“儲(chǔ)能市場(chǎng)上目前各種技術(shù)路線百花齊放,但是除抽水蓄能外其他技術(shù)路線都缺乏經(jīng)濟(jì)性。鈉離子電池響應(yīng)速度快、能量密度高、經(jīng)濟(jì)性高,目前已經(jīng)在低速車、商用車、叉車等戰(zhàn)略項(xiàng)目中前期示范性導(dǎo)入,未來有望部分替代鋰電池場(chǎng)景。未來儲(chǔ)能市場(chǎng)需要積極有力的產(chǎn)業(yè)政策來建立完善電力市場(chǎng)機(jī)制,使儲(chǔ)能的經(jīng)濟(jì)性充分顯示出來。”
中國儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
國內(nèi)儲(chǔ)能新增裝機(jī)按技術(shù)分類,成四大梯隊(duì)分布
截止到2021年底,2021年我國新增電力儲(chǔ)能裝機(jī)繼續(xù)保持高速增長(zhǎng),新增投運(yùn)規(guī)模達(dá)10.5GW,同比增長(zhǎng)220%。新增最多的是抽水蓄能,單機(jī)規(guī)模100MW以上,占年度新增裝機(jī)79%左右,位列第一梯隊(duì)。其次是鋰離子電池、壓縮空氣儲(chǔ)能、液流電池、鉛蓄電池、儲(chǔ)熱儲(chǔ)冷技術(shù),單機(jī)可達(dá) 10-100MW,位列第二梯隊(duì)。第三梯隊(duì)是鈉離子電池、飛輪儲(chǔ)能、超級(jí)電容器,目前單機(jī)容量已達(dá)到MW級(jí),其中鈉離子發(fā)展受關(guān)注最多,未來可能進(jìn)入第二梯隊(duì)。第四梯隊(duì)是是液態(tài)金屬、金屬離子電池、水系電池等新型儲(chǔ)能技術(shù),需要進(jìn)一步的研發(fā),以盡早實(shí)現(xiàn)集成釋放和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
中國儲(chǔ)能企業(yè)主要包括儲(chǔ)能技術(shù)提供商、儲(chǔ)能PCS提供商、儲(chǔ)能系統(tǒng)集成商三大類。
儲(chǔ)能技術(shù)不同類型及特點(diǎn)
儲(chǔ)能技術(shù)是通過裝置或物理介質(zhì)將能量?jī)?chǔ)存起來以便以后需要時(shí)利用的技術(shù)。根據(jù)技術(shù)類型的不同,以電能釋放的儲(chǔ)能方式主要分為機(jī)械儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能和電化學(xué)儲(chǔ)能。機(jī)械類儲(chǔ)能的應(yīng)用形式為抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能和飛輪儲(chǔ)能;電磁儲(chǔ)能的應(yīng)用形式為超級(jí)電容儲(chǔ)能和超導(dǎo)儲(chǔ)能;電化學(xué)類儲(chǔ)能主要包括鉛蓄電池、鋰離子電池和液流電池等儲(chǔ)能方式。
不同儲(chǔ)能技術(shù)具有不同的特性,包括響應(yīng)時(shí)間、放電時(shí)長(zhǎng)、綜合效率,相應(yīng)的技術(shù)成熟度和應(yīng)用場(chǎng)景也有所差異。不同儲(chǔ)能技術(shù)路線利弊兼有,卻不影響其“百花齊放”。隨著碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的提出,儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)駛?cè)氚l(fā)展快車道,成為構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的重要支撐。
抽水蓄能:中國作為抽水蓄能大國,進(jìn)入發(fā)展高峰期
抽水蓄能是一種大規(guī)模的儲(chǔ)能方法,即通過電能-水勢(shì)能的轉(zhuǎn)化進(jìn)行能源儲(chǔ)存。抽水蓄能是在用電低谷時(shí)將電能轉(zhuǎn)化為上游水庫水的勢(shì)能,在用電高峰時(shí)通過水輪發(fā)電機(jī)將水的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能,其儲(chǔ)能總量同水庫的落差和容積成正比。
抽水蓄能電站自1882年問世至今擁有140年的歷史,中國是從20世紀(jì)六七十年代拉開抽水蓄能電站建設(shè)的序幕。“十二五”、“十三五”期間, 為適應(yīng)新能源、特高壓電網(wǎng)快速發(fā)展,抽水蓄能發(fā)展迎來新的高峰。截至2020年底,全球已投運(yùn)的抽水蓄能裝機(jī)為1.725億千瓦,其中中國抽水蓄能裝機(jī)達(dá)到3149萬千瓦,占比超過18%,位居世界第一。
抽水蓄能:技術(shù)成熟但建設(shè)受限,需求和電價(jià)機(jī)制是制約發(fā)展的主要因素
抽水蓄能是當(dāng)前儲(chǔ)能規(guī)模最大(GW 級(jí))、技術(shù)最成熟、使用壽命最長(zhǎng)(50a左右)和經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)(度電成本 0.21-0.25元/kWh)的物理儲(chǔ)能技術(shù)。這種低吸高發(fā)的儲(chǔ)能模式主要應(yīng)用于電網(wǎng)調(diào)峰填谷、調(diào)頻調(diào)相、緊急事故備用和黑啟動(dòng)等場(chǎng)合,可進(jìn)行“水光互補(bǔ)”,有效調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)平衡,提高電網(wǎng)系統(tǒng)的綜合運(yùn)行效率達(dá)70%~85% 。
基于其技術(shù)成熟,循環(huán)次數(shù)多,使用壽命長(zhǎng)且損耗低等特點(diǎn),抽蓄電站的度電成本優(yōu)勢(shì)較大,但是抽水蓄能資源總量有限,站址選擇受地理?xiàng)l件限制,建設(shè)周期長(zhǎng),投資成本呈逐年升高趨勢(shì),需求和電價(jià)機(jī)制是制約抽蓄發(fā)展的主要因素。
飛輪蓄能:處于發(fā)展階段,未來應(yīng)用有待突破
在目前適合規(guī)模化商業(yè)運(yùn)行的儲(chǔ)能技術(shù)中,飛輪儲(chǔ)能具有功率密度高、充放電響應(yīng)速度快、使用壽命長(zhǎng)、放電深度大、無環(huán)境污染、運(yùn)營(yíng)成本低、安全風(fēng)險(xiǎn)小等綜合優(yōu)勢(shì),非常適合快速大功率充放電應(yīng)用場(chǎng)合。
從目前飛輪儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展來看,目前中國市場(chǎng)上飛輪儲(chǔ)能應(yīng)用大部分為試點(diǎn)產(chǎn)品,成熟運(yùn)行產(chǎn)品較少,運(yùn)行功率較低,后備時(shí)間極短,部分技術(shù)性能需要進(jìn)一步完善。在系統(tǒng)容量、轉(zhuǎn)換率、使用壽命、安全性等方面亟須創(chuàng)新和突破。同時(shí),飛輪儲(chǔ)能商業(yè)化還存在成本偏高、缺少價(jià)格激勵(lì)政策、技術(shù)路線不夠成熟、欠缺技術(shù)規(guī)范和接入標(biāo)準(zhǔn)等問題。
壓縮空氣儲(chǔ)能:新技術(shù)推廣使效率顯著提升,初具大規(guī)模商業(yè)化條件
壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)是以高壓空氣壓力能作為能量?jī)?chǔ)存形式,并在需要時(shí)通過高壓空氣膨脹做功來發(fā)電的系統(tǒng)。傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的效率提升空間十分有限,國內(nèi)外學(xué)者在傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能的基礎(chǔ)上,通過采用優(yōu)化熱力循環(huán)等方法,開拓出了多種新型的壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù),新技術(shù)推廣使效率顯著提升,效率與成本已和抽水蓄能相當(dāng),初具大規(guī)模商業(yè)化條件。
目前最主要的新型壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)主要有三個(gè)新的技術(shù)路徑:蓄熱式壓縮空氣儲(chǔ)能(TS-CAES)、液態(tài)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)(LAES)、超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)(SC-CAES)。
鋰離子電池:目前儲(chǔ)能應(yīng)用中最主要的技術(shù)路線,處于絕對(duì)主導(dǎo)地位
鋰離子電池的能量密度較高,循環(huán)壽命長(zhǎng),效率高,響應(yīng)速度快,是目前儲(chǔ)能應(yīng)用中最主要的技術(shù)路線。自2015年以來, 鋰離子電池主宰著儲(chǔ) 能市場(chǎng),從2022年新增儲(chǔ)能裝機(jī)技術(shù)占比來看,鋰離子電池儲(chǔ)能技術(shù)占比達(dá)94.2%,仍處于絕對(duì)主導(dǎo)地位。
從種類來說,磷酸鐵(LFP), 鎳錳鈷(NMC)等三元鋰占比75%以上。磷酸鐵鋰電池能量密度高、循環(huán)壽命較長(zhǎng)、自放電率低、能量轉(zhuǎn)化率高、進(jìn)行快速充放電、不需要維護(hù),電池成本低、壽命長(zhǎng),已成為國內(nèi)主流路線,具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性。
鈉離子電池:具備成本低、資源豐富特點(diǎn),未來產(chǎn)業(yè)化是大勢(shì)所趨
鈉離子電池與鋰離子電池工作原理相同,是鋰離子電池的重要補(bǔ)充。其上游資源儲(chǔ)量充沛低廉,生產(chǎn)工藝與鋰離子電池類似,量產(chǎn)成本比鋰離子電池低35%左右。目前仍在量產(chǎn)階段中,具備成本低、資源豐富、低溫性能佳、倍率性能好等特點(diǎn),提到的能量密度、充放電效率等重要性能指標(biāo)均有待驗(yàn)證。目前中國開展了多個(gè)鈉離子電池材料、電芯生產(chǎn)制造示范區(qū),量產(chǎn)持續(xù)推進(jìn)中。鈉離子電池的生產(chǎn)工藝與鋰離子電池趨同,技術(shù)可復(fù)刻,設(shè)備可遷移,鈉離子產(chǎn)業(yè)化時(shí)間有望進(jìn)一步提前。
氫燃料電池:碳中和背景下,發(fā)展趨勢(shì)向好,商業(yè)化前景廣闊
氫燃料電池是將氫氣和氧氣的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電裝置。其基本原理是電解水的逆反應(yīng),把氫和氧分別供給陽極和陰極,氫通過陽極向外擴(kuò)散和電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)后,放出電子通過外部的負(fù)載到達(dá)陰極。在實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)背景下,發(fā)展氫能成為實(shí)現(xiàn)能源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型的必經(jīng)之路。
氫燃料電池由于其燃料氣來源豐富、效率高、無噪聲、無污染的優(yōu)點(diǎn),將在未來為節(jié)能和保護(hù)生態(tài)環(huán)境做出巨大貢獻(xiàn),是目前各個(gè)國家重點(diǎn)進(jìn)行研究的發(fā)電技術(shù)。
電磁儲(chǔ)能:尚處于技術(shù)發(fā)展的初級(jí)階段
電磁儲(chǔ)能的應(yīng)用形式分為超級(jí)電容器儲(chǔ)能和超導(dǎo)儲(chǔ)能。尚處于技術(shù)發(fā)展的初級(jí)階段,存在成本較高的缺點(diǎn)。
超級(jí)電容儲(chǔ)能:因高功率、高可靠特性突出,超級(jí)電容適用于高功率、短時(shí)高頻儲(chǔ)能領(lǐng)域,而能量密度較低、儲(chǔ)能成本較高是限制其應(yīng)用范圍的兩大因素,未來,技術(shù)進(jìn)步、成本降低、政策驅(qū)動(dòng)三重利好有望共同推動(dòng)超級(jí)電容市場(chǎng)高速增長(zhǎng)。
超導(dǎo)儲(chǔ)能:超導(dǎo)磁儲(chǔ)能擁有巨大發(fā)展空間,但面臨著技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)價(jià)值挑戰(zhàn)
儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展與落地應(yīng)用評(píng)價(jià)指標(biāo)體系
儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展與落地應(yīng)用評(píng)價(jià)指標(biāo)體系圍繞技術(shù)特性指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)特性指標(biāo)、產(chǎn)業(yè)化能力指標(biāo)三大評(píng)價(jià)維度,12個(gè)細(xì)分指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。
儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展與落地應(yīng)用市場(chǎng)掃描
從技術(shù)先進(jìn)性和應(yīng)用落地性兩個(gè)維度,基于細(xì)分指標(biāo),對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)市場(chǎng)進(jìn)行掃描。當(dāng)前中國儲(chǔ)能技術(shù)企業(yè)主要分為實(shí)力引領(lǐng)型、穩(wěn)健發(fā)展型、潛力發(fā)展型三類企業(yè)。
原標(biāo)題:中國儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀