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宁德时代的储能雄心

日期:2021-10-08    来源:能源杂志

国际储能网

2021
10/08
08:48
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关键词: 储能领域 宁德时代 储能技术

被称为引领新一轮电力工业革命的储能技术,正随着“双碳”目标的开展而变得炙手可热。而宁德时代——这个通常被认为动力电池领域的领军者,依靠其深厚的技术积累,正在储能行业爆发出惊人的力量。

8月6日,在央视播出的纪录片《强国基石》第5集《逐梦》讲述了宁德时代电化学储能最新技术——全球首创12000次循环长寿命锂离子电池的故事。

这一革命性的技术突破,让宁德时代宏大的储能版图日渐清晰,并为受制于成本的储能行业带来了希望。

技术突破助力构建新型电力系统

“双碳目标”的提出和实施,亟需储能技术做支撑。

2020年9月,国家主席习近平正式宣布中国将力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和。以新能源为主体的新型电力系统在“双碳”战略下进入了快速发展阶段。风电、太阳能发电等非化石能源的发展是推进能源清洁低碳转型的关键,但其波动性、间歇性,新能源装备电网适应性弱,制约了新能源大规模并网的安全运行。

新能源的发展需要储能等灵活性资源作为支撑,通过储能系统保持电压频率稳定、提供可靠备用电源、增强系统并网运行的可靠性和灵活性、提高风电和光伏发电的利用率。锂电池储能技术成熟、安全环保、响应快,是提高大规模新能源消纳重要手段,是构建新型电力系统的坚强基石。

但电池的循环寿命短制约着锂电池在储能领域的大规模应用。

目前市场上常规的磷酸铁锂电池平均循环寿命只有3000~6000次,极大地限制了储能电池服役时间。2016年,宁德时代承接“十三五”重点研发计划“智能电网技术与装备”重点专项“100MWh级新型锂电池规模储能技术开发及应用”。开发循环寿命更长的锂离子电池就是该专项的重点内容之一。

历经四年,宁德时代实现了全生命周期阳极锂离子补偿技术在储能领域的工业化应用,将锂离子电池的寿命延长到12000次循环,远超当前市场的平均水平。

不仅如此,宁德时代还突破了大规模储能在安全、能效等方面的技术瓶颈,创新开发出长寿命、高安全、高转换效率的锂电储能体系,取得五大突破性科研成果:超长寿命电池技术,高一致性模块集成与管理技术,高置信度电池寿命预测技术,大规模电化学储能系统中单元及模块的安全性评测方法、标准,百兆瓦时级大规模电池储能电站统一调度与控制技术。

各项先进技术成果成功集成应用于福建晋江百兆瓦时级储能电站(以下简称晋江储能电站)试点项目一期(30MW/108MWh),达成了行业标杆级的技术指标。

晋江百兆瓦时级储能电站内景

调频方面,晋江储能电站实现了调节速率≈180MW/min,调节精度偏差≈0.076MW,调度响应时间≈3s的优异调频性能。而高精度的SOC算法则实现了SOC估算误差小于5%。晋江储能电站还实现了全功率响应时间小于200毫秒,而国际水平普遍大于500毫秒。

高效热电管理技术,让电池簇内动态温差小于4摄氏度,单元系统内电池动态温差小于5摄氏度,保障了电站的安全稳定运行。

在多项创新技术的加持下,晋江储能电站实现了智慧的负荷管理,保障电网安全、稳定、高效、低成本运行。该电站可为附近3个220kV重负荷的变电站提供调峰调频服务,平均日调频里程可达 32000MW。

2020年1月15日,晋江储能电站第一期顺利并网,截至2021年7月1日,电站已安全运行535天,总放电量达68.52GWh。按照一个三口之家每年用电3000度来计算,相当于可以为超过15万户家庭供电。且其电池循环寿命高达12000次,按本地调度指令每天1.5-2.0次充放电,服役寿命预计超20年。

这座百兆瓦级储能电站不仅成功获评国家能源局首批科技创新(储能)试点示范项目,其优异的调频性能,还将打破全国调频市场传统格局,加速替代水电调频和火电调频,降低各发电企业调频分摊费用,促进电力辅助服务市场调峰和调频资源进一步细分,提高储能调频市场占比。

此外,晋江储能电站还获得了全国首张独立储能电站发电业务许可证(发电类),正式开启储能电站商业化运营之路,为行业提供了可复制、可推广的技术支撑和落地经验,有力支撑了新型电力系统的建设。

宁德时代的储能B面

在公众印象中,动力电池是宁德时代的王牌产品。事实上,宁德时代在创立之初便布局了储能,并参与了当时全球最大的风光储输新能源综合利用平台——张北储能项目。

近几年来,在交通电动化政策的助力下,动力电池技术进步一日千里。而在此之前,储能产业的发展机遇尚未到来,宁德时代更侧重储能技术的研发和积累。

2018年,随着电网侧储能热潮的开启,国内储能市场开始进入快速发展时期。2018年底,我国电化学储能装机累计1036.03MW,同比增长144.79%;到2020年我国电化学储能装机已经达到3.27GW。

宁德时代依靠动力电池技术上的积累,快速切入储能市场,并实现了高速发展。根据中关村储能产业技术联盟发布的《储能产业研究白皮书2021》,宁德时代是2020年国内电化学储能项目装机最多的技术提供商。这是继2019年之后,宁德时代第二次获此殊荣。

储能电池与动力电池在电芯技术上有相通性,不过由于应用场景不同,储能电池与动力电池在性能和技术特性上还是存在一定的差异。宁德时代并没有将产品进行简单的移植,而是积极构建全面的产品体系。这一系列产品体系包括了电芯、模组、电柜、电池系统,并基于化学安全、高压安全、机械安全、功能安全四大方面以提供安全的系统设计。

2020年,董事长曾毓群宣布宁德时代在三大战略发展方向上不懈努力:一是,以可再生能源发电和储能,替代固定式化石能源;二是,以动力电池助力电动车发展,替代移动式化石能源;三是以电动化+智能化的集成应用创新,加快各领域的新能源替代进程。

原本就是宁德时代主营业务之一的储能,从战略层面得到了加强。在储能行业具备全产业链技术实力积累的宁德时代,已经开始全面布局储能业务。

2021年,宁德时代继续在储能领域大展拳脚。晋江储能电站的成功,为宁德时代继续开拓大规模储能项目奠定了基础。

6月,国网综能与宁德时代联手、共同投资的福建吉瓦级宁德霞浦储能项目正式开工。项目总投资9亿元,总规模400兆瓦时。7月,由宁德时代与国网综能及华电公司共同投资建设的国网时代华电大同300MW/600MWh储能项目正式开工,实现了从100MWh级到600MWh级的跨越。

从发电侧、电网侧到用户侧,宁德时代已成功参与发、输、配、用多项储能项目。在发电侧,宁德时代为新能源场站的安全运行及新能源电量的消纳提供了全新的解决方案;在电网侧,宁德时代储能系统实现了多种功能,提升电网灵活性,实现电网安全、稳定、高效、低成本运行;用电侧储能方面,宁德时代储能产品已成功应用于大型工商业与住宅领域,并扩展至通信基站备电、UPS备电、岛屿微网、光储充检智能充电站等新兴应用,最大化利用能源实现社会和经济效益。

随着以新能源为主体的新型电力系统的加速推进,中国储能业务将迎来快速发展。据光大证券测算,2020-2030年我国储能需求空间累计3.9TWh,2020-2060年我国储能市场空间累计为94TWh;2030年储能投资市场空间1.3万亿元,2060年5万亿元。依据先期的战略布局和技术优势,宁德储能业务有望成为动力电池之外的第二增长动力。国信证券认为,宁德时代有望最终占据15%-20%的储能市场份额。

多元技术支撑储能商业化

然而,储能虽好,却长期以来受制于商业模式。

无论是曾经火热而又归于沉寂的电网侧储能,还是依靠新能源强制配储政策短暂繁荣的新能源电源侧储能,都绕不开储能电站因为缺乏系统定位,没有稳定、健康、可持续盈利模式的问题。

曾毓群曾经表示,电化学储能的大规模商业化应用,离不开储能政策和市场环境的改善。但在国家推出相关政策之前,宁德时代并没有“等靠要”,而是主动寻找机会,用技术创新为行业的发展提供助力。

晋江百兆瓦时级储能电站控制系统

随着“碳中和”成为全球共识,新能源产业已进入到多层次、多类型、多元化发展阶段,愈发细分的市场对电池提出了差异化的需求;同时,世界范围内对于电池基础材料的研发速度正在加快。在这一背景下,宁德时代立足自身领先的锂离子电池技术,正在探索布局多元电池技术体系,来满足不同细分市场需求,并寻求新的技术突破方向。

7月29日,宁德时代发布了第一代钠离子电池。宁德时代称,其开发的第一代钠离子电池,电芯单体能量密度已经达到了160Wh/kg,为目前全球最高水平。在常温下充电15分钟,电量可达80%。而在零下20°C低温的环境下,仍然有90%以上的放电保持率,同时在系统集成效率方面,也可以达到80%以上。

除了性能优越之外,布局钠离子电池还有资源安全方面的考虑。钠离子电池的电极材料主要是钠盐,相比于金属锂而言,钠不仅获得容易,而且价格便宜。资料显示,目前我国80%的锂资源供应依赖进口,是全球锂资源第一大进口国。我国电动汽车和储能的快速发展更加速了我国锂资源的稀缺程度,过高的对外依存度严重影响能源安全。

在应用场景上,第一代钠离子电池不仅可应用于各种交通电动化,尤其在高寒地区具有突出优势,还可灵活适配储能领域全场景的应用需求。宁德时代还在积极探索钠离子电池的更进一步创新。下一代钠离子电池能量密度研发目标是200Wh/kg以上。目前,宁德时代已启动钠离子电池产业化布局,2023年将形成基本产业链。

“电池的化学体系依然可以创新,电化学的世界就像能量魔方未知远远大于已知。”曾毓群的这句话是对宁德时代不断探寻新技术路线的最好注解。技术路线的不断创新,不仅有利于充分发挥科研团队的主观能动性,也为整个行业的发展提供多元化解决方案,确保行业健康稳定发展。

储能技术创新不断实现的同时,国家层面的政策支持也在不断地完善。

7月,国家发改委、国家能源局联合发布了《关于加快推动新型储能发展的指导意见》(下称《指导意见》)。《指导意见》中不仅强调了要加快钠离子电池等技术开展规模化试验示范,还提出要明确新型储能独立市场主体的地位,并要求建立新型储能的价格机制。

按照政策,储能电站将不再是作为火电、新能源的附属设施,而是以独立市场主体身份参与中长期、现货和辅助服务等各类电力市场。新型储能价格机制则要建立电网侧独立储能电站容量电价机制,同时逐步推动储能电站参与电力市场;研究探索将电网替代性储能设施成本收益纳入输配电价回收。完善峰谷电价政策,为用户侧储能发展创造更大空间。

《指导意见》中提到的2025年新型储能装机规模30GW以上和2030年实现新型储能全面市场化发展,为储能——尤其是电化学储能——描绘了美好的发展前景。

积极的产业政策为储能行业健康、可持续的发展打下了坚实的基础。而多元技术路线的齐头并进,助力了储能成本不断下降,同时给储能提供了更多的商业化空间。


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