儲能電池是電化學(xué)儲能系統(tǒng)核心部分。 目前市場上的主流電池根據(jù)技術(shù)路線不同,大致可分為鋰離子電池、鈉離子電池和液流電池等。 不同技術(shù)路線的電池響應(yīng)速度、放電效率都不盡相同,也有各自的適用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)。
儲能的未來必然是市場化競爭加劇、多技術(shù)路線并存的態(tài)勢,哪種技術(shù)路線更能可持續(xù)發(fā)展?讓我們拭目以待。
2022年我國鋰電儲能系統(tǒng)價格為1.66元/Wh(0.5C系統(tǒng)),在新型儲能技術(shù)中占據(jù)主力位置
鋰離子電池?zé)o疑是目前電化學(xué)儲能中商業(yè)化進(jìn)程最快的技術(shù)之一,發(fā)展勢頭迅猛。鋰電儲能具有能量密度大、綜合效率高、反應(yīng)速度快、使用壽命長、生態(tài)環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn),是目前儲能產(chǎn)品開發(fā)中適應(yīng)性最好的技術(shù)路線。
圖:鋰電池工作原理圖
圖源:網(wǎng)絡(luò)
當(dāng)前,鋰電池市場需求正在急劇增加,已大規(guī)模應(yīng)用于儲能、電動汽車、備用電源等領(lǐng)域。2022年,鋰電儲能技術(shù)在新型儲能新增裝機(jī)中市場占比接近90%。由于鈉離子電池、液流電池等其他新型儲能技術(shù)蓬勃發(fā)展,預(yù)計鋰電儲能技術(shù)在新型儲能新增裝機(jī)中市場占比會逐漸降低,但仍將維持其在新型儲能技術(shù)中的主力位置。
圖:2022年-2030年新型儲能新增裝機(jī)不同技術(shù)變化趨勢
圖源:中國光伏行業(yè)協(xié)會
經(jīng)過近二十年的發(fā)展,鋰離子電池行業(yè)已經(jīng)形成了一個專業(yè)化程度高、分工明晰的產(chǎn)業(yè)鏈體系。鋰電儲能是新型儲能的絕對主力軍,而磷酸鐵鋰電池技術(shù)又是我國鋰電儲能的主導(dǎo)技術(shù)。由于磷酸鐵鋰技術(shù)的進(jìn)步,電池能量密度得到提升,循環(huán)壽命是鋰電池中較為優(yōu)秀的,而且有相對較低的成本,目前新建的大型儲能項(xiàng)目一般優(yōu)先選擇磷酸鐵鋰電池。
根據(jù)最新數(shù)據(jù)顯示,2022年我國鋰電儲能系統(tǒng)價格約為1.66元/Wh(0.5C系統(tǒng))。與其他新型儲能技術(shù)相比,鋰電池儲能系統(tǒng)具有高能量轉(zhuǎn)化效率的突出優(yōu)點(diǎn)。2022年我國鋰電儲能系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)化效率約為89%。隨著技術(shù)水平的持續(xù)提升,鋰電儲能系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)化效率將有所提升。
圖:2022年-2030年我國鋰電儲能系統(tǒng)價格變化趨勢(元/Wh)
圖源:中國光伏行業(yè)協(xié)會
鈉鋰產(chǎn)業(yè)鏈重合度高,利于產(chǎn)業(yè)化快速導(dǎo)入
鈉離子電池工作原理與鋰離子電池原理相同,和鋰離子電池的生產(chǎn)設(shè)備基本可實(shí)現(xiàn)兼容,降低了產(chǎn)業(yè)化難度。鈉離子電池性能優(yōu)異,是近來被頻繁報道的“未來”電池,2023年有望實(shí)現(xiàn)商業(yè)化,大規(guī)模儲能系統(tǒng)、5G基站、戶用儲能、光伏、風(fēng)能都將是鈉離子電池的主戰(zhàn)場。
鈉電產(chǎn)業(yè)鏈布局承襲鋰電,雖然我國鈉離子電池產(chǎn)業(yè)鏈還處于初級階段,產(chǎn)業(yè)布局尚不成熟,但目前國內(nèi)在鈉離子電池產(chǎn)品研發(fā)制造、標(biāo)準(zhǔn)制定以及市場應(yīng)用推廣等方面的工作已經(jīng)在全面展開,鈉離子電池即將進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用階段,相關(guān)工作已經(jīng)走在世界前列。
圖:鈉離子電池充放電原理
圖源:中科海納官網(wǎng)
決定電化學(xué)儲能能否被大面積應(yīng)用的關(guān)鍵因素包括安全性、材料資源可得性、高低溫性能、壽命、投資成本等,而根據(jù)鈉離子電池最新研究進(jìn)展,它在這些方面都表現(xiàn)出了良好的性能。在規(guī)?;瘧?yīng)用后成本有望低于鐵鋰電池,可在大規(guī)模電化學(xué)儲能、低速電動車等領(lǐng)域得到廣闊應(yīng)用,有望與鋰離子電池形成互補(bǔ)和有效替代。
相關(guān)研究表明,綜合正極材料、負(fù)極材料和集流體幾個方面,鈉離子電池材料成本約370元/kWh,而且隨著產(chǎn)業(yè)鏈成熟,材料成本有望進(jìn)一步下探,結(jié)合結(jié)構(gòu)件、電氣件成本,初始容量投資有望控制在500-700元/kWh;性能方面,隨著研發(fā)持續(xù)投入和技術(shù)迭代,電池循環(huán)壽命有望突破8000次以上。
圖:鈉離子電池發(fā)展的五個時期
液流電池為儲能“量身打造”,性能穩(wěn)定,安全性高
隨著行業(yè)整體的擴(kuò)張,新型儲能步入快速發(fā)展期,市場對于長時儲能需求增加,釩液流電池等適合建造大型電化學(xué)儲能設(shè)施的新興技術(shù)路徑也在加速布局。作為儲能領(lǐng)域的新勢力,全釩液流電池正蓄勢待發(fā)。
相比其他電化學(xué)儲能技術(shù),液流電池具有本征安全性和超長循環(huán)壽命,特別適用于大規(guī)模儲能電站。多重合力下,全釩液流電池前景較為明朗,商業(yè)化初期相對較高的成本預(yù)計也將隨著項(xiàng)目增多,規(guī)?;a(chǎn)以及技術(shù)突破得到緩解。液流電池具有壽命長、安全性好、輸出功率大、儲能容量大且易于擴(kuò)展等特點(diǎn),長期來看是儲能最優(yōu)的解決方案。
液流電池具備兩大核心優(yōu)勢,一是安全,從根本上避免爆燃;二則是其較的長生命周期,活性物質(zhì)衰減緩慢,工作壽命長達(dá)15-20年,加之儲能系統(tǒng)一般是靜態(tài)設(shè)施,對重量、體積的要求不高,能量密度并非關(guān)鍵指標(biāo),使得其尤其適合作為大規(guī)模儲能系統(tǒng)。
同其他儲能技術(shù)比較,與風(fēng)電場硬件具備最高的匹配度,特別適合用于風(fēng)電廠儲能,滿足其頻繁充放電、大容量、長時間儲能需求。當(dāng)然,全釩液流電池能量密度低,體積、質(zhì)量遠(yuǎn)大于其他電池,需要5-40°的溫度環(huán)境。
總結(jié):
不管是哪一種電池體系,材料的進(jìn)步?jīng)Q定電池的進(jìn)步。在新能源高速成長和快速技術(shù)迭代的長周期里,只有保障產(chǎn)品的安全性及產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)性能,才能促進(jìn)產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。此外,降低儲能系統(tǒng)設(shè)備價格,特別是降低電池價格是實(shí)現(xiàn)儲能商業(yè)化、規(guī)模化應(yīng)用的重要前提。
原標(biāo)題:儲能技術(shù)路線選擇:鋰電、鈉電、釩電,誰更香?