7 儲能新技術
1.鈉離子電池商業(yè)進程加速中
可用資源豐富,鈉電池性能優(yōu)于鋰電池,綜合性價比較高。
鈉電池快充性能優(yōu)異(常溫下充電15min電量即可達到80%)、低溫性能良好,常溫條件下循環(huán)壽命為4k-5k次,能量密度持平鐵鋰。2022年全球已探明的鋰資源量約為8900萬噸,一半以上分布于南美洲,我國鋰資源總量為510萬噸,全球占比僅為6%,65%的鋰原料需要進口。而鈉的地殼豐度遠高于鋰且廣泛分布于全球各地,海水中即含有豐富的氯化鈉。
鈉電池相較鐵鋰和5系三元單瓦時成本分別下降45%-55%左右,商業(yè)化進程加速。
我們假設鈉離子電池電芯材料、殼體材料用量以及制造費用和磷酸鐵鋰電池一致,采用層狀氧化物和普魯士藍的鈉電池電芯單wh材料成本分別為0.27/0.22元,若計入箱體和制造費用,假設合格率為90%,則單wh成本分別為0.47/0.42元,相較磷酸鐵鋰電池的單wh成本(0.8元)和NCM523電池(1.04元)分別有45%和55%左右的降幅。
代表廠商包括NatronEnergy、NAIADES、FARADION、鈉創(chuàng)新能源、中科海納、寧德時代。
2.液流電池長時性能更優(yōu)
液流電池正負極電解液分離,性能優(yōu)異,鐵鉻、全釩為兩大商用方向。
液流電池是正負極電解液分開,各自循環(huán)的一種高性能蓄電池,具有容量高、使用領域(環(huán)境)廣、循環(huán)使用壽命長的特點。根據電極活性物質的不同可分為鐵鉻、全釩、鋅溴等,鐵鉻和全釩兩種為目前主流商用方向。
鐵鉻電池循環(huán)壽命超長,運行溫區(qū)較廣,降本在即。
2022年全球鉻鐵礦資源量約120億噸,南非占據半壁江山,我國與鉻礦開采國均保持正常的貿易合作,供應格局尚可。鐵鉻液流電池毒性和腐蝕性較低,理論循環(huán)次數可達萬次以上,整體使用壽命可以達到20年以上,成本方面,未來綜合成本或可接近抽水蓄能。
全釩電池性能優(yōu)異,可用釩資源豐富,但成本較高。
我國釩資源豐富,2022年全球已探明的釩資源量約為6300萬噸,我國釩資源總量為950萬噸,全球占比15%,2020年中國攀鋼集團公司釩企業(yè)產能(折合成V2O5)世界排名第一。釩電池安全性高,循環(huán)壽命高達16000次,擴容能力強,適合大型儲能場景,且電解液便于回收,效率75%以上。全釩電池能量密度同時成本較高。
3.光熱儲能:調峰調頻優(yōu)勢獨具
光熱發(fā)電作為儲能具有天然優(yōu)勢。
太陽能光熱發(fā)電機組既具備同步電源特性,同時配置了熱儲存系統(tǒng),因此既有一次調頻的功能,同時也能進行二次調頻。根據我國2018年投產的三座太陽能光熱發(fā)電示范項目的驗收結果,光熱機組調峰深度最大可達80%;爬坡速度快,升降負荷速率可達每分鐘3%~6%額定功率,冷態(tài)啟動時間1小時左右、熱態(tài)啟動時間約25分鐘,調節(jié)性能優(yōu)于煤電。
平價有望到來,光伏光熱互補具有成本優(yōu)勢。
根據中控太陽能,以德令哈市為例,分別利用光伏+電池、光伏+抽水蓄能、光伏+塔式光熱三種技術路線來設計年發(fā)電量為400GWh/年的“發(fā)電+儲能”系統(tǒng):光熱儲能調峰電站為光伏配置20%熔鹽儲能服務可以有效解決光伏棄光問題;同時,在相同的儲能調峰補貼下,光伏+光熱儲能調峰電站的綜合上網電價低于光伏+鋰電池儲能;而當儲能補貼高于0.12元/kWh時,光伏+光熱儲能調峰電站的上網電價能夠小于火電脫硫標桿上網電價0.3247元/kWh。
2021年來國家與地方層面多次出臺政策鼓勵光熱儲能發(fā)展,推動其在調峰等多場景應用,完善相關價格補償機制。根據CSTA,2021年我國光熱發(fā)電類累計裝機容量已達到538MW,占全球的7.91%。
4.重力儲能:在物理儲能中成本占優(yōu)
重力儲能是一種機械式的儲能,主要原理是基于高度落差對儲能介質進行升降來實現儲能系統(tǒng)的充放電過程。
重力儲能優(yōu)勢:1)初始投入成本僅需約3元/Wh,低于抽水蓄能和壓縮空氣儲能成本。據測算,重力儲能度電成本約為0.5元/kWh,低于絕大部分電化學儲能系統(tǒng),在成本上具有優(yōu)勢;2)安全性高,對建設環(huán)境要求不高,對環(huán)境破壞;3)壽命長,重力儲能平均壽命約30-35年,接近抽水蓄能、壓縮空氣儲能。
中國天楹:我國重力儲能先行者,首個重力儲能項目已簽約。2022年1月30日,中國天楹控股子公司Atlas與重力儲能技術開發(fā)商瑞士EV公司簽署了《技術許可使用協(xié)議》,根據協(xié)議,EV授權Atlas在中國區(qū)獨家使用許可技術建造和運營重力儲能系統(tǒng)設施。5月20日,該項目落戶如東,是我國首個儲能示范項目,規(guī)模為26MW/ 100MWh,項目的簽約有望加快我國重力儲能行業(yè)進展。
多種新型重力勢能儲能技術對比
5.壓縮空氣儲能技術已較為成熟
壓縮空氣儲能技術相對較為成熟。
壓縮空氣儲能是指在電網負荷低谷期將電能用于壓縮空氣,將空氣高壓密封在報廢礦井、儲氣罐、山洞、過期油氣井或新建儲氣井中,在電網負荷高峰期釋放壓縮空氣推動汽輪機發(fā)電的儲能方式。相比興建鋼罐等壓力容器儲存的方式,利用鹽穴等地下洞穴建設大容量電站,將顯著降低原材料、用地等方面的成本。按照工作介質、存儲介質與熱源可以分為:傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)(需要補燃)、帶儲熱裝置的壓縮空氣儲能系統(tǒng)、液氣壓縮儲能系統(tǒng)等。
國內已有項目投產落地。
2021年9月23日,山東肥城鹽穴先進壓縮空氣儲能調峰電站一期10MW示范電站順利通過發(fā)電并網驗收,二期300兆瓦項目也已啟動。2022年5月26日,金壇鹽穴壓縮空氣儲能國家試驗示范項目舉行投產儀式,標志著世界首座非補燃壓縮空氣儲能電站正式投入商業(yè)運行。
壓縮空氣儲能電站的定價機制還在探索階段,若能與抽水蓄能一樣采取兩部制電價,將提高其經濟性。
6.飛輪儲能位于商業(yè)化早期
飛輪儲能是新型儲能技術之一,處于商業(yè)化早期。
通過電動/發(fā)電互逆式雙向電機,電能與高速運轉飛輪的機械動能之間的相互轉換與儲存。飛輪儲能具有使用壽命長、儲能密度高、不受充放電次數限制、安裝維護方便、對環(huán)境危害小等優(yōu)點,可用于不間斷電源、應急電源、電網調峰和頻率控制。但目前飛輪儲能還具有很大的局限性,相對能量密度低、靜態(tài)損失較大,現僅處于商業(yè)化早期。
飛輪儲能技術主要結構和運行方法已經基本明確。
目前主要正處于廣泛的實驗階段,小型樣機已經研制成功并有應用于實際的例子,正向發(fā)展大型機的趨勢發(fā)展,但是卻有非常多的難點,主要集中在轉子的設計、磁軸承、功率電子電路、安全及保護特性、機械備份軸承。飛輪儲能系統(tǒng)優(yōu)勢突出,應用廣泛,隨著技術的成熟和價格的降低,將會是儲能領域的一項新的革命。
2022年4月11日,2臺1兆瓦飛輪儲能裝置在青島地鐵3號線萬年泉路站完成安裝調試并順利并網,這是我國軌道交通行業(yè)首臺具有完全自主知識產權的兆瓦級飛輪儲能裝置。