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哪种新兴储能电池可在..

哪种新兴储能电池可在“风口”起舞
2019-02-20

2016年以来,国内外风电、光伏、通信和家庭储能市场开始升温。同时,国内动力电池产能处于快速释放阶段,企业的梯次利用技术日趋成熟,动力电池用于储能既可以帮助消化多余电池产能,也可以让那些即将大规模退役的动力电池在梯次利用中发挥剩余价值。在这些因素的推动下,储能领域犹如解冻的河流,开始澎湃起来。


此外,“新电改”也为储能的发展奠定了坚实基础,再加上储能示范项目的开展和相关储能扶持政策的出台,“十三五”期间储能领域将迎来跨越式发展。据业内机构预计,到2020年,储能市场规模将达到136.97GW,占2020年全国发电总装机量1800GW的7.6%。


作为重要储能技术之一的电化学储能,一直是近年来各大企业争先发展的方向,也是储能“风口”真正的受益者。常见的电化学储能电池有液流电池、铅炭电池、锂离子电池和钠硫电池等。根据各种应用场合对储能功率和储能容量要求的不同,各种储能技术都有其适宜的应用领域。储能向好,储能电池也将迎来发展机遇,那么,哪种新兴储能电池将会在未来的储能领域里独领风骚、翩翩起舞呢?


全钒液流电池:瞬间再充电 储能使用20年

液流电池也被称为氧化还原液流电池,是一种新型的大型电化学储能装置。目前研究较多的液流电池有锌溴电池、全钒液流电池等。液流电池的理论保存期无限,储存寿命长,无自放电,能100%深度放电而不会损坏电池,这些特点使得液流电池成为储能领域的首选技术。


以全钒液流电池为例,它可以通过更换电解液实现“瞬间再充电”,与传统锂离子电池相比,全钒液流电池的寿命更长。商用锂离子电池的寿命一般在5-8年,而全钒液流电池的寿命可达20年。其回收处理相对锂电池来说更为简单,在可循环利用方面更占优势。


2013年,大连融科与大连化物所联合研制的全球最大规模的全钒液流电池储能系统成功通过业主验收,这是世界上第一套实际并网运行的5MW级大型工业储能装置,各项指标都处于国际领先水平。2014年,大连融科又与博世集团合作,在德国北部风场建造了全钒液流电池储能系统。此外,大连融科还与美国UniEnergy Technologies公司合作,建造了美国首座MW级全钒液流储能电池电站。


大力电工多年专注全钒液流电池储能系统的研究开发。截至目前,该公司已在钒电池领域申请专利24项、授权发明专利17项、建立企业标准7项,并先后在我国国内、印度、新加坡等多地开展了12个钒电池储能系统示范工程,产品远销至韩国、美国等国。2017年2月,其自主研发的模块化钒电池储能系统拿到韩国首个年度订单。目前,公司已连续两年为韩国多个储能项目提供电池。


全钒液流储能电池与风电、光伏电组合成离网或微电网发电系统,对于孤岛、离网的边远地区来说,是不错的绿色能源组合。



铅炭电池:破解储能的高成本难题

成本过高一直是储能商业化的巨大障碍,而传统铅蓄电池又存在质量重、容量小、寿命低等弊端。为了降低储能成本,推动铅蓄电池在储能领域的进一步应用,铅炭电池近年来开始登上储能电池的舞台。铅炭电池由传统铅酸蓄电池演化而来,它将铅酸蓄电池和超级电容器合二为一,既能短时间大容量充电,又保持了铅蓄电池高比能量的特点,同时在循环寿命、性价比、安全性、低温性能、生产及回收工艺方面也具有明显优势。


2016年6月, 工信部等三部委联合印发《中国制造2025-能源装备实施方案》通知,在储能装备方面,明确高性能铅炭电池储能装备是重点技术攻关项目。目前,国内多家电池企业正在逐步完善铅炭电池领域的布局。作为最早的铅炭电池储能应用商,双登铅炭储能电池已经应用在IDC机房后备电源、风光储一体化电站等多个项目中;圣阳股份将铅炭电池应用于储能、备用电源、通信基站电源等领域,并具备了批量生产能力;南都电源研发的铅炭电池产品目前已被应用在多个国内储能示范项目中。


中国工程院院士杨裕生认为,凭借低成本、安全、原料易得、可靠、产业化技术成熟等显著优势,铅炭电池已经成为符合我国产业布局和制造水平的一种储能电池产品。中国化学和物理电源行业协会储能应用分会秘书长刘勇表示,作为一种新的储能技术路线,铅炭电池在目前锂电池成本尚未降低的情况下,具有一定优势,很有发展前景。


钠硫电池:需满足300℃高温运行环境

钠硫电池将钠和硫分别用作阳极和阴极,其中的氧化铝陶瓷同时起隔膜和电解质的双重作用。在一定的工作温度下,钠离子透过氧化铝陶瓷与硫之间发生可逆反应,形成能量的释放和储存。钠硫电池的比能量密度是铅蓄电池的3~4倍,体积小,可大电流、高功率放电,充放电效率高,原料资源储量也比较丰富。


钠硫电池的不足之处是其正、负极活性物质的强腐蚀性,对电池材料、电池结构及运行条件的要求苛刻:运行温度通常在300℃~350℃,需要附加供热设备来维持温度,并且钠硫电池仅在达到300℃左右的温度下才能运行,由此造成启动时间较长,也在一定程度上限制了其应用。


中国科学院上海硅酸盐研究所和上海市电力公司经过多年合作,成功研制出具有自主知识产权的容量为650Ah的钠硫储能单体电池,使我国成为继日本之后世界上第二个掌握大容量钠硫单体电池核心技术的国家。2015年,福瑞至秦唐新能源科技有限公司与中国科学院合肥固体研究所共同研发的钠硫单体电池,被列入国家“863”计划项目,作为“新型储能技术引领者”,其拥有的专利、专有技术成果覆盖了钠硫电池产业化应用的整个流程和全部领域,技术水准已经达到国际水平。


钠硫电池适合在特定的储能环境中使用,虽然应用并不广泛,但在某些领域依然有其不可替代性。


锂离子电池:未来的储能应用前景可期

锂离子电池的储存能量密度比较高,可达200~500Wh/L,其相同体积下重量约为铅蓄电池的1/5~1/6。但锂离子电池耐过充/放电性能差,组合及保护电路复杂,成本相对于铅蓄电池偏高,单体电池一致性及安全性也有待提高。


2016年,锂电池占新增储能方案的50%。到2025年,锂电池预计继续占据主导地位,占全球电力电池储能部署的80%。


比亚迪电力科学研究院总工程师张子峰表示,比亚迪将有更多商业化锂电储能运营项目在2017至2018年落地。比亚迪积极参与储能调频辅助服务市场,其用于国际市场调频的出货量已经超过100MW。


董明珠携万达集团、京东、中集集团等多家企业投资银隆,他们看中的除了“造车”,还有钛酸锂储能电池。钛酸锂电池除了应用于新能源汽车,更大的应用市场是万亿级的储能市场。据行业专家分析,与动力电池不同,储能电池更看重电池长寿命、低成本、高安全的性能,而钛酸锂储能电池在这些方面优势十分明显。


中航锂电储能事业部总经理李长青表示,如同火热的电动汽车市场一样,储能市场“风口”很快就会到来,在中航锂电的战略规划中,储能业务与电动汽车业务处于“并驾齐驱”的位置,公司已在技术及产线布局方面做好了储备。


正如业内人士所说,新能源汽车之后,下一个时代将属于储能。先知先觉的企业,除了在铅炭电池储能方面布局的双登、南都等,在全钒液流电池储能方面布局的大连融科和大力电工等,在钠硫电池储能方面布局的中国科学院上海硅酸盐研究所和上海市电力公司等,在锂离子电池储能方面布局的比亚迪和董明珠外,还有国轩高科、中兴派能、猛狮科技、雄韬股份、桑顿新能源、欣旺达等一批国内外知名电池&PACK企业,甚至锂电池材料综合供应商如杉杉股份,均依据自身的优势和对储能市场的判断,积极布局储能项目。


未来几年,储能电池市场势必将迎来利好,铅炭电池、全钒液流电池以及锂离子电池均有望凭借自身优势闯出一片天地。而谁将走得更远,还要看技术的进步能在多大程度上弥补不同储能电池身上的那些“先天”的不足。



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