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长时储能技术路线“谁主沉浮”

日期:2022-04-25    来源:高工锂电网

国际储能网

2022
04/25
10:21
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关键词: 长时储能 电化学储能 储能技术

能源转型激发了长时储能的迅速发展。

目前,关于长时储能的定义上没有定论。2021年,美国能源部的长时储能的相关报告提到,把长时储能定义为至少连续运(放电)时间为10小时,使用寿命在15至20年。目前,国内的储能电站常规储能时长约为2小时。很多人将4-8小时,也归类为长时储能。总之,业界将可以实现持续长达高于4小时或者数天、数月的充放电循环的储能系统,都统称为长时储能。

当前,多种长时储能技术竞相出现,主要有机械储能、化学储能、热储能和电化学储能这4类。不同的技术的商业状态、技术模式等各不相同。其中一些技术早有运用,还有一些尚处于不太成熟阶段。

据高工储能梳理,当前全球市场上抽水蓄能是较为具备商业成熟度的长时储能技术;而空气压缩、液流技术则是新出现的储能技术。但目前,这些技术或因技术表现,或因成本,或因市场风险等原因,仍存在不少短板。

目前,短时储能锂离子电池和抽水蓄能在储能市场的主导地位很明显。但伴随长时储能的不断推进,一套理想的低碳电力系统或将需要一套多样化的长时解决方案。

在双碳背景下,伴随风电、光伏等可再生能源装机剧增,全球电力系统的不稳定性加剧,这就需要储能系统来发挥作用。麦肯锡建模的研究表明,到2040年,长时储能行业有可能部署85-140TW/H的储能容量,而且这个储能的总用电量有可能达到全球总用电量的10%。

全球加速布局长时储能

2011年9月,美国能源部率先启动“长时储能攻关”计划,将电化学储能、机械储能、储热、化学储能等纳入考虑,将满足电网灵活性所需的持续时间和成本目标的任何储能技术组合。

2021年11月,由能源技术开发商、终端用户和投资商组建而成的全球长时储能委员会(LDES Council) 宣布成立。委员会表示,其使命是“零碳取代化石燃料,解决能源不平衡”。Google谷歌清洁能源负责人Maud Texier在加入全球长时储能委员会时表示:“我们将长时储能视为通往无碳未来之路的关键支柱。”

2022年初,我国国发改委、能源局联合发布的《“十四五”新型储能发展实施方案》提到,到2025年,要求氢储能、热(冷)储能等长时间尺度储能技术取得突破。拓展多种储能形式应用。结合各地区资源条件,以及对不同形式能源需求,推动长时间电储能、氢储能、热(冷)储能等新型储能项目建设,促进多种形式储能发展,支撑综合智慧能源系统建设。

中国科学院大连化学物理研究所研究员张华民在接受媒体采访时谈到,伴随我国继续优化能源部布局,要继续部署和支持高安全性、使用寿命大于15年、环境友好的长时技术的研究开发和工程应用。

据高工储能梳理,低成本长寿命锰基储能锂离子电池、100MW级先进压缩空气储能技术、新一代液流电池储能技术等成为科技部重点专项。光2022年3月,就出现若干空气压缩、液冷等储能示范项目。可见,我国在长时储能领域需要的新型储能技术布局加速。

多种技术加速竞逐长时储能“蛋糕”

目前,抽水蓄能是电网长时储能的最大来源,而锂离子电池是新储能技术的主要来源,提供短时储能能力。

近年来,机械储能领域中,除了最为经济高效的传统抽水蓄能外,压缩空气、重力储能等新兴储能新技术,“上线”了兆瓦级的示范项目。此外,热储能(熔盐)、化学储能(氢、氨)等新技术也出现或启动了一系列示范项目。

液流电池作为欧美国家比较受欢迎的长时储能路径,Zinc8,Primus,Invinity等欧美电池创业公司主攻锌液流电池。住友电工、融科、普能等亚洲能源企业,则以钒液流电池为主要技术。

但液流电池可行性的很大决定因素是系统成本,这与电解液活性材料的选择紧密相关。从历史上看,钒液流电池由于具有多种吸引人的电化学性能(包括相对较长的使用寿命)而成为首选。

目前,液流电池除了应用广泛的全钒液流电池外,还有铁铬液流电池、全铁液流电池、锌溴液流电池、锌铁液流电池、多硫化钠-溴液流电池、锌锰液流电池等。

值得注意的是,液流电池技术仍存在一定的挑战,其效率通常很低,这意味着相当一部分能量无法回收利用。此外,随着时间的推移,副反应也会使电池退化,这意味着技术的大规模应用仍有待技术的进一步成熟和完善。

10小时以下长时储能 锂离子仍可占先锋地位

GGII报告显示,在各储能技术中,锂电储能是介于长时大容量储能和短时高频储能之间,目前锂电在这两方面都有较大应用场景。

张华民谈到,我国的电化学储能装机容量90%为锂离子电池技术,但目前的锂离子电池储能技术难以满足“新能源+储能”的新型储能系统对长时储能的需求。海外亦有专家指出,对于超过8小时的储能时长来说,“电池技术太昂贵了”。

但是随着价格下降,锂离子电池可以与其他储能技术在成本上进行竞争。

目前,锂离子电池储能系统正在推出以4小时、6小时甚至8小时的持续储能时长。美国电力研究院(EPRI)的Haresh Kamath日前表示,伴随锂离子电池储能系统在更长持续时间的成本竞争力增加,长时储能技术在短期内甚至未来十年可能很难与锂离子电池储能系统开展竞争。

国内业界人士谈到一个观点:未来,持续放电时长达10小时的锂离子电池储能系统或许比抽水蓄能更具成本竞争力。这个成果的达成,就在于锂离子如何快速实现10小时持续放电。

而对于其他储能技术来说,真正能够进行竞争的方法是,他们如何能够提供比锂离子电池储能系统提供更长的持续时间。一旦提高到20小时或50小时的持续储能,这些储能技术将具有很强的竞争力。

值此储能产业快速发展的关键节点,高工储能将联合高工产业研究院共同发起2022高工储能巡回全国调研活动,将集中走访储能产业链上下游企业,针对储能产业的市场机会、商业模式、技术路线等做产业深度调研。并将结合高工产业研究院(GGII)市场调研数据和产业链资源为企业提供信息分享及战略规划参考。

调研企业:发电集团、电网公司、新能源发电企业、储能电芯企业、PCS企业、BMS及EMS企业、储能系统集成商、光伏及风电企业、综合能源服务企业等产业链上下游企业。

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