储能是发展前景广阔的万亿级新兴产业,其中锂电池储能是最具发展潜力的技术方向,也是驱动能源革命的重要力量。锂电池储能技术适应性强,应用范围和场景广阔,具有能量密度大、自放电小、无记忆效应、工作温度范围宽,以及可快速充放电、使用寿命长、环境污染小和不受地形等自然条件限制等优点,是目前储能产品开发中适应性最好的技术路线,可以胜任各种复杂的场景,在发电侧、用户侧、电网侧等主要储能领域均有很强的竞争力。目前从全行业 2018 年的爆发式发展到 2019 年下半年的断崖式下跌 , 总体来说在发电侧,锂电池储能主要应用于电站自动发电控制(AGC)调频 , 其运营情况较为稳定成熟。项目 IRR 均超过 17%。有非常好的资本吸引力。目前除山西区域降价及准入限制外全国市场较为宽松。
目 前,作 为 锂 离 子 电 池 正 极 材 料 之 一 的 磷 酸 铁 锂(LiFePO4)来源广泛、价格便宜、热稳定性好、无吸湿性、对环境友好。磷酸铁锂电池是各种二次电池中产业链发展最为成熟的一种,也是最具潜力的一种先进储能电池。具有工作电压高、能量密度较大、循环寿命足够长、自放电率小、无记忆效应、绿色环保等一系列优点,并且支持无级扩展,适合于大规模电能储存,在可再生能源发电安全并网、电网调峰调频、分布式电站和 UPS 电源等领域有着良好的应用前景。磷酸铁锂电池因其循环寿命足够、安全可靠性高的优势,已在储能领域获得应用认可。甚至其密度在汽车动力革命的带动下已超越了普遍认知的极限,其未来安全性方面相对非是常难做的。
自从锂离子电池在 1991 年产业化以来,电池的负极材料一直是石墨在一统天下。钛酸锂作为新型锂离子电池的负极材料由于其多项优异的性能而受到重视,成为近年来研究较多的负极材料。钛酸锂材料具有超高安全性、超长寿命、高低温工作范围宽、高功率以及绿色环保等优势。在劣势方面,钛酸锂材料的能量密度较低,同时由于其吸水性强等特点,对电池制作的环境要求较高。目前,钛酸锂电池的应用市场尚未完全打开。钛酸锂离子电池具有充放电响应速度快,倍率特性好,寿命超长等优点,由于钛酸锂电池在充放电过程中容易发生胀气,吸水性强等特点,成本居高成为钛酸锂电池大规模商业应用的瓶颈之一。但目前通过合同能源管理的资本融资模式其寿命优势、高海拔和高纬度、温度适应性强优势凸显
三元锂离子电池一般是指使用锂镍钴锰三元材料为正极材料的电池。三元材料综合了镍酸锂、钴酸锂、锰酸锂三类材料的优点,具有容量高、能量密度高、成本低、循环性能好、宽温性能好、倍率高的特点。但制作三元锂的原材料中,钴金属有毒,离子电池分解时产生氧气,安全性不好管理等,在储能调频应用中业界有疑虑,加之近两年市场反馈及安全事故未来发展较为不确定。将来将继续汽车领域为主。几种锂电池技术经济对比如表 1(同样材料,不同电芯厂家的技术状态不同,做出的电芯性能也不一样,仅以一般性技术水平做对比)。
各种电池技术优缺点并存,这也是因为材料科学的复杂性所导致。电池技术的本质是材料学,一般情况下,新出现的电池材料比旧材料要先进,但因其工程级应用少,有不完善的地方,需要经历试错纠错过程,其成熟安全性也相对较差。结合储能调频系统对锂离子电池的性能要求,不同锂离子电池类型的关键性能比较如表 2 所示。
锂电池在过充、过放、过热和机械碰撞等内外部因素作用下,容易引起电池隔膜崩溃、内部短路,导致热失控进而引发安全问题。此外,锂电池目前采用的电解液多为易燃或可燃的有机溶剂,增加了发生火灾的隐患。传统的安全消防措施往往并不能有效抑制锂电池的热失控,会造成初期火灾迅速蔓延,进而演变为大规模的火灾。2017 年 8 月至 2019 年 5月间,韩国接连发生了 23 起储能电站火灾事故,韩国政府曾一度暂停了所有正在运行的储能电站项目,解决锂电池储能系统的安全问题成为重中之重。
锂电池储能产业还处于孕育期,政策仍将是驱动市场发展的主要动力。目前我国在该领域的相关战略和政策研究不充分,缺乏有效的引导政策和激励措施,不利于锂电池储能产业的进一步做大做强。此外,我国锂电池储能的技术标准制定工作尚处于起步阶段,目前只发布了 1 项国标和 3 项团体标准。
技术标准滞后已成为影响行业规范化发展的主要症结,可能导致储能项目设计过于简单、性能指标模糊、检验测试缺乏和安全隐患大等问题。项目检测管理不系统、不深入。目前,在全国范围内还没有一家大规模的储能锂电池产品质量综合检验机构,部分检验项目和参数设置分布在全国十多个检验机构,大部分储能用锂电池产品的质量、安全性检验,特别是高电压、大电流、防爆等试验在国内仍处于缺失状态。一系列的储能电站事故暴露了储能系统检测和管理问题突出,在没有对储能系统的安全性和稳定性进行充分论证的情况下,不少公司或机构就急于上马储能项目,系统测试与验证期过短,有些技术门槛及安全措施没能严格到位,仓促交付现象突出。
上述问题的根源在于我国储能服务缺乏明确量化的市场定价体系和机制,电力辅助服务市场和现货市场仍然处于建设初期,储能可以参与的市场空间有限,盈利模式单一,无论是在发电侧、电网侧还是用户侧,多种应用场景中可持续的商业模式并不多,“叫好不叫座”的问题显现。以“独立市场主体”身份参与市场竞争,建立按效果付费的市场机制,让储能的各项作用能够在市场中体现并价值化,从而释放储能在发电、电网、用户三个领域的商业价值
随着“隔墙售电”、虚拟电厂、能源大数据、现货市场等新兴领域崛起,加之商业价值的逐步释放,2020 年储能产业将如何拥抱春天值得期待。储能,特别是锂电池储能产业将成为推动新一轮能源变革的重要纽带与催化剂,作为能量灵活存储和释放的中介环节,在电力系统清洁化、低碳化、智能化转型过程中发挥着重要作用。未来十年全球储能市场将蓬勃发展,到 2030 年储能市场规模或达 4260 亿美元。储能加新能源将成为网源的重要支撑。