黃麗真

廈門(mén)科華數(shù)能科技有限公司，福建廈門(mén)，361000

0 引言

隨著全球能源轉(zhuǎn)型的深入推進(jìn)，儲(chǔ)能技術(shù)成為可再生能源接入、電力系統(tǒng)穩(wěn)定以及電動(dòng)車等應(yīng)用場(chǎng)景的重要支撐技術(shù)。其中，以其高能量密度、長(zhǎng)壽命、充放電速度快、效率高而備受關(guān)注的鋰電池，正在儲(chǔ)能領(lǐng)域中發(fā)揮著日益重要的作用。鋰電池技術(shù)不僅在儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸廣泛，而且未來(lái)的發(fā)展?jié)摿σ膊蝗莺鲆暋?/p>

1 儲(chǔ)能市場(chǎng)概況

據(jù)儲(chǔ)能領(lǐng)跑者聯(lián)盟（以下簡(jiǎn)稱EESA）統(tǒng)計(jì)，2022年全球電力儲(chǔ)能（新型）裝機(jī)量為21.33GW/43.94GWh，中國(guó)電力儲(chǔ)能（新型）裝機(jī)量為7.16GW/15.94GWh。預(yù)計(jì)2023年全球儲(chǔ)能新增裝機(jī)量有望達(dá)到34.9GW/77.9GWh。2023年全球儲(chǔ)能需求有望達(dá)到189GWh，美國(guó)、中國(guó)、歐盟成為全球三大儲(chǔ)能市場(chǎng)。

2 儲(chǔ)能政策對(duì)于儲(chǔ)能市場(chǎng)的影響

儲(chǔ)能市場(chǎng)的發(fā)展受到政策的引導(dǎo)和支持，目前儲(chǔ)能政策在儲(chǔ)能市場(chǎng)中發(fā)揮著重要的作用。在“雙碳”目標(biāo)大背景下，中國(guó)出臺(tái)多個(gè)儲(chǔ)能政策，從儲(chǔ)能技術(shù)、建設(shè)規(guī)模、經(jīng)濟(jì)性、安全性等各個(gè)方面入手，以政策驅(qū)動(dòng)儲(chǔ)能行業(yè)的實(shí)際發(fā)展。從海外市場(chǎng)來(lái)看，美國(guó)、德國(guó)、印度等相繼出臺(tái)相關(guān)政策加強(qiáng)對(duì)儲(chǔ)能的支持，進(jìn)一步推動(dòng)儲(chǔ)能市場(chǎng)高速增長(zhǎng)。

首先，政策的出臺(tái)可以提供儲(chǔ)能市場(chǎng)的穩(wěn)定預(yù)期和市場(chǎng)環(huán)境。政策制定者可以通過(guò)建立合適的法規(guī)和制度，確保儲(chǔ)能市場(chǎng)的順暢運(yùn)作。其次，政策制定者可以通過(guò)出臺(tái)相應(yīng)的補(bǔ)貼政策、減免稅收政策和研發(fā)資金支持等，鼓勵(lì)儲(chǔ)能技術(shù)的創(chuàng)新和應(yīng)用，降低技術(shù)成本。此外，政策的引導(dǎo)可以促進(jìn)儲(chǔ)能市場(chǎng)的多元化發(fā)展。

3 電力系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用的需求

以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)中“源網(wǎng)荷”波動(dòng)加劇，儲(chǔ)能運(yùn)用于發(fā)、輸、配、用各個(gè)環(huán)節(jié)，是提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定性的重要手段。根據(jù)儲(chǔ)能系統(tǒng)安裝位置，我們將儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景分為發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)三大主要類型。隨著共享儲(chǔ)能興起，發(fā)電側(cè)與電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能界限逐漸模糊，我們根據(jù)受益方不同，將新能源配儲(chǔ)歸類為發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能、用于調(diào)峰調(diào)頻的電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能、用于分布式光儲(chǔ)一體化及削峰填谷的用戶側(cè)儲(chǔ)能。

發(fā)電側(cè)：在我國(guó)的北方地區(qū)，因?yàn)檎{(diào)峰容量不足、輸電通道擁塞等造成了大量棄風(fēng)、棄光問(wèn)題，在可再生能源發(fā)電場(chǎng)站側(cè)安裝儲(chǔ)能系統(tǒng)，則可以通過(guò)儲(chǔ)能充放電的優(yōu)化控制，緩解輸電阻塞和電網(wǎng)調(diào)峰能力限制，提高可再生能源場(chǎng)站的上網(wǎng)電量。儲(chǔ)能系統(tǒng)可以在電力過(guò)剩時(shí)儲(chǔ)存電力，在電力短缺時(shí)短時(shí)間內(nèi)提供電力，以平衡電力供需，增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性。

電網(wǎng)側(cè)：電力系統(tǒng)的負(fù)荷波動(dòng)大，特別是在高峰期間，電力需求大幅增加。儲(chǔ)能系統(tǒng)可以在低峰時(shí)期儲(chǔ)存電力，在高峰期間釋放電力，以滿足高峰期間的電力需求，實(shí)現(xiàn)調(diào)峰負(fù)荷。分布在配網(wǎng)中的儲(chǔ)能也可以在相關(guān)政策和市場(chǎng)規(guī)則允許的條件下為大電網(wǎng)提供調(diào)頻、備用等輔助服務(wù)。

用戶側(cè)：用戶側(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)可以協(xié)調(diào)分布式能源（如光伏、風(fēng)電）的運(yùn)行，儲(chǔ)存其不穩(wěn)定輸出的電能，提高分布式能源的利用效率。用戶側(cè)的儲(chǔ)能系統(tǒng)可以在電網(wǎng)負(fù)荷低的時(shí)段存儲(chǔ)電能，待電網(wǎng)負(fù)荷高時(shí)釋放，從而平衡電網(wǎng)負(fù)荷，減小負(fù)荷波動(dòng)，降低電網(wǎng)運(yùn)行成本。用戶側(cè)的儲(chǔ)能系統(tǒng)可以提供電壓、頻率支撐等服務(wù)，提高用戶側(cè)電能的質(zhì)量，在電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)可以提供緊急備電，確保關(guān)鍵負(fù)荷的穩(wěn)定運(yùn)行，提高電力系統(tǒng)的可靠性。

4 現(xiàn)階段鋰電池作為儲(chǔ)能裝置分析

從技術(shù)層面來(lái)看，儲(chǔ)能系統(tǒng)主要由儲(chǔ)能變流器（PCS）、電池、電池管理系統(tǒng)、一體機(jī)、配電、預(yù)制艙及其他溫度、消防、空調(diào)等輔助設(shè)備組成，儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和維護(hù)，完成能量調(diào)度與功率控制，實(shí)現(xiàn)安全、高效運(yùn)行。電池占據(jù)整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)成本的60%左右，隨著鋰電產(chǎn)業(yè)鏈的完善，鋰電成本進(jìn)一步降低，鋰電池具有明顯的主導(dǎo)地位，逐漸成為最具競(jìng)爭(zhēng)力的儲(chǔ)能電池。首先，鋰電池的成本不斷下降，使得其在儲(chǔ)能市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力不斷增強(qiáng)。其次，鋰電池的技術(shù)不斷改進(jìn)，使得其在儲(chǔ)能系統(tǒng)中的性能不斷提高。鋰電池具有高能量密度、高效率、長(zhǎng)壽命等優(yōu)點(diǎn)，可以滿足儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)于能量密度、效率和壽命等方面的要求[1]。最后，鋰電池的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，從電動(dòng)車、手機(jī)等電子產(chǎn)品擴(kuò)展到家庭儲(chǔ)能系統(tǒng)、工商業(yè)儲(chǔ)能系統(tǒng)、電網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)等大型應(yīng)用場(chǎng)景。

5 鋰電池技術(shù)在儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

5.1 戶用儲(chǔ)能

戶用儲(chǔ)能市場(chǎng)仍主要在海外，鋰電池技術(shù)在家庭儲(chǔ)能領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。在戶用儲(chǔ)能領(lǐng)域，電芯仍然以50Ah、100Ah方形鋁殼電池為主，少數(shù)使用軟包。戶儲(chǔ)主要解決方案有高壓方案和低壓方案，派能、沃太等主要推廣192V高壓方案，最常見(jiàn)的低壓51.2V戶儲(chǔ)產(chǎn)品是單個(gè)模塊5kWh，可堆疊2～4個(gè)，最大容量為20kWh，如科華iStoragE系列。但是，未來(lái)大圓柱電池可能成為戶用儲(chǔ)能電芯重要的方向。大圓柱電池生產(chǎn)效率高，可以顯著降低生產(chǎn)成本，比如4680等46系列大圓柱電池，預(yù)計(jì)成本比方形鋁殼方案降低10%左右。

5.2 工商業(yè)儲(chǔ)能

工商業(yè)儲(chǔ)能主要采用100Ah、120Ah、150Ah、200Ah、280Ah等電芯，目前采用的電芯方案正在從100Ah向280Ah升級(jí)邁進(jìn)，系統(tǒng)需求超過(guò)6000次的循環(huán)次數(shù)，適合需要長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)運(yùn)行的工商業(yè)場(chǎng)景。工商業(yè)儲(chǔ)能電池技術(shù)也正在發(fā)生迭代和變更，2023年5月24—26日SNEC儲(chǔ)能展會(huì)，比亞迪發(fā)布采用400Ah長(zhǎng)刀電池用于工商業(yè)儲(chǔ)能方案，蜂巢能源發(fā)布了124Ah短刀電池電芯用于99kWh工商儲(chǔ)能方案，刀片電池是全新儲(chǔ)能系統(tǒng)產(chǎn)品解決方案，推動(dòng)儲(chǔ)能全域刀片化，為大家?guī)?lái)更安全的刀片電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。

5.3 大型儲(chǔ)能電站

儲(chǔ)能電站規(guī)模越來(lái)越大，大電芯在電力儲(chǔ)能應(yīng)用領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)明顯：首先，大電芯更容易獲得高體積能量密度；其次，PACK端零部件使用量減少，有利于降低成本；最后，集成領(lǐng)域裝配工藝簡(jiǎn)化。目前大型儲(chǔ)能電站（共享儲(chǔ)能）主要采用280Ah的主流電芯，最早推出該款電芯的是寧德時(shí)代，電芯有0.5P和1P兩種，各大廠商陸續(xù)推出更高容量的產(chǎn)品，大有趕超的勢(shì)頭，比如305Ah、314Ah、320Ah、340Ah等，尺寸與現(xiàn)有的280Ah一樣，容量增加。因此，大電芯技術(shù)升級(jí)后，成本必然會(huì)有一定程度的下降，加上各廠商的產(chǎn)能正在不斷擴(kuò)大，除去原材料漲價(jià)的影響，鋰電的成本在未來(lái)會(huì)大幅降低。

儲(chǔ)能系統(tǒng)目前有風(fēng)冷和液冷兩種解決方案，例如，我國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司在江蘇揚(yáng)州市建設(shè)的大規(guī)模儲(chǔ)能電站是一個(gè)具有代表性的案例。這個(gè)項(xiàng)目的總?cè)萘繛?00MW/400MWh，由中國(guó)科學(xué)院電工研究所和特斯拉聯(lián)合設(shè)計(jì)和實(shí)施。儲(chǔ)能系統(tǒng)采用了磷酸鐵鋰電池技術(shù)，可以在風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電不足時(shí)提供電力補(bǔ)給，同時(shí)也可以在電力需求高峰期提供額外的電力支持。此外，電站還能為電網(wǎng)提供頻率調(diào)控、應(yīng)急備用等服務(wù)，極大增強(qiáng)了電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性[2]。自2019年投入運(yùn)營(yíng)以來(lái)，揚(yáng)州儲(chǔ)能電站不僅大大提高了新能源的利用率，還為確保電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行做出了重要貢獻(xiàn)。這個(gè)項(xiàng)目充分展示了鋰電池在工業(yè)儲(chǔ)能領(lǐng)域的巨大潛力和廣闊的應(yīng)用前景。另外一個(gè)例子是大型獨(dú)立共享儲(chǔ)能新標(biāo)桿——寧夏100MW/200MWh液冷儲(chǔ)能項(xiàng)目。該項(xiàng)目位于寧夏靈武市寧東鎮(zhèn)，于2022年9月開(kāi)工，12月31日并網(wǎng)。站內(nèi)共設(shè)置63套單套容量為3.44MWh的液冷電池艙、31套單套容量為3.2MWh的儲(chǔ)能變流一體機(jī)和1套單套容量為1.6MWh的儲(chǔ)能變流一體機(jī)、1套匯控系統(tǒng)和1套EMS能量管理系統(tǒng)。項(xiàng)目投運(yùn)后，將作為巨型“充電寶”，有效提升寧東電網(wǎng)的靈活調(diào)節(jié)能力和新能源消納水平。作為輔助調(diào)峰、調(diào)頻的樞紐站，該項(xiàng)目年調(diào)峰能力可達(dá)8000萬(wàn)千瓦時(shí)以上，相當(dāng)于10萬(wàn)戶居民一年的生活用電量。同時(shí)，該項(xiàng)目也可為電網(wǎng)提供事故備用、黑啟動(dòng)、需求響應(yīng)支撐等多種輔助服務(wù)，對(duì)加快推進(jìn)大規(guī)模儲(chǔ)能在電力調(diào)峰及可再生能源電源并網(wǎng)中的應(yīng)用具有重要意義，為持續(xù)推進(jìn)新型儲(chǔ)能建設(shè)提供重要參考。

5.4 鋰電池安全

鋰電池廣泛應(yīng)用于各種設(shè)備中，但由于其特殊的化學(xué)特性，容易引發(fā)爆炸、著火、氣體泄漏、化學(xué)燒傷、環(huán)境污染等事故，安全性一直是鋰電池運(yùn)用的一大重要課題，鋰電池安全問(wèn)題貫穿從生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝、調(diào)試、運(yùn)行、運(yùn)維等全過(guò)程，需要企業(yè)重點(diǎn)關(guān)注。

（1）正確使用和儲(chǔ)存：使用鋰電池的設(shè)備應(yīng)按照制造商的操作說(shuō)明書(shū)進(jìn)行操作，避免過(guò)度充電和放電。儲(chǔ)存時(shí)，應(yīng)放置在干燥、陰涼的環(huán)境中，25℃最佳，對(duì)溫濕度和空間也有要求，避免高溫或高濕的環(huán)境，運(yùn)輸時(shí)避免堆疊過(guò)高、過(guò)重等。

（2）防止物理?yè)p傷：避免對(duì)鋰電池進(jìn)行劇烈的撞擊、穿刺或擠壓，這可能導(dǎo)致電池內(nèi)部短路，引發(fā)熱失控。

（3）電池安全性設(shè)計(jì)：電芯單體和模組間的熱隔離措施、電池管理系統(tǒng)的安全監(jiān)控、對(duì)溫濕度進(jìn)行采樣監(jiān)控、消防滅火方案、風(fēng)冷或液冷設(shè)計(jì)等。

（4）設(shè)備設(shè)計(jì)安全：設(shè)備制造商應(yīng)確保設(shè)備的設(shè)計(jì)充分考慮安全因素，例如設(shè)置過(guò)熱保護(hù)防止電池過(guò)熱，設(shè)計(jì)有效的電池隔離措施以防止電池短路。

（5）環(huán)保處理：廢棄的鋰電池應(yīng)正確處理，不應(yīng)隨意丟棄。應(yīng)將其送至指定的回收點(diǎn)，由專業(yè)的處理機(jī)構(gòu)進(jìn)行安全、環(huán)保的處置。

（6）定期檢查：定期檢查電池的狀態(tài)，如果發(fā)現(xiàn)電池膨脹、泄漏或者其他異常情況，應(yīng)立即停止使用，并將其送至專業(yè)的服務(wù)機(jī)構(gòu)進(jìn)行處理。

（7）緊急措施：了解并準(zhǔn)備好應(yīng)對(duì)電池火災(zāi)的緊急措施，如有條件，配備適合應(yīng)對(duì)電池火災(zāi)的防火設(shè)施設(shè)備。

6 鋰電池技術(shù)在儲(chǔ)能領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)

隨著新能源技術(shù)和智能化技術(shù)的不斷發(fā)展，儲(chǔ)能鋰電池的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。同時(shí)，研究人員也在不斷探索和開(kāi)發(fā)新的電池材料、新的電池結(jié)構(gòu)和制造工藝。目前，儲(chǔ)能鋰電池的發(fā)展趨勢(shì)主要包括以下幾個(gè)方面。

（1）技術(shù)創(chuàng)新。隨著我國(guó)科技研發(fā)能力的提升，鋰電池的新興技術(shù)如固態(tài)鋰電池、鋰硫電池等正處在快速發(fā)展階段。未來(lái)，這些技術(shù)的成熟與應(yīng)用將進(jìn)一步提升鋰電池的性能，推動(dòng)其在儲(chǔ)能領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。①提高能量密度：通過(guò)采用新材料、新結(jié)構(gòu)和新工藝等方式，提高電池的能量密度，以實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的續(xù)航能力和更小的體積。比如各大廠家將電芯升級(jí)到305Ah、314Ah、320Ah、340Ah、560Ah等容量，尺寸與現(xiàn)有的280Ah一樣，容量增加。比如，軟包電池同等體積的容量密度高于方形鋁殼電池等。②延長(zhǎng)循環(huán)壽命：通過(guò)優(yōu)化電池材料和制造工藝等方面，延長(zhǎng)電池的循環(huán)壽命，降低電池的維護(hù)成本和更換頻率。比如，寧德時(shí)代發(fā)布了業(yè)內(nèi)首款長(zhǎng)壽命高溫電芯，循環(huán)次數(shù)可達(dá)15000次，憑借耐高溫石墨負(fù)極材料和特制電解液，儲(chǔ)能電芯在超過(guò)35℃條件下依然保持良好的衰減特性，無(wú)需冷卻系統(tǒng)及外部輔助電源，優(yōu)化了系統(tǒng)運(yùn)行性能及效率，實(shí)現(xiàn)免維護(hù)。③加強(qiáng)安全性：通過(guò)開(kāi)發(fā)新的安全技術(shù)和措施，提高電池的安全性能，使得鋰電池在遭遇過(guò)熱、短路等情況時(shí)，能夠自動(dòng)切斷電路，避免事故發(fā)生。比如，從BMS的技術(shù)升級(jí)或消防的新解決方案等方面多重考慮安全性問(wèn)題。

（2）產(chǎn)業(yè)鏈布局。我國(guó)在鋰電池全產(chǎn)業(yè)鏈上擁有世界領(lǐng)先的地位，從原材料開(kāi)采、電池制造到后端回收利用，都具有強(qiáng)大的能力。通過(guò)優(yōu)化產(chǎn)業(yè)鏈布局，我國(guó)有能力保障鋰電池的穩(wěn)定供應(yīng)，降低生產(chǎn)成本，從而提升鋰電池在儲(chǔ)能領(lǐng)域的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

（3）政策驅(qū)動(dòng)。我國(guó)政府一直高度重視可再生能源和儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展，出臺(tái)了一系列的政策扶持措施。在“碳達(dá)峰、碳中和”的背景下，政府會(huì)進(jìn)一步加大對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)，尤其是鋰電池技術(shù)的政策支持，進(jìn)一步推動(dòng)其在儲(chǔ)能領(lǐng)域的發(fā)展。

（4）市場(chǎng)需求。隨著新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和國(guó)家能源政策的支持，儲(chǔ)能鋰電池市場(chǎng)前景廣闊。2022—2027年全球儲(chǔ)能總需求累計(jì)將達(dá)到約2300GWh，到2030年，年新增需求預(yù)計(jì)將達(dá)到TWh級(jí)別，市場(chǎng)空間巨大。

（5）能量管理系統(tǒng)的智能化。隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)的鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可能會(huì)更智能，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控每顆電池的狀態(tài)，自動(dòng)調(diào)整充放電策略，甚至自動(dòng)修復(fù)問(wèn)題電芯，從而提高儲(chǔ)能系統(tǒng)的整體效率和壽命[3]。

7 結(jié)語(yǔ)

綜上，鋰電池技術(shù)在儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用正從家庭、工商業(yè)和大型儲(chǔ)能電站等多領(lǐng)域展開(kāi)，具有廣泛的應(yīng)用前景和巨大的市場(chǎng)潛力。同時(shí)，面對(duì)未來(lái)發(fā)展，鋰電池技術(shù)需要持續(xù)進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，提升安全性，完善產(chǎn)業(yè)鏈，并積極應(yīng)對(duì)市場(chǎng)需求變化。政策支持和市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)將共同推動(dòng)鋰電池技術(shù)在儲(chǔ)能領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。