從儲能方式來看，抽水儲能為目前國內(nèi)累計裝機規(guī)模最大的蓄能方式，占比達到了89.3%;其次是電化學儲能，裝機規(guī)模占比為9.2%。熔融鹽儲熱裝機規(guī)模占比為1.5%;壓縮空氣儲能和飛輪儲能裝機規(guī)模占比都小于0.1%。電化學儲能中，鋰電池仍為主導儲能形式，占總量88.8%，鉛蓄電池為第二大分支，占到10.2%。
隨著鉛炭電池技術(shù)在近年日趨成熟，國內(nèi)儲能市場各類型的項目招投標中，鉛炭電池已經(jīng)成為重要參與者之一。
電池技術(shù)
承襲鉛酸電池成熟技術(shù)，負極摻炭提升壽命和能量密度
鉛酸電池包含正極板組、負極板組、隔板、電解液、容器等結(jié)構(gòu)組成。正極板活性物質(zhì)為二氧化鉛，負極板主要活性物質(zhì)為鉛。放電過程中正負極板上會形成細小松軟的硫酸鉛晶體，充電過程中硫酸鉛歧化為鉛與二氧化鉛。
放電過程中正負極板上會形成硫酸鉛晶體
鉛酸電池因其性價比、回收率及安全性高、市場規(guī)模大等優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于電動車、汽車及能源存儲等領(lǐng)域，其在能源市場占比超過其他電化學電池的總和。但鉛酸電池仍然存在比能量密度低、循環(huán)壽命短等問題。
鉛炭電池是一種電容型鉛酸電池，是從傳統(tǒng)的鉛酸電池演進出來的技術(shù)，它是在鉛酸電池的負極中加入了活性碳，能夠顯著提高鉛酸電池的壽命。
相比于傳統(tǒng)的鉛酸電池，在“平行機理”效應(yīng)下，實現(xiàn)了鉛離子到鉛的轉(zhuǎn)換，從而使電化學反應(yīng)循環(huán)往復(fù)，但難溶的硫酸鉛會阻斷反應(yīng)的進行，致使反應(yīng)中止。
碳材料在負極中所起的作用主要是建立導電網(wǎng)格、形成雙電容層、抑制難溶硫酸鉛晶體的形成、增加活性作用位點等，在減少鉛用量的同時延長電池壽命，使電池性能得到綜合提升。
鉛離子在碳表面還原速率遠大于在鉛表面，大顆粒硫酸鉛晶體被延緩形成
根據(jù)負極板碳材料的混合方式不同，可將鉛碳電池分為外并式鉛碳電池、內(nèi)并式鉛碳電池、內(nèi)混式鉛碳電池等。
根據(jù)碳材料混合方式可分為三類鉛炭電池
鉛炭電池將鉛酸電池和超級電容器兩者合一：既發(fā)揮了超級電容瞬間大容量充電的優(yōu)點，也發(fā)揮了鉛酸電池的比能量優(yōu)勢，且擁有較好的充放電性能。而且由于加了石墨烯，阻止了負極硫酸鹽化現(xiàn)象，改善了過去電池失效的一個因素，更延長了電池壽命。
鉛炭電池相較于傳統(tǒng)鉛酸電池性能升級明顯
鉛炭電池材料技術(shù)是儲能電池領(lǐng)域的主流技術(shù)，因其成本低、安全性高等突出優(yōu)勢，大容量鉛炭儲能電池可廣泛用于太陽能、風能、風光互補等各種新能源儲能系統(tǒng)，智能電網(wǎng)、微電網(wǎng)系統(tǒng)、無市電、惡劣電網(wǎng)地區(qū)的供電儲能系統(tǒng)，電力調(diào)頻及負荷跟蹤系統(tǒng)、電力削峰填谷系統(tǒng)以及生活小區(qū)儲能充電系統(tǒng)等，是主流儲能電池之一。
安全性
鉛炭更適應(yīng)高價值設(shè)備及人群密集場所儲能需求
在新型儲能中，電化學儲能以效率高、響應(yīng)快、建設(shè)周期短、技術(shù)適應(yīng)性強等優(yōu)勢，近年來發(fā)展迅猛，逐漸成為儲能電站的主流。
而在電化學儲能中，鋰離子電池雖然憑借能量密度高，技術(shù)成熟的優(yōu)勢占接近90%的比重，但也由于事故多發(fā)，用戶對電池安全性的考量進一步提升。
鋰電池由于使用有機物質(zhì)作為電解液溶劑，當不正確使用時(熱濫用、電濫用和機械濫用)，磷酸鐵鋰等類型的鋰電池會發(fā)生不可逆的熱失控行為，存在較大的火災(zāi)危險性。
在儲能電站、變電站等實際運營場景中，往往將成百上千節(jié)的電池單體經(jīng)過串并聯(lián)后形成電池模組或者電池簇后集中使用。
在該種情況下，一旦其中某節(jié)電池發(fā)生火災(zāi)，其釋放的強熱、燃燒等行為會造成周圍電池溫度上升，導致整個電池模組的熱失控，甚至造成整個電池系統(tǒng)的火災(zāi)、爆炸事故。
228Ah的磷酸鐵鋰電池，100%SOC狀態(tài)下熱失控產(chǎn)生三次射流火
相較鋰電池而言，鉛酸/鉛炭電池由于自身結(jié)構(gòu)及反應(yīng)機理，主要使用稀硫酸水溶液作為電解液，不會發(fā)生熱失控、自燃爆炸情況。
因此在鋰電池使用受限制的特殊環(huán)境如人群密集場所或高價值設(shè)備機房，其備電、儲能項目方面鉛炭電池憑借其較高的安全性，適用性更強且?guī)淼陌踩[患更少。
經(jīng)濟性
成本優(yōu)勢+地區(qū)性峰谷電高價差推動鉛炭電池儲能站推廣
目前儲能站盈利模式的其中一類是采取峰谷電價套利模式，即儲能站在谷時充電，峰時放電，以此補平電網(wǎng)負荷曲線的同時獲取峰谷電價差值的收益。
參考2023年各省電網(wǎng)企業(yè)代理購電價格來看，江蘇、上海、浙江、福建、廣東等省為代表性較強的省份，選取谷時和高峰時段電價進行比較，上海和福建的峰谷電價差值較小，僅為0.56元、0.52元/KWh，而廣東則價差較大，達到1.05元/KWh。
表4：廣東省峰谷電價差較大，達到1.05元/KWh，上海和福建則較小
從全生命周期來考慮，儲能站的度電成本包括前期建設(shè)成本、過程中充電成本及維護成本、換電成本以及回收成本四大項。以每個市內(nèi)小型鉛炭儲能電站容量50KWh，功率5KW，使用年限為8年進行計算，江蘇、廣東等省可取得較高的投資回報率。
江蘇、廣東等省小型鉛炭儲能電站可取得較高的投資回報率
目前的鉛炭電池建造成本在0.35-1元/Wh左右，相較于鋰離子電池0.8-2元/Wh的成本而言具有較大的經(jīng)濟性優(yōu)勢。
同時隨著鉛炭電池的技術(shù)不斷成熟，電芯成本的不斷降低，采用鉛炭電池作為電化學儲能技術(shù)的經(jīng)濟優(yōu)勢預(yù)計不斷增強。
鉛炭電池具有成本優(yōu)勢
應(yīng)用場景
5G基站儲能方興未艾，鉛炭更符合家庭儲能安全性考量
1.基站儲能：5G基站儲能聯(lián)動虛擬電廠，降低電費成本并實現(xiàn)儲能盈利
我國5G基站的建設(shè)運營模式主要采用中國鐵塔建塔、引電建設(shè)基礎(chǔ)配套設(shè)施，移動、聯(lián)通、電信三大主運營商租塔、安裝設(shè)備并進行網(wǎng)絡(luò)運營的模式，運營電費由鐵塔代運營商統(tǒng)一向電力部門繳納。
5G基站開通后電費成本開支已高于鐵塔租費，較大的5G基站耗電量已經(jīng)成為阻礙5G和制約行業(yè)發(fā)展的一個重要因素。
利用儲能裝置在負荷高峰時期放電，負荷低谷時期從電網(wǎng)充電，減少高峰負荷需求，節(jié)省用電費用，從而達到改善負荷特性、參與系統(tǒng)調(diào)峰的目的，同時節(jié)省電費、最大限度套利。
基站電源系統(tǒng)主要分為交流供電系統(tǒng)、直流供電系統(tǒng)兩部分。交流供電系統(tǒng)包含市電引入、移動油機、浪涌保護器、交流配電箱等。直流供電系統(tǒng)包含高頻開關(guān)組合電源，蓄電池等。
圖9：基站電源系統(tǒng)主要分為交流供電系統(tǒng)、直流供電系統(tǒng)兩部分
針對基站現(xiàn)有配電系統(tǒng)，在交流配電箱后引入ESS儲能系統(tǒng)，在電價低谷時，通過ESS儲能系統(tǒng)PCS給儲能電池充電，在電價高峰時，由儲能電池反向放電，以實現(xiàn)峰谷套利。
在交流配電箱后引入ESS儲能系統(tǒng)以實現(xiàn)峰谷套利
2.家庭儲能：歐洲住宅儲能安裝熱潮，鉛炭電池更符合木結(jié)構(gòu)建筑安全考量
歐美家庭住宅，特別是獨棟房屋存在大量木質(zhì)結(jié)構(gòu)。因此儲能電池安全性同樣是布置家庭儲能電站較為重要的考量因素之一。鉛炭電池不會發(fā)生熱失控自燃、爆炸等安全性優(yōu)勢在木質(zhì)結(jié)構(gòu)家庭儲能應(yīng)用場景中得到展現(xiàn)。
同時歐美獨棟住宅空間較大，地下室、車庫等大面積空間富裕，使用鉛炭電池替代鋰電池作為儲能電池時對于體積較大、重量較大等問題并不敏感。
家庭儲能用鉛炭電池安全性占優(yōu)，同時體積和重量較大的問題影響較小
參考資料：開源證券、網(wǎng)絡(luò)
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原文始發(fā)于微信公眾號（艾邦儲能與充電）：?鉛炭電池儲能研究，應(yīng)用于通信基站及家庭儲能