电化学储能应用前景广阔 电化学储能是指各种二次电池储能,目前以
锂电池和铅蓄电池为主。随着
风电、
光伏等
新能源在能源结构中占比不断提升,以及动力锂电池成本的快速下降,电化学储能在峰谷电价套利、
新能源并网以及电力系统辅助服务等领域的应用场景正不断被开发并推广开来。 根据 CNESA 统计, 2012~2016 年全球电化学储能累计装机量复合增长率达到 32%, 是发展最为迅速的储能技术;截止 2017 年底, 国内已投运电化学储能累计规模为 389.8MW,新增规划、在建装机规模为 705.3MW,预计新建项目的陆续投产将支撑电化学储能维持较高增速。电池成本下降使得工业企业峰谷电价套利成为现实:
我国目前绝大部分省市工业大户均已实施峰谷电价制,储能用于峰谷电价套利,可降低企业电力成本。 利用储能电池进行峰谷电价套利,投资回收期主要取决于峰谷电价差以及电池系统成本。未来峰谷价差有望逐步加强,以及锂电池成本的进一步下降,套利空间也将逐步加大,有望加快储能在工业峰谷电价套利领域应用。
储能在电力系统中应用广泛。 储能泛指能量的存储, 在整个电力系统各个环节,储能都可以有其应用, 包括:在发电侧,可以提
高发电的稳定性,提高电能质量,从而促使可再生能源大规模并网;在输变电环节,可以联合电源降低输变电的成本;在配送电环节,可以缓解配电的初始投资以及电网的升级扩容;在用户侧,可以通过峰谷差套利,提高用户的电能质量,减少用户的用电成本。
当前,电化学储能技术更具有前景优势。 电能储存从技术上主要分为物理储能(如抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能等)、 电化学储能(各种二次电池储能)和电磁储能(如
超导电磁储能、
超级电容器储能等) 等类别。 抽水储能是目前最成熟、最经济的储能技术,已经大规模应用于系统调峰、调频和备用等领域。但其一方面受到地形条件限制较大,必须具有合适建造上下水库的地理条件,并且投资周期长;另一方面能量转化效率不高,一般为 65%~75%,不利于节能,目前规模增长较为缓慢。在抽水储能以外的各种技术路线中,电化学储能相比物理储能效率更高,对外部环境条件依赖更小;相比电磁储能,技术相对更为成熟,应用范围也更广。综合来看,在当前时点,电化学储能发展前景更有优势。
锂电池和铅蓄电池占据大部分电化学储能市场。 电化学储能载体是各种二次电池,主要包括锂离子电池、铅蓄电池、钠硫电池和液流电池等。 从各种储能电池性能比较来看,锂电池与铅蓄电池由于产业化基础较好,相比其他路线具有明显成本优势,因此是目前电化学储能的主要参与者。 从全球电化学储能技术分布上来看,锂离子电池功率规模最大, 2017 年新增投运功率规模 846MW,在电化学储能中占比超过 90%;而国内份额则主要被锂离子电池和铅蓄电池占据, 2016、 2017 年新增电化学储能几乎全部采用锂离子电池和铅蓄电池,其中2017 年两者占比分别达到 51%、 49%。
锂离子电池的种类很多,比较有代表性的是以锰酸锂、钴酸锂、
磷酸铁锂、镍钴锰三元材料、镍钴铝三元材料为正极的商品化电池体系。其中,锰酸锂成本低、循环稳定性差,可用于低端
电动汽车、储能电站以及电动工具等方面。钴酸锂成本高、能量密度高,主要应用领域为消费类电子产品。镍钴锰三元材料与钴酸锂结构类似,但较之具有更长的循环寿命、更高的稳定性、更低的成本,适用于电动工具、电动
汽车及大规模储能领域。磷酸铁锂具有相对较长的循环寿命、相对较好的安全性、相对较低的成本,已大规模应用于电动汽车、规模储能、备用电源等领域。
国际上研发锂离子电池储能系统的公司主要包括美国的
特斯拉公司、A123 Systems 公司(现在已被中国万向集团收购),日本三菱重工公司,韩国三星公司、LG 公司;国内的代表厂商有
比亚迪、中航锂电、力神等公司。特别是美国
特斯拉公司,其依托日本
松下公司的电池技术和独有的电池管理技术,在电动汽车领域和储能领域迅速崛起。2017 年,其在澳大利亚的南澳州建成了世界最大规模的 100 MW/129 MWh 的储能电站,并成功运行。
尽管如此,锂离子电池由于能量密度很高、大量使用有机电解液,其发生的燃爆事故层出不穷,需要选择合适的应用模式,并在大规模应用场合严格监控。而且,随着
新能源汽车电池逐渐退役,我国预计到 2020 年退役的动力电池将突破 20 GWh,因而亟待发展退役动力电池的梯次利用回收技术,使能源的使用形成闭环。
经过 10 多年的发展,中、日、韩三国的锂离子电池电芯产值已占据全球市场的 90% 以上,锂离子电池行业三国鼎立的竞争格局已经形成。未来,锂离子电池需要在降低成本的基础上继续大幅提高安全性,以实现在大规模储能领域的普及使用。
用户侧:电池成本下降使得峰谷电价套利成为现实峰谷电价的大力推行为储能套利提供可观空间。 我国目前绝大部分省市工业大户均已实施峰谷电价制, 通过降低夜间低谷期电价,提高白天高峰期电价,来鼓励用户分时计划用电, 从而有利于电力公司均衡供应电力,降低生产成本,并避免部分发电机组频繁启停造成的巨大损耗等问题,保证电力系统的安全与稳定。储能用于峰谷电价套利, 用户可以在电价较低的谷期利用储能装置存储电能, 在电高峰期使用存储好的电能,避免直接大规模使用高价的电网电能,如此可以降低用户的电力使用成本,实现峰谷电价套利。根据国
家电网数据,全国用电大省峰谷价差分布于 0.4~0.9 元/kWh,特别的,对于江苏和广东两个用电量全国前二的省份,其峰谷价差高于 0.8 元/kWh,为用户侧利用储能来套利峰谷价差提供了可观空间。