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寧德時(shí)代的儲(chǔ)能雄心
日期:2021-08-13   [復(fù)制鏈接]
責(zé)任編輯:sy_qianjiao 打印收藏評(píng)論(0)[訂閱到郵箱]
被稱為引領(lǐng)新一輪電力工業(yè)革命的儲(chǔ)能技術(shù),正隨著“雙碳”目標(biāo)的開(kāi)展而變得炙手可熱。

而寧德時(shí)代——這個(gè)通常被認(rèn)為動(dòng)力電池領(lǐng)域的領(lǐng)軍者,依靠其深厚的技術(shù)積累,正在儲(chǔ)能行業(yè)爆發(fā)出驚人的力量。

8月6日,在央視播出的紀(jì)錄片《強(qiáng)國(guó)基石》第5集《逐夢(mèng)》講述了寧德時(shí)代電化學(xué)儲(chǔ)能最新技術(shù)——全球首創(chuàng)12000次循環(huán)長(zhǎng)壽命鋰離子電池的故事。

這一革命性的技術(shù)突破,讓寧德時(shí)代宏大的儲(chǔ)能版圖日漸清晰,并為受制于成本的儲(chǔ)能行業(yè)帶來(lái)了希望。

技術(shù)突破助力構(gòu)建新型電力系統(tǒng)

“雙碳目標(biāo)”的提出和實(shí)施,亟需儲(chǔ)能技術(shù)做支撐。

2020年9月,國(guó)家主席習(xí)近平正式宣布中國(guó)將力爭(zhēng)2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)在“雙碳”戰(zhàn)略下進(jìn)入了快速發(fā)展階段。風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電等非化石能源的發(fā)展是推進(jìn)能源清潔低碳轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵,但其波動(dòng)性、間歇性,新能源裝備電網(wǎng)適應(yīng)性弱,制約了新能源大規(guī)模并網(wǎng)的安全運(yùn)行。

新能源的發(fā)展需要儲(chǔ)能等靈活性資源作為支撐,通過(guò)儲(chǔ)能系統(tǒng)保持電壓頻率穩(wěn)定、提供可靠備用電源、增強(qiáng)系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行的可靠性和靈活性、提高風(fēng)電和光伏發(fā)電的利用率。鋰電池儲(chǔ)能技術(shù)成熟、安全環(huán)保、響應(yīng)快,是提高大規(guī)模新能源消納重要手段,是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的堅(jiān)強(qiáng)基石。

但電池的循環(huán)壽命短制約著鋰電池在儲(chǔ)能領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用。

目前市場(chǎng)上常規(guī)的磷酸鐵鋰電池平均循環(huán)壽命只有3000~6000次,極大地限制了儲(chǔ)能電池服役時(shí)間。2016年,寧德時(shí)代承接“十三五”重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“智能電網(wǎng)技術(shù)與裝備”重點(diǎn)專項(xiàng)“100MWh級(jí)新型鋰電池規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用”。開(kāi)發(fā)循環(huán)壽命更長(zhǎng)的鋰離子電池就是該專項(xiàng)的重點(diǎn)內(nèi)容之一。

歷經(jīng)四年,寧德時(shí)代實(shí)現(xiàn)了全生命周期陽(yáng)極鋰離子補(bǔ)償技術(shù)在儲(chǔ)能領(lǐng)域的工業(yè)化應(yīng)用,將鋰離子電池的壽命延長(zhǎng)到12000次循環(huán),遠(yuǎn)超當(dāng)前市場(chǎng)的平均水平。

不僅如此,寧德時(shí)代還突破了大規(guī)模儲(chǔ)能在安全、能效等方面的技術(shù)瓶頸,創(chuàng)新開(kāi)發(fā)出長(zhǎng)壽命、高安全、高轉(zhuǎn)換效率的鋰電儲(chǔ)能體系,取得五大突破性科研成果:超長(zhǎng)壽命電池技術(shù),高一致性模塊集成與管理技術(shù),高置信度電池壽命預(yù)測(cè)技術(shù),大規(guī)模電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)中單元及模塊的安全性評(píng)測(cè)方法、標(biāo)準(zhǔn),百兆瓦時(shí)級(jí)大規(guī)模電池儲(chǔ)能電站統(tǒng)一調(diào)度與控制技術(shù)。

各項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)成果成功集成應(yīng)用于福建晉江百兆瓦時(shí)級(jí)儲(chǔ)能電站(以下簡(jiǎn)稱晉江儲(chǔ)能電站)試點(diǎn)項(xiàng)目一期(30MW/108MWh),達(dá)成了行業(yè)標(biāo)桿級(jí)的技術(shù)指標(biāo)。

調(diào)頻方面,晉江儲(chǔ)能電站實(shí)現(xiàn)了調(diào)節(jié)速率≈180MW/min,調(diào)節(jié)精度偏差≈0.076MW,調(diào)度響應(yīng)時(shí)間≈3s的優(yōu)異調(diào)頻性能。而高精度的SOC算法則實(shí)現(xiàn)了SOC估算誤差小于5%。晉江儲(chǔ)能電站還實(shí)現(xiàn)了全功率響應(yīng)時(shí)間小于200毫秒,而國(guó)際水平普遍大于500毫秒。

高效熱電管理技術(shù),讓電池簇內(nèi)動(dòng)態(tài)溫差小于4攝氏度,單元系統(tǒng)內(nèi)電池動(dòng)態(tài)溫差小于5攝氏度,保障了電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

在多項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)的加持下,晉江儲(chǔ)能電站實(shí)現(xiàn)了智慧的負(fù)荷管理,保障電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、高效、低成本運(yùn)行。該電站可為附近3個(gè)220kV重負(fù)荷的變電站提供調(diào)峰調(diào)頻服務(wù),平均日調(diào)頻里程可達(dá) 32000MW。

2020年1月15日,晉江儲(chǔ)能電站第一期順利并網(wǎng),截至2021年7月1日,電站已安全運(yùn)行535天,總放電量達(dá)68.52GWh。按照一個(gè)三口之家每年用電3000度來(lái)計(jì)算,相當(dāng)于可以為超過(guò)15萬(wàn)戶家庭供電。且其電池循環(huán)壽命高達(dá)12000次,按本地調(diào)度指令每天1.5-2.0次充放電,服役壽命預(yù)計(jì)超20年。

這座百兆瓦級(jí)儲(chǔ)能電站不僅成功獲評(píng)國(guó)家能源局首批科技創(chuàng)新(儲(chǔ)能)試點(diǎn)示范項(xiàng)目,其優(yōu)異的調(diào)頻性能,還將打破全國(guó)調(diào)頻市場(chǎng)傳統(tǒng)格局,加速替代水電調(diào)頻和火電調(diào)頻,降低各發(fā)電企業(yè)調(diào)頻分?jǐn)傎M(fèi)用,促進(jìn)電力輔助服務(wù)市場(chǎng)調(diào)峰和調(diào)頻資源進(jìn)一步細(xì)分,提高儲(chǔ)能調(diào)頻市場(chǎng)占比。

此外,晉江儲(chǔ)能電站還獲得了全國(guó)首張獨(dú)立儲(chǔ)能電站發(fā)電業(yè)務(wù)許可證(發(fā)電類),正式開(kāi)啟儲(chǔ)能電站商業(yè)化運(yùn)營(yíng)之路,為行業(yè)提供了可復(fù)制、可推廣的技術(shù)支撐和落地經(jīng)驗(yàn),有力支撐了新型電力系統(tǒng)的建設(shè)。

寧德時(shí)代的儲(chǔ)能B面

在公眾印象中,動(dòng)力電池是寧德時(shí)代的王牌產(chǎn)品。事實(shí)上,寧德時(shí)代在創(chuàng)立之初便布局了儲(chǔ)能,并參與了當(dāng)時(shí)全球最大的風(fēng)光儲(chǔ)輸新能源綜合利用平臺(tái)——張北儲(chǔ)能項(xiàng)目。

近幾年來(lái),在交通電動(dòng)化政策的助力下,動(dòng)力電池技術(shù)進(jìn)步一日千里。而在此之前,儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展機(jī)遇尚未到來(lái),寧德時(shí)代更側(cè)重儲(chǔ)能技術(shù)的研發(fā)和積累。

2018年,隨著電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能熱潮的開(kāi)啟,國(guó)內(nèi)儲(chǔ)能市場(chǎng)開(kāi)始進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。2018年底,我國(guó)電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)累計(jì)1036.03MW,同比增長(zhǎng)144.79%;到2020年我國(guó)電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)已經(jīng)達(dá)到3.27GW。

寧德時(shí)代依靠動(dòng)力電池技術(shù)上的積累,快速切入儲(chǔ)能市場(chǎng),并實(shí)現(xiàn)了高速發(fā)展。根據(jù)中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟發(fā)布的《儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)研究白皮書(shū)2021》,寧德時(shí)代是2020年國(guó)內(nèi)電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目裝機(jī)最多的技術(shù)提供商。這是繼2019年之后,寧德時(shí)代第二次獲此殊榮。

儲(chǔ)能電池與動(dòng)力電池在電芯技術(shù)上有相通性,不過(guò)由于應(yīng)用場(chǎng)景不同,儲(chǔ)能電池與動(dòng)力電池在性能和技術(shù)特性上還是存在一定的差異。寧德時(shí)代并沒(méi)有將產(chǎn)品進(jìn)行簡(jiǎn)單的移植,而是積極構(gòu)建全面的產(chǎn)品體系。這一系列產(chǎn)品體系包括了電芯、模組、電柜、電池系統(tǒng),并基于化學(xué)安全、高壓安全、機(jī)械安全、功能安全四大方面以提供安全的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

2020年,董事長(zhǎng)曾毓群宣布寧德時(shí)代在三大戰(zhàn)略發(fā)展方向上不懈努力:一是,以可再生能源發(fā)電和儲(chǔ)能,替代固定式化石能源;二是,以動(dòng)力電池助力電動(dòng)車發(fā)展,替代移動(dòng)式化石能源;三是以電動(dòng)化+智能化的集成應(yīng)用創(chuàng)新,加快各領(lǐng)域的新能源替代進(jìn)程。

原本就是寧德時(shí)代主營(yíng)業(yè)務(wù)之一的儲(chǔ)能,從戰(zhàn)略層面得到了加強(qiáng)。在儲(chǔ)能行業(yè)具備全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)實(shí)力積累的寧德時(shí)代,已經(jīng)開(kāi)始全面布局儲(chǔ)能業(yè)務(wù)。

2021年,寧德時(shí)代繼續(xù)在儲(chǔ)能領(lǐng)域大展拳腳。晉江儲(chǔ)能電站的成功,為寧德時(shí)代繼續(xù)開(kāi)拓大規(guī)模儲(chǔ)能項(xiàng)目奠定了基礎(chǔ)。

6月,國(guó)網(wǎng)綜能與寧德時(shí)代聯(lián)手、共同投資的福建吉瓦級(jí)寧德霞浦儲(chǔ)能項(xiàng)目正式開(kāi)工。項(xiàng)目總投資9億元,總規(guī)模400兆瓦時(shí)。7月,由寧德時(shí)代與國(guó)網(wǎng)綜能及華電公司共同投資建設(shè)的國(guó)網(wǎng)時(shí)代華電大同300MW/600MWh儲(chǔ)能項(xiàng)目正式開(kāi)工,實(shí)現(xiàn)了從100MWh級(jí)到600MWh級(jí)的跨越。

從發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)到用戶側(cè),寧德時(shí)代已成功參與發(fā)、輸、配、用多項(xiàng)儲(chǔ)能項(xiàng)目。在發(fā)電側(cè),寧德時(shí)代為新能源場(chǎng)站的安全運(yùn)行及新能源電量的消納提供了全新的解決方案;在電網(wǎng)側(cè),寧德時(shí)代儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了多種功能,提升電網(wǎng)靈活性,實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、高效、低成本運(yùn)行;用電側(cè)儲(chǔ)能方面,寧德時(shí)代儲(chǔ)能產(chǎn)品已成功應(yīng)用于大型工商業(yè)與住宅領(lǐng)域,并擴(kuò)展至通信基站備電、UPS備電、島嶼微網(wǎng)、光儲(chǔ)充檢智能充電站等新興應(yīng)用,最大化利用能源實(shí)現(xiàn)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

隨著以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的加速推進(jìn),中國(guó)儲(chǔ)能業(yè)務(wù)將迎來(lái)快速發(fā)展。據(jù)光大證券測(cè)算,2020-2030年我國(guó)儲(chǔ)能需求空間累計(jì)3.9TWh,2020-2060年我國(guó)儲(chǔ)能市場(chǎng)空間累計(jì)為94TWh;2030年儲(chǔ)能投資市場(chǎng)空間1.3萬(wàn)億元,2060年5萬(wàn)億元。依據(jù)先期的戰(zhàn)略布局和技術(shù)優(yōu)勢(shì),寧德儲(chǔ)能業(yè)務(wù)有望成為動(dòng)力電池之外的第二增長(zhǎng)動(dòng)力。國(guó)信證券認(rèn)為,寧德時(shí)代有望最終占據(jù)15%-20%的儲(chǔ)能市場(chǎng)份額。

多元技術(shù)支撐儲(chǔ)能商業(yè)化

然而,儲(chǔ)能雖好,卻長(zhǎng)期以來(lái)受制于商業(yè)模式。

無(wú)論是曾經(jīng)火熱而又歸于沉寂的電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能,還是依靠新能源強(qiáng)制配儲(chǔ)政策短暫繁榮的新能源電源側(cè)儲(chǔ)能,都繞不開(kāi)儲(chǔ)能電站因?yàn)槿狈ο到y(tǒng)定位,沒(méi)有穩(wěn)定、健康、可持續(xù)盈利模式的問(wèn)題。

曾毓群曾經(jīng)表示,電化學(xué)儲(chǔ)能的大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用,離不開(kāi)儲(chǔ)能政策和市場(chǎng)環(huán)境的改善。但在國(guó)家推出相關(guān)政策之前,寧德時(shí)代并沒(méi)有“等靠要”,而是主動(dòng)尋找機(jī)會(huì),用技術(shù)創(chuàng)新為行業(yè)的發(fā)展提供助力。

隨著“碳中和”成為全球共識(shí),新能源產(chǎn)業(yè)已進(jìn)入到多層次、多類型、多元化發(fā)展階段,愈發(fā)細(xì)分的市場(chǎng)對(duì)電池提出了差異化的需求;同時(shí),世界范圍內(nèi)對(duì)于電池基礎(chǔ)材料的研發(fā)速度正在加快。在這一背景下,寧德時(shí)代立足自身領(lǐng)先的鋰離子電池技術(shù),正在探索布局多元電池技術(shù)體系,來(lái)滿足不同細(xì)分市場(chǎng)需求,并尋求新的技術(shù)突破方向。

7月29日,寧德時(shí)代發(fā)布了第一代鈉離子電池。寧德時(shí)代稱,其開(kāi)發(fā)的第一代鈉離子電池,電芯單體能量密度已經(jīng)達(dá)到了160Wh/kg,為目前全球最高水平。在常溫下充電15分鐘,電量可達(dá)80%。而在零下20°C低溫的環(huán)境下,仍然有90%以上的放電保持率,同時(shí)在系統(tǒng)集成效率方面,也可以達(dá)到80%以上。

除了性能優(yōu)越之外,布局鈉離子電池還有資源安全方面的考慮。鈉離子電池的電極材料主要是鈉鹽,相比于金屬鋰而言,鈉不僅獲得容易,而且價(jià)格便宜。資料顯示,目前我國(guó)80%的鋰資源供應(yīng)依賴進(jìn)口,是全球鋰資源第一大進(jìn)口國(guó)。我國(guó)電動(dòng)汽車和儲(chǔ)能的快速發(fā)展更加速了我國(guó)鋰資源的稀缺程度,過(guò)高的對(duì)外依存度嚴(yán)重影響能源安全。

在應(yīng)用場(chǎng)景上,第一代鈉離子電池不僅可應(yīng)用于各種交通電動(dòng)化,尤其在高寒地區(qū)具有突出優(yōu)勢(shì),還可靈活適配儲(chǔ)能領(lǐng)域全場(chǎng)景的應(yīng)用需求。寧德時(shí)代還在積極探索鈉離子電池的更進(jìn)一步創(chuàng)新。下一代鈉離子電池能量密度研發(fā)目標(biāo)是200Wh/kg以上。目前,寧德時(shí)代已啟動(dòng)鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化布局,2023年將形成基本產(chǎn)業(yè)鏈。

“電池的化學(xué)體系依然可以創(chuàng)新,電化學(xué)的世界就像能量魔方未知遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于已知。”曾毓群的這句話是對(duì)寧德時(shí)代不斷探尋新技術(shù)路線的最好注解。技術(shù)路線的不斷創(chuàng)新,不僅有利于充分發(fā)揮科研團(tuán)隊(duì)的主觀能動(dòng)性,也為整個(gè)行業(yè)的發(fā)展提供多元化解決方案,確保行業(yè)健康穩(wěn)定發(fā)展。

儲(chǔ)能技術(shù)創(chuàng)新不斷實(shí)現(xiàn)的同時(shí),國(guó)家層面的政策支持也在不斷地完善。

7月,國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》(下稱《指導(dǎo)意見(jiàn)》)?!吨笇?dǎo)意見(jiàn)》中不僅強(qiáng)調(diào)了要加快鈉離子電池等技術(shù)開(kāi)展規(guī)?;囼?yàn)示范,還提出要明確新型儲(chǔ)能獨(dú)立市場(chǎng)主體的地位,并要求建立新型儲(chǔ)能的價(jià)格機(jī)制。

按照政策,儲(chǔ)能電站將不再是作為火電、新能源的附屬設(shè)施,而是以獨(dú)立市場(chǎng)主體身份參與中長(zhǎng)期、現(xiàn)貨和輔助服務(wù)等各類電力市場(chǎng)。新型儲(chǔ)能價(jià)格機(jī)制則要建立電網(wǎng)側(cè)獨(dú)立儲(chǔ)能電站容量電價(jià)機(jī)制,同時(shí)逐步推動(dòng)儲(chǔ)能電站參與電力市場(chǎng);研究探索將電網(wǎng)替代性儲(chǔ)能設(shè)施成本收益納入輸配電價(jià)回收。完善峰谷電價(jià)政策,為用戶側(cè)儲(chǔ)能發(fā)展創(chuàng)造更大空間。

《指導(dǎo)意見(jiàn)》中提到的2025年新型儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模30GW以上和2030年實(shí)現(xiàn)新型儲(chǔ)能全面市場(chǎng)化發(fā)展,為儲(chǔ)能——尤其是電化學(xué)儲(chǔ)能——描繪了美好的發(fā)展前景。

積極的產(chǎn)業(yè)政策為儲(chǔ)能行業(yè)健康、可持續(xù)的發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。而多元技術(shù)路線的齊頭并進(jìn),助力了儲(chǔ)能成本不斷下降,同時(shí)給儲(chǔ)能提供了更多的商業(yè)化空間。 

原標(biāo)題:寧德時(shí)代的儲(chǔ)能雄心
 
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