站能夠利用儲能系統在夜間進行儲能,但目前仍存在安全性及應用標準缺失問題。一體化充電樁將會有很大發展空間,預計中國市場于2023年累積有望突破1GWh。

  在電池回收環節,由于電化學儲能處于發展初期,我國尚未出臺針對儲能系統電池回收的法規。報告建議:合理的回收利用可對我國鋰資源形成有效補充,減少對外的資源依賴。目前工藝在預處理環節中,由于鋰電池結構復雜,容易產生爆炸等安全問題,在該方面可利用超聲波探頭回收鋰電池正負極,處理速度快,成本更低,可應用于規?;透篌w積儲能電池規模。其次目前的工藝流程較長,影響因素多,產生大量廢酸堿溶液,可采用固相電解技術,全程沒有引入其他酸根,無廢水產生。

  “沒有任何一種技術可以同時滿足所有儲能場景的需求。因此,需要我們以市場應用為導向,開發‘高安全、低成本、可持續’的各類新型電化學儲能技術,以解決產業初期就已經顯露端倪的安全問題、成本問題和資源可持續發展問題。尤其是隨著新能源發電比例的快速提升,大容量長時儲能技術和長壽命大功率儲能器件的開發,將成為儲能產業技術創新發展的重要方向。” 陳永翀分析。

  看清電化學儲能在電力系統中的趨勢

  作為新型儲能的重要類型,電化學儲能具有布置靈活、建設周期短等特點,對構建更加靈活高效的新型電力系統具有重要意義。

  報告主要選擇鋰離子電池、鈉離子電池、全釩液流電池和鋅溴液流電池四種已經進入示范及商業化的電化學儲能技術路線進行研究。以全產業鏈視角,從儲能在電力系統中應用的痛點出發,分析不同儲能技術的發展現狀和未來創新趨勢。

  

 

  儲能的應用場景

  全球電動汽車快速發展,推動了以鋰離子電池技術為主的電化學儲能電池技術在電力系統中的應用。報告認為,在眾多電化學儲能技術路線中,鋰離子電池已經建立了較為健全的產業鏈。其中,鋰礦資源較為集中,市場格局方面,鋰資源開采呈現寡頭壟斷特征,頭部6家占比84%。全球優質鋰礦及鋰鹽湖長期被ALB和SQM兩家巨頭占據,中國鋰原料企業如天齊鋰業和贛鋒鋰業不斷通過并購、戰略投資等方式獲取鋰礦資源。但如何降低國內鋰資源的開采成本依然是技術發展的重點。報告建議,正極材料上,逐步提升能量密度將成為磷酸鐵鋰正極的發展趨勢,目前可通過補鋰質等方式推動;負極材料上,未來發展趨勢主要集中在具有高比容量的碳硅復合材料上;隔膜的創新趨勢主要集中在制備工藝和技術發展上;電解質方面,提高電池的安全性和穩定性將是未來的方向。

  與鋰離子電池類似,鈉離子電池同樣擁有正極、負極、隔膜和電解液四大部分,但材料相差較大,僅有隔膜無明顯變化。鈉離子電池仍處于示范應用階段。報告分析,鈉離子電池的創新趨勢主要集中在能量密度提升以及通過產業鏈建設降低成本兩個方面。其中,正極材料中目前具有潛在商業化價值的有普魯士白和層狀氧化物兩類材料;負極材料中,硬碳材料是最有前景的鈉離子電池負極材料;產業鏈建設方面,受限于產業鏈成熟度,鈉離子電池需要產業規模的拓展以降低成本。值得一提的是,未來鈉離子電池產業鏈成熟后,可與鋰離子電池形成互補。除了應用于儲能領域,鈉離子電池還可應用于電動兩輪車和低端電動車。

  與鋰電在儲能應用中的邏輯不同,液流電池主要是由于其可擴展性,可突破鋰離子電池在電力系統中在儲能時長方面的限制,用于長時儲能,因此在電力系統中具有一定的發展空間。國際上液流電池主要有全釩液流電池、鋅溴電池、鐵鉻電池、多硫化鈉溴電池4種技術路線。其中全釩液流電池目前產業鏈建設和技術成熟度相對較高。報告分析,全釩液流電池安全性高較高,優勢表現為循環壽命極長和容量規模易調節,缺點主要體現為能量密度較低,而成本問題是制約全釩液流電池大規模商業化應用的最大挑戰。

  中國鋅溴液流電池起步較晚,20世紀90年代后開始有科研院校研發非循環的鋅溴動力電池110,目前國內只有少數企業從事鋅溴液流電池研發,產業鏈建設處于起步階段。報告認為,液體電池中電解液的流動有利于電池系統的熱管理,可有效避免過熱超溫問題,不會發生起火爆炸。電池各材料均可回收利用,對環境友好。但其主要的挑戰是如何解決技術難題和產業化。報告指出,目前我國生產鋅溴液流電池的廠家十分有限,整體鋅溴液流電池的產業鏈配套還不成熟,若要實現該電池的規?;瘧?,產業配套和安全生產將是未來的重中之重。

  “作為新型儲能的主力軍,電化學儲能已經開始從兆瓦級別的示范應用邁向吉瓦級別的規模市場化。在這個階段,電化學儲能產業的創新,包括儲能技術的創新、商業模式的創新和政策機制的創新,尤為重要。電化學儲能的發展,尤其是新能源配儲能項目,還需要政策機制的創新支持,以解決產業初期儲能成本壓力大和利用率低的問題。”陳永翀建議。

(責編:heyan)
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