電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)成熟,適合大規(guī)模應(yīng)用和批量化生產(chǎn)，在我國已建成投運(yùn)的新型儲(chǔ)能項(xiàng)目中占比高。當(dāng)前，鋰離子電池、液流電池、鈉離子電池等多種類型的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)快速發(fā)展，應(yīng)用越來越廣泛。
電池材料類型多樣
電化學(xué)儲(chǔ)能以可逆電化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)電能與化學(xué)能的相互轉(zhuǎn)化，通過電池完成能量儲(chǔ)存、釋放與管理，其技術(shù)類型多樣。電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)成熟，具有高能效、配置靈活、不受地域限制、可同時(shí)向系統(tǒng)提供有功和無功支撐等優(yōu)勢(shì)，適合大規(guī)模應(yīng)用和批量化生產(chǎn)，產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景好。電化學(xué)儲(chǔ)能在電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻中應(yīng)用廣泛，覆蓋了電廠側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)，運(yùn)行控制簡單，可以實(shí)現(xiàn)無人操作。
在眾多儲(chǔ)能技術(shù)中，電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展速度相對(duì)較快。常見的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)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(yùn)的新型儲(chǔ)能項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)規(guī)模達(dá)7376萬千瓦/1.68億千瓦時(shí)，其中，電化學(xué)儲(chǔ)能占比超九成。電化學(xué)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)企業(yè)競爭格局迅速演變、技術(shù)路線競爭激烈等特征。隨著電化學(xué)儲(chǔ)能規(guī)模不斷擴(kuò)大，研究人員正積極探索電池安全研究，推進(jìn)電化學(xué)儲(chǔ)能電池技術(shù)進(jìn)步，規(guī)范電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)制造。
鋰離子電池
電池儲(chǔ)存電能的能力取決于荷質(zhì)比。元素的荷質(zhì)比(即單位質(zhì)量所對(duì)應(yīng)的電荷量)越大，在有限空間或質(zhì)量中儲(chǔ)存的電能越多。在無毒無害且具有電化學(xué)活性的元素當(dāng)中，鋰元素是荷質(zhì)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(xiàn)代鋰離子電池的正負(fù)極均由鋰離子可以嵌入和脫嵌的材料構(gòu)成，充放電過程伴隨著鋰離子在正、負(fù)極之間往返嵌入和脫嵌。
工程化應(yīng)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(dāng)前，我國大中型鋰離子電池儲(chǔ)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(chǔ)能示范項(xiàng)目(也稱“荊門新港儲(chǔ)能電站項(xiàng)目”)入選國家能源局公布的56個(gè)新型儲(chǔ)能試點(diǎn)示范項(xiàng)目名單。該項(xiàng)目是國網(wǎng)湖北綜合能源服務(wù)有限公司投資建設(shè)的電化學(xué)儲(chǔ)能電站，建設(shè)容量達(dá)5萬千瓦/10萬千瓦時(shí)，可儲(chǔ)存電量10萬千瓦時(shí)，于2022年12月31日投運(yùn)并網(wǎng)。電站投運(yùn)后提高了沙洋片區(qū)電網(wǎng)的靈活調(diào)節(jié)能力。
目前，鋰離子電池儲(chǔ)能聚焦大容量電芯、大規(guī)模集成、寬溫域運(yùn)行、長壽命使用等目標(biāo)快速迭代，技術(shù)水平持續(xù)提升。2024年，全國鋰離子電池總產(chǎn)量達(dá)11.7億千瓦時(shí)，同比增長24%，其中，儲(chǔ)能型鋰離子電池產(chǎn)量達(dá)到2.6億千瓦時(shí)，約占全國鋰離子電池產(chǎn)量的22%。
液流電池
長時(shí)儲(chǔ)能對(duì)保障新型電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行非常重要，液流電池儲(chǔ)能時(shí)長基本在4小時(shí)以上，部分項(xiàng)目儲(chǔ)能時(shí)長達(dá)6小時(shí)，是大規(guī)模長時(shí)儲(chǔ)能的首選技術(shù)之一。
液流電池技術(shù)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(jià)態(tài)豐富，物理、化學(xué)特性適宜，成為主要研究方向。現(xiàn)階段，全釩液流電池已進(jìn)入商業(yè)化初期階段。
2022年10月，大連液流電池儲(chǔ)能調(diào)峰電站作為我國首個(gè)百兆瓦級(jí)全釩液流電池儲(chǔ)能調(diào)峰電站投運(yùn)。該電站使用我國自主開發(fā)的全釩液流電池儲(chǔ)能技術(shù)，主要是為電網(wǎng)提供調(diào)峰、調(diào)頻等輔助服務(wù)。2024年，全國新增全釩液流電池儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模約56萬千瓦，市場規(guī)模突破40億元，帶動(dòng)了電解液、電極、隔膜和雙極板等關(guān)鍵材料產(chǎn)能建設(shè)。
當(dāng)前，我國液流電池產(chǎn)業(yè)鏈初步建立。隨著液流電池儲(chǔ)能的應(yīng)用規(guī)模不斷擴(kuò)大，國產(chǎn)化離子交換膜的技術(shù)突破及工程驗(yàn)證，產(chǎn)業(yè)的規(guī)模效應(yīng)有望帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈配套能力不斷增強(qiáng)，系統(tǒng)成本也有望進(jìn)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(fù)極之間的移動(dòng)進(jìn)行能量存儲(chǔ)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(chǔ)能電站等場景。鈉離子電池可細(xì)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(chǔ)能應(yīng)用領(lǐng)域，如電網(wǎng)級(jí)儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車等方面應(yīng)用效果較好。
2024年6月30日，大唐湖北10萬千瓦/20萬千瓦時(shí)鈉離子新型儲(chǔ)能電站科技創(chuàng)新示范項(xiàng)目一期工程建成投運(yùn)，投產(chǎn)規(guī)模5萬千瓦/10萬千瓦時(shí)。該電站一期工程儲(chǔ)能系統(tǒng)由42套儲(chǔ)能電池倉和21套升壓變流一體機(jī)組成，系統(tǒng)效率可達(dá)80%以上，選用185安時(shí)大容量鈉離子電芯，配套建設(shè)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(xiàng)成熟的電池技術(shù)，應(yīng)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(zhì)，可能導(dǎo)致大氣、水體、土壤污染。現(xiàn)階段，鉛酸電池在電力系統(tǒng)大規(guī)模應(yīng)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(qiáng)關(guān)鍵性能指標(biāo)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(fù)極結(jié)構(gòu)的不同。鉛炭電池兼具鉛酸電池和超級(jí)電容器的特點(diǎn)，近年來在儲(chǔ)能領(lǐng)域逐漸受到關(guān)注。國家電投集團(tuán)投資建設(shè)的浙江湖州綜合智慧零碳電廠“和平共儲(chǔ)”項(xiàng)目，儲(chǔ)能裝機(jī)容量10萬千瓦/106.1萬千瓦時(shí)，2023年5月項(xiàng)目一期已正式并網(wǎng)運(yùn)行，是目前世界上規(guī)模最大的鉛炭儲(chǔ)能電站。2024年1月，該項(xiàng)目入選國家能源局新型儲(chǔ)能試點(diǎn)示范項(xiàng)目。
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評(píng)論