电化学储能成电力系统脱碳关键路径 赢利点尚不清晰

发布时间:2022-06-28 14:00    来源:中国工业新闻网

关键词:脱碳关键路径 电化学储能 电力系统

摘要:近日,国际环保组织绿色和平在北京发布《电力系统脱碳的关键路径-电化学储能技术创新趋势报告》(以下简称“报告”),从四种电化学储能技术路线出发,拆解上下游产业链。

  中国工业报 余娜

  近日,国际环保组织绿色和平在北京发布《电力系统脱碳的关键路径-电化学储能技术创新趋势报告》(以下简称“报告”),从四种电化学储能技术路线出发,拆解上下游产业链。

  对于报告的发布,中国科学院电工研究所储能技术组组长、中国化学与物理电源行业协会储能应用分会副秘书长陈永翀评价,“报告为业内人士提供了一个了解电化学储能产业链多个环节的技术概况和创新趋势的机会。包括电化学储能在内的新型储能虽然可以提供调峰、调频、备用、黑启动、需求响应支撑等多种服务,技术效果和社会效益显著,但由于缺乏明确的调度价格政策和成本分摊机制,国内新型储能项目目前还是以示范为主,并没有形成清晰的盈利点。”

  产业链五大环节面临诸多创新机遇

  报告分析,电化学储能产业链长且复杂,上游覆盖各种电池、储能变流器、电池管理系统和能量管理系统,中游为系统集成商,下游涉及终端用户、运维商及回收。市场参与主体多元(既包括动力电池厂商,也包括风电和光伏企业,甚至是数据中心和传统电源企业),所涉及的相关技术横跨材料科学、物理、化学、电力工业等,综合性极强。

  

 

  2025年中国电化学储能装机容量展望

  从上游电池到下游回收五大环节,电化学储能产业面临诸多创新机遇。

  在电池环节,从整体技术路线来看,储能技术正朝着更高能量密度、更低成本、更好安全性和更长循环寿命迈进。不同的电化学储能技术由于各具优势将形成互补发展。由于锂电池的发展受到锂资源的制约,钠离子电池资源丰富的优势逐渐显现,未来将与锂离子电池形成互补。同时,由于电力系统对于长时储能的需求,液流电池也将迎来发展机遇。全钒液流电池和锌溴液流电池原材料易得且易回收,已经进入示范应用阶段。

  在储能变流器环节,与光伏逆变器在技术原理、使用场景、供应商及客户上具有较高重合度,储能变流器厂商多同为光伏逆变器厂商。报告认为,受疫情以及地缘政治等因素影响,储能变流器的核心组件IGBT元件的国产化替代进程将加快。

  在电池管理系统和能量管理系统环节,报告认为,未来随着液冷技术和应用场景的不断成熟,其提升能量密度、减少占地面积、降低能耗等综合优势会进一步凸显,值得关注。此外,专业的储能运维管理平台的出现可推动储能运维领域SaaS模式逐步兴起。同时,智能平台在达到一定管理规模后,可形成虚拟电网参与电网服务或电力交易,获取增值收益。

  在储能系统应用环节,目前储能建设仍遵循“谁使用,谁建设”的原则,盈利模式较为单一。报告认为:未来,为优化盈利模式,储能系统集成将向共享储能和光储充一体化方向发展。其中,共享储能可对集中式储能“分散”处理和对分布式储能“聚合”处理,能提高储能资源利用效率,盘活闲散资源,有效降低储能使用成本。光储充一体化电站能够利用储能系统在夜间进行储能,但目前仍存在安全性及应用标准缺失问题。一体化充电桩将会有很大发展空间,预计中国市场于2023年累积有望突破1GWh。

  在电池回收环节,由于电化学储能处于发展初期,我国尚未出台针对储能系统电池回收的法规。报告建议:合理的回收利用可对我国锂资源形成有效补充,减少对外的资源依赖。目前工艺在预处理环节中,由于锂电池结构复杂,容易产生爆炸等安全问题,在该方面可利用超声波探头回收锂电池正负极,处理速度快,成本更低,可应用于规模化和更大体积储能电池规模。其次目前的工艺流程较长,影响因素多,产生大量废酸碱溶液,可采用固相电解技术,全程没有引入其他酸根,无废水产生。

  “没有任何一种技术可以同时满足所有储能场景的需求。因此,需要我们以市场应用为导向,开发‘高安全、低成本、可持续’的各类新型电化学储能技术,以解决产业初期就已经显露端倪的安全问题、成本问题和资源可持续发展问题。尤其是随着新能源发电比例的快速提升,大容量长时储能技术和长寿命大功率储能器件的开发,将成为储能产业技术创新发展的重要方向。” 陈永翀分析。

  看清电化学储能在电力系统中的趋势

  作为新型储能的重要类型,电化学储能具有布置灵活、建设周期短等特点,对构建更加灵活高效的新型电力系统具有重要意义。

  报告主要选择锂离子电池、钠离子电池、全钒液流电池和锌溴液流电池四种已经进入示范及商业化的电化学储能技术路线进行研究。以全产业链视角,从储能在电力系统中应用的痛点出发,分析不同储能技术的发展现状和未来创新趋势。

  

 

  储能的应用场景

  全球电动汽车快速发展,推动了以锂离子电池技术为主的电化学储能电池技术在电力系统中的应用。报告认为,在众多电化学储能技术路线中,锂离子电池已经建立了较为健全的产业链。其中,锂矿资源较为集中,市场格局方面,锂资源开采呈现寡头垄断特征,头部6家占比84%。全球优质锂矿及锂盐湖长期被ALB和SQM两家巨头占据,中国锂原料企业如天齐锂业和赣锋锂业不断通过并购、战略投资等方式获取锂矿资源。但如何降低国内锂资源的开采成本依然是技术发展的重点。报告建议,正极材料上,逐步提升能量密度将成为磷酸铁锂正极的发展趋势,目前可通过补锂质等方式推动;负极材料上,未来发展趋势主要集中在具有高比容量的碳硅复合材料上;隔膜的创新趋势主要集中在制备工艺和技术发展上;电解质方面,提高电池的安全性和稳定性将是未来的方向。

  与锂离子电池类似,钠离子电池同样拥有正极、负极、隔膜和电解液四大部分,但材料相差较大,仅有隔膜无明显变化。钠离子电池仍处于示范应用阶段。报告分析,钠离子电池的创新趋势主要集中在能量密度提升以及通过产业链建设降低成本两个方面。其中,正极材料中目前具有潜在商业化价值的有普鲁士白和层状氧化物两类材料;负极材料中,硬碳材料是最有前景的钠离子电池负极材料;产业链建设方面,受限于产业链成熟度,钠离子电池需要产业规模的拓展以降低成本。值得一提的是,未来钠离子电池产业链成熟后,可与锂离子电池形成互补。除了应用于储能领域,钠离子电池还可应用于电动两轮车和低端电动车。

  与锂电在储能应用中的逻辑不同,液流电池主要是由于其可扩展性,可突破锂离子电池在电力系统中在储能时长方面的限制,用于长时储能,因此在电力系统中具有一定的发展空间。国际上液流电池主要有全钒液流电池、锌溴电池、铁铬电池、多硫化钠溴电池4种技术路线。其中全钒液流电池目前产业链建设和技术成熟度相对较高。报告分析,全钒液流电池安全性高较高,优势表现为循环寿命极长和容量规模易调节,缺点主要体现为能量密度较低,而成本问题是制约全钒液流电池大规模商业化应用的最大挑战。

  中国锌溴液流电池起步较晚,20世纪90年代后开始有科研院校研发非循环的锌溴动力电池110,目前国内只有少数企业从事锌溴液流电池研发,产业链建设处于起步阶段。报告认为,液体电池中电解液的流动有利于电池系统的热管理,可有效避免过热超温问题,不会发生起火爆炸。电池各材料均可回收利用,对环境友好。但其主要的挑战是如何解决技术难题和产业化。报告指出,目前我国生产锌溴液流电池的厂家十分有限,整体锌溴液流电池的产业链配套还不成熟,若要实现该电池的规模化应用,产业配套和安全生产将是未来的重中之重。

  “作为新型储能的主力军,电化学储能已经开始从兆瓦级别的示范应用迈向吉瓦级别的规模市场化。在这个阶段,电化学储能产业的创新,包括储能技术的创新、商业模式的创新和政策机制的创新,尤为重要。电化学储能的发展,尤其是新能源配储能项目,还需要政策机制的创新支持,以解决产业初期储能成本压力大和利用率低的问题。”陈永翀建议。

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