一文讀懂電化學儲能

　　電化學儲能技術成熟,適合大規(guī)模應用和批量化生產，在我國已建成投運的新型儲能項目中占比高。當前，鋰離子電池、液流電池、鈉離子電池等多種類型的電化學儲能技術快速發(fā)展，應用越來越廣泛。

　　電池材料類型多樣

　　電化學儲能以可逆電化學反應實現電能與化學能的相互轉化，通過電池完成能量儲存、釋放與管理，其技術類型多樣。電化學儲能技術成熟，具有高能效、配置靈活、不受地域限制、可同時向系統(tǒng)提供有功和無功支撐等優(yōu)勢，適合大規(guī)模應用和批量化生產，產業(yè)化應用前景好。電化學儲能在電網調峰調頻中應用廣泛，覆蓋了電廠側、電網側和用戶側，運行控制簡單，可以實現無人操作。

　　在眾多儲能技術中，電化學儲能技術發(fā)展速度相對較快。常見的電化學儲能技術主要有鋰離子電池、液流電池、鈉離子電池、鉛酸(炭)電池等類型。

　　截至2024年年底，全國已建成投運的新型儲能項目累計裝機規(guī)模達7376萬千瓦/1.68億千瓦時，其中，電化學儲能占比超九成。電化學儲能產業(yè)發(fā)展呈現企業(yè)競爭格局迅速演變、技術路線競爭激烈等特征。隨著電化學儲能規(guī)模不斷擴大，研究人員正積極探索電池安全研究，推進電化學儲能電池技術進步，規(guī)范電池系統(tǒng)設計和生產制造。

　　鋰離子電池

　　電池儲存電能的能力取決于荷質比。元素的荷質比(即單位質量所對應的電荷量)越大，在有限空間或質量中儲存的電能越多。在無毒無害且具有電化學活性的元素當中，鋰元素是荷質比最高的固體元素，這種特性讓鋰成為高能量密度電池的一種基本元素。

　　現代鋰離子電池的正負極均由鋰離子可以嵌入和脫嵌的材料構成，充放電過程伴隨著鋰離子在正、負極之間往返嵌入和脫嵌。

　　工程化應用的鋰離子電池目前主要有磷酸鐵鋰電池、三元鋰離子電池、鈦酸鋰電池等類型。磷酸鐵鋰電池正極材料是較為穩(wěn)定的橄欖石，具有較好的循環(huán)性能和安全性能。當前，我國大中型鋰離子電池儲能電站使用的主要是磷酸鐵鋰電池。

　　2024年，湖北省沙洋縣鋰離子電池儲能示范項目(也稱“荊門新港儲能電站項目”)入選國家能源局公布的56個新型儲能試點示范項目名單。該項目是國網湖北綜合能源服務有限公司投資建設的電化學儲能電站，建設容量達5萬千瓦/10萬千瓦時，可儲存電量10萬千瓦時，于2022年12月31日投運并網。電站投運后提高了沙洋片區(qū)電網的靈活調節(jié)能力。

　　目前，鋰離子電池儲能聚焦大容量電芯、大規(guī)模集成、寬溫域運行、長壽命使用等目標快速迭代，技術水平持續(xù)提升。2024年，全國鋰離子電池總產量達11.7億千瓦時，同比增長24%，其中，儲能型鋰離子電池產量達到2.6億千瓦時，約占全國鋰離子電池產量的22%。

　　液流電池

　　長時儲能對保障新型電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行非常重要，液流電池儲能時長基本在4小時以上，部分項目儲能時長達6小時，是大規(guī)模長時儲能的首選技術之一。

　　液流電池技術路線多樣，涉及全釩、鋅鐵、鐵鉻等十余種，其中，釩系化合物因價態(tài)豐富，物理、化學特性適宜，成為主要研究方向。現階段，全釩液流電池已進入商業(yè)化初期階段。

　　2022年10月，大連液流電池儲能調峰電站作為我國首個百兆瓦級全釩液流電池儲能調峰電站投運。該電站使用我國自主開發(fā)的全釩液流電池儲能技術，主要是為電網提供調峰、調頻等輔助服務。2024年，全國新增全釩液流電池儲能裝機規(guī)模約56萬千瓦，市場規(guī)模突破40億元，帶動了電解液、電極、隔膜和雙極板等關鍵材料產能建設。

　　當前，我國液流電池產業(yè)鏈初步建立。隨著液流電池儲能的應用規(guī)模不斷擴大，國產化離子交換膜的技術突破及工程驗證，產業(yè)的規(guī)模效應有望帶動產業(yè)鏈配套能力不斷增強，系統(tǒng)成本也有望進一步降低。

　　鈉離子電池

　　鈉離子電池工作原理類似鋰離子電池，通過鈉離子在正負極之間的移動進行能量存儲和釋放。相比鋰離子電池，鈉離子電池能量密度略低，但其材料成本可降低30%～40%，且具有零下40攝氏度至80攝氏度的寬溫域性能，適合儲能電站等場景。鈉離子電池可細分為鈉硫電池、鈉鹽電池及鈉—空氣電池。其中，鈉硫電池因具備高能量密度以及良好的循環(huán)穩(wěn)定性，在大規(guī)模儲能應用領域，如電網級儲能、電動汽車等方面應用效果較好。

　　2024年6月30日，大唐湖北10萬千瓦/20萬千瓦時鈉離子新型儲能電站科技創(chuàng)新示范項目一期工程建成投運，投產規(guī)模5萬千瓦/10萬千瓦時。該電站一期工程儲能系統(tǒng)由42套儲能電池倉和21套升壓變流一體機組成，系統(tǒng)效率可達80%以上，選用185安時大容量鈉離子電芯，配套建設一座110千伏升壓站。

　　鉛酸(炭)電池

　　鉛酸電池發(fā)展至今，已超過160年，是一項成熟的電池技術，應用于工業(yè)、通信、交通、電力系統(tǒng)等場景。然而，鉛酸電池因含鉛及鉛酸液等物質，可能導致大氣、水體、土壤污染。現階段，鉛酸電池在電力系統(tǒng)大規(guī)模應用主要受限于能量密度、循環(huán)壽命和環(huán)境污染，未來鉛酸電池的發(fā)展需要加強關鍵性能指標的提升。

　　鉛炭電池與傳統(tǒng)鉛酸電池相比，電解液、正極等基本相似，主要差異在于負極結構的不同。鉛炭電池兼具鉛酸電池和超級電容器的特點，近年來在儲能領域逐漸受到關注。國家電投集團投資建設的浙江湖州綜合智慧零碳電廠“和平共儲”項目，儲能裝機容量10萬千瓦/106.1萬千瓦時，2023年5月項目一期已正式并網運行，是目前世界上規(guī)模最大的鉛炭儲能電站。2024年1月，該項目入選國家能源局新型儲能試點示范項目。