儲能技術是指利用大容量且能實現快速充放電的儲能設施裝置或物理介質將能量存儲起來的技術,主要有物理儲能、電化學儲能、儲熱和儲氫、電磁儲能等。
其中機械儲能中的抽水蓄能由于技術最為成熟,同時也是目前儲能市場上應用最廣、占比最高的技術,但是抽水蓄能對于地理條件的依賴度高。
而電化學儲能是利用化學反應直接轉化電能的裝置,是以鋰離子電池、鈉硫電池、液流電池為主的電化學儲能技術。
化學儲能作為新型儲能中裝機占比最高、應用場景和功能最為豐富的儲能類型,關于電池技術路線的選擇經歷過一段迷茫的歷程,從早期的鉛酸(炭)電池、磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池、鈉硫電池、液流電池等多元試驗示范到目前磷酸鐵鋰電池成為絕對主導,但與此同時,磷酸鐵鋰電池也并未成為“終極答案”,新的電池技術路線仍不斷涌現或衍變,電池技術路線的探索也仍在繼續。?
電化學儲能在智能電網、能源互聯網中的應用貫穿整個電力系統,在發電、輸電、用電等環節均有應用領域。

儲能產業的上游以電池制造為主,包含正負級材料、電解液、隔膜等;中游是儲能系統的集成商,包括整個儲能系統的設計以及電池組、電池管理系統、能量管理系統、儲能變流器等多個子系統選型;經過EPC整包廠商建設后,供發電側、電網側、用電側等領域應用使用。
儲能領域參與企業眾多,主要包括以寧德時代、中儲國能、億緯動力為代表的儲能技術提供商,以上能電氣、科華數能、索英電氣為代表的儲能PCS提供商和以海博思創、電工時代、科華數能為代表的儲能系統集成商等。
電池儲能系統標準柜,包括鋰離子電池組、標準柜體、電池管理系統、能量管理系統、儲能變流器、并離網切換柜、數據顯示屏等。除此之外還包含照明系統、門禁系統、 消防系統 ( 滅火材料 、自動滅火系統 、火災報警系統 、安全泄壓系統) 、溫控系統( 空氣溫度調節系統 、通風排風系統)等輔助設備。除了電池環節以外,溫控系統和消防系統對于電化學儲能的安全運行起著重要的作用。
2017年前,除山西等少數地區的火電調頻項目商業化應用外,電化學儲能的發展總體來說屬于試驗示范階段,行業對各類儲能電池特性處于摸索階段。
例如2011年投運的國網張北風光儲項目,選用磷酸鐵鋰電池、鈦酸鋰電池、全釩液流電池、鉛炭電池等電池技術路線進行示范驗證;2011年投運的深圳寶清儲能電站選用鈦酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池進行示范驗證。通過示范項目對各類電池性能和運行特性進行分析總結,為儲能電池的商業化應用奠定了基礎。
與此同時,電動汽車產業快速發展,磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池為主的鋰電池通過規模化和產業化帶來了性能的提升和成本的快速下降,特別是磷酸鐵鋰電池,其具有能量密度高、充放電次數多、轉換效率高、安全等方面的優勢,同時,伴隨著產業化的優勢,磷酸鐵鋰電池成本也在快速下降,查閱相關數據,磷酸鐵鋰電池單位瓦時成本從2010年的3.75元/Wh左右下降到2020年底的0.7元/Wh左右,價格的指數級下降疊加其性能的提升使得磷酸鐵鋰電池具備全壽命周期成本的優勢,逐步成為市場的主導選擇。
據CESA儲能應用分會發布的《2022儲能產業應用研究報告》統計數據顯示,2021年,中國新增電化學儲能技術中,鋰離子電池儲能技術裝機規模達1830.9MW,功率規模占比高達99.3%;鉛蓄電池儲能技術裝機規模2.2MW;液流電池儲能技術裝機規模10.0MW;其它電化學儲能技術裝機規模1.52MW。
儲能系統主要由四個部分組成,電池和電池管理系統(BMS),儲能變流器(PCS)以及對整個系統進行監控以及通訊的系統。從系統成本看,電池成本構成儲能系統成本的50%-60%,PCS占比20%,BMS占比5%,EMS占比5%-10%,其它配件5%。
電化學儲能總成本趨于快速下降。根據BNEF測算,以初始投入運行20MW/80MWh的項目為例,2021年總成本約為282$/KWh;2025年預計降為203$/KWh,相比2021年下降28%;2030年總成本預計為165$/KWh,相比2021年下降41%。投資成本的下降將帶動儲能經濟性提升。
15°C—35°C之間的范圍是電池實現全部性能的最佳工作溫度范圍。該溫度范圍也是電池運行最有效、最可靠和最安全的溫度范圍,超出標準范圍會減小電池容量、減慢化學反應速度并增加生命周期成本。
受制于鋰電池運行對溫度的要求,溫控系統對鋰電儲能系統的良好運行極為重要。目前主要的溫控方案包括一體式頂出風空調+風管精確送風方案、分體式冷熱通道隔離方案、頂置式空調+風管精確送風方案、一體式下出風方案、風冷冷水型溫控方案等。
儲能溫控系統技術路線目前主要是風冷(采用空氣介質)、液冷(液體介質)兩大類。溫控系統的選擇具有非標定制化特點,儲能應用場景較多,包括電站、工商戶用等,不同場景需要不同的解決方案。
2021年儲能溫控系統主要以風冷為主,液冷憑借更精準的溫控能力和更高的綜合性能或成為大勢所趨,占比不斷提升。目前空冷主機的單位價值為 0. 3—0.4 億元 /GWh , 液冷主機的單位價值為和0. 6—0.7億元 /GWh 。
據不完全統計,2011-2021年全球共發生50起儲能電站起火爆炸事故,事故的主要原因在于電池管理系統缺陷、鋰電池內部熱失控等,因此消防系統作為儲能柜剛需起到預警和消災的作用。
消防系統主要由火災探測器、火災控制器、聲光報警器、通訊控制器、聲光報警及手動開關和滅火裝置等組成。系統在火災隱患期和發生初期,能夠及時探測到火災險情并發出預警、報警信號,達到預定火災確定條件時,自動啟動滅火裝置,將火災消滅在萌芽狀態,從而達到保護儲能集裝箱安全的目的。消防系統的價值量約占到儲能柜整體價值的2%--4%,約為4-- 16萬/MWh。
中國市場儲能發展迅速,2021年中國儲能裝機功率達43.44GW,其中抽水儲能占比最大,占中國儲能的86.5%;其次為電化學儲能,占中國儲能的11.8%。

在中國5.12GW電化學儲能技術中,以鋰離子電池儲能技術為主,裝機規模為4658.9MW/8254.2MWh,占比達91%,其次鉛蓄電池儲能技術裝機規模279.5MW/1632.2MWh,占比5.5%。

2021年中國電化學儲能新增裝機功率1844.6MW,其中99.3%為鋰離子電池儲能技術,新增裝機功率1830.9MW,其次0.5%為液流電動儲能技術。

新能源+儲能為中國電化學儲能技術新增裝機功率最主要的應用場景,2021年占比45.4%,其次電源側輔助服務占比28.9%,電網側儲能21.7%。

2021年中國電化學儲能技術新增裝機功率應用場景分布
根據2022年3月發布的《“十四五”新型儲能發展實施方案》中提到:到2025年,新型儲能由商業化初期步入規模化發展階段、具備大規模商業化應用條件。其中,電化學儲能技術性能進一步提升,系統成本降低30%以上。預計2025年中國電化學儲能裝機規模達40GW,2030達110GW

根據中國化學與物理電源行業協會數據:2021年全球電化學儲能裝機功率由2020年新增裝機功率6847.4MW至20.4GW,占儲能總裝機功率的10.02%。

2021年美國電化學儲能裝機規模居全球首位,達6361.7MW,其中新增裝機功率占全球新增總量的5成;其次中國為第二電化學儲能市場,裝機規模達5117.1MW,新增裝機功率占全球的26.9%。

原文始發于微信公眾號(光伏產業通):新能源+儲能方興未艾,鋰離子儲能電池產業蓬勃發展!