多種儲(chǔ)能路線進(jìn)入發(fā)展快車道

在新型電力系統(tǒng)中，儲(chǔ)能將成為至關(guān)重要的一環(huán)，是新能源消納以及電網(wǎng)安全保障必要保障，在發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用電側(cè)都會(huì)得到廣泛的應(yīng)用，需求空間廣闊。國內(nèi)市場，風(fēng)光強(qiáng)制配儲(chǔ)政策推動(dòng)儲(chǔ)能需求指數(shù)增長。在市場需求爆發(fā)以及政策鼓勵(lì)的雙重推動(dòng)下，成熟的抽水蓄能、鋰電儲(chǔ)能呈現(xiàn)爆發(fā)性增長，其他新型儲(chǔ)能技術(shù)也進(jìn)入了發(fā)展快車道。

本文對(duì)抽水蓄能、鋰離子電池、壓縮空氣、鈉離子、全釩液流電池、鉛炭電池六種儲(chǔ)能的發(fā)展現(xiàn)狀、系統(tǒng)成本、應(yīng)用前景做了評(píng)估。

一、

多種儲(chǔ)能路線進(jìn)入發(fā)展快車道

按照時(shí)長要求的不同，儲(chǔ)能的應(yīng)用場景大致可以分為容量型（≥4h）、能量型（約1～2h）、功率型（≤30min）和備用型（≥15min）四類。 容量型儲(chǔ)能場景包括削峰填谷或離網(wǎng)儲(chǔ)能等，長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)種類較多，包括抽水蓄能、壓縮空氣、儲(chǔ)熱蓄冷、儲(chǔ)氫以及各類容量型儲(chǔ)能電池（例如鈉硫電池、液流電池、鉛炭電池、鋰漿料電池等）。 按應(yīng)場景劃分的儲(chǔ)能類型

2017-2020年，電網(wǎng)響應(yīng)能源局、發(fā)改委降低棄風(fēng)棄光率的決策，充分利用電力體系的靈活性資源消納新能源，使得棄風(fēng)棄光率下降到2%。同時(shí)電網(wǎng)壓力凸顯，部分省份開始要求電源側(cè)配置儲(chǔ)能。2021年，多個(gè)儲(chǔ)能行業(yè)的重磅文件公布，儲(chǔ)能等迎來歷史性發(fā)展機(jī)遇。 2021年儲(chǔ)能重磅政策

2021 年各省風(fēng)光配儲(chǔ)政策

從整個(gè)電力系統(tǒng)的角度看，儲(chǔ)能的應(yīng)用場景可以分為發(fā)電側(cè)、輸配電側(cè)和用電側(cè)三大場景，除此之外的應(yīng)用還包括輔助服務(wù)、分布式發(fā)電與微網(wǎng)等。 儲(chǔ)能技術(shù)在電力行業(yè)應(yīng)用范圍

從技術(shù)原理上講，儲(chǔ)能技術(shù)主要分為物理儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能和電氣儲(chǔ)能、熱儲(chǔ)能和化學(xué)儲(chǔ)能這幾大類。 儲(chǔ)能技術(shù)路徑分類

各類儲(chǔ)能技術(shù)中，抽水蓄能是應(yīng)用最為成熟；儲(chǔ)熱技術(shù)也已處于規(guī)?；瘧?yīng)用階段，目前我國火電靈活性改造大部分采取儲(chǔ)熱技術(shù)；鋰離子電池儲(chǔ)能開始近兩年得到了飛速應(yīng)用；壓縮空氣以及液流電池也迎來了商業(yè)化應(yīng)用。 各種儲(chǔ)能技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

二、

六類儲(chǔ)能技術(shù)分析

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抽水蓄能

抽水蓄能具有技術(shù)優(yōu)、成本低、壽命長、容量大、效率高等優(yōu)點(diǎn)。由于抽水蓄能電站運(yùn)行模式是將能量在電能和水的勢(shì)能之間轉(zhuǎn)換，其儲(chǔ)能容量主要取決于上下水庫的高度差和水庫容量，由于水的蒸發(fā)滲漏現(xiàn)象導(dǎo)致的損失幾乎可以忽略不計(jì)，抽水蓄能的儲(chǔ)能周期得以無限延長，可適應(yīng)各種儲(chǔ)能周期需求，系統(tǒng)循環(huán)效率可達(dá)70%-80%。與此同時(shí)，建設(shè)完成后的抽蓄電站壩體可使用100年左右，電機(jī)設(shè)備等預(yù)計(jì)使用年限在40-60年左右。 2021年我國各儲(chǔ)能技術(shù)裝機(jī)占比

成本測算：當(dāng)前最為經(jīng)濟(jì)的儲(chǔ)能方式為探究抽水蓄能電站經(jīng)濟(jì)性，我們對(duì)抽水蓄能電站儲(chǔ)能度電成本進(jìn)行了測算。 抽水蓄能LCOS測算核心假設(shè)

考慮抽水蓄能電站初始投資成本與項(xiàng)目選址密切相關(guān)，后期新建項(xiàng)目選址經(jīng)濟(jì)性下降，初始投資成本可能將會(huì)上升，另外電站實(shí)際循環(huán)次數(shù)假定在300-500次之間。我們預(yù)計(jì)不考慮充電成本的前提下，常規(guī)抽水蓄能電站LOCE范圍為0.23- 0.34元/kWh。 抽水蓄能LCOS敏感性分析

“十四五”以來，我國加快部署抽水蓄能項(xiàng)目開發(fā)建設(shè)?！冻樗钅苤虚L期發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》規(guī)定：到2025年，抽水蓄能投產(chǎn)總規(guī)模較“十三五”翻一番，達(dá)到6200萬千瓦以上（按照6元/W測算，投資須達(dá)1800億左右）；到2030年，抽水蓄能投產(chǎn)總規(guī)模較“十四五”再翻一番，達(dá)到1.2億千瓦左右。（按照6元/W測算，投資須達(dá)5400億左右）；另外，2021年8月份公布的規(guī)劃儲(chǔ)能項(xiàng)目名單共551個(gè)項(xiàng)目，總計(jì)6.79億千瓦。 我國抽水蓄能裝機(jī)及規(guī)劃情況（萬千瓦）

政策驅(qū)動(dòng)下，全國各省市迅速布局抽水蓄能項(xiàng)目。2022年1月以來，已經(jīng)有20個(gè)省份公布了2022年省級(jí)重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目名單。根據(jù)國際能源網(wǎng)統(tǒng)計(jì)，截至目前我國各省公布的重點(diǎn)項(xiàng)目中，抽水蓄能累計(jì)裝機(jī)已達(dá)104.3GW，累計(jì)投資超6000億。 各省抽水蓄能裝機(jī)及投資

2

鋰離子電池儲(chǔ)能

2021年我國電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)中，鋰離子電池占比高達(dá)89.7%，是目前技術(shù)比較成熟，發(fā)展勢(shì)頭最為迅猛的儲(chǔ)能方式。 鋰離子儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈由上游設(shè)備商，中游集成商和下游終端用戶組成。其中設(shè)備包括電池、EMS（能量管理系統(tǒng)）、BMS（電池管理系統(tǒng)）、PCS（變流器）；集成商包括儲(chǔ)能系統(tǒng)集成和EPC；終端用戶則由發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)以及通信/數(shù)據(jù)中心組成。 電化學(xué)儲(chǔ)能上下游示意圖

儲(chǔ)能電池是電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)核心部分。目前市場上的主流電池根據(jù)技術(shù)路線不同，大致可分為鋰離子電池、鉛碳電池、液流電池和鈉離子電池。不同技術(shù)路線的電池響應(yīng)速度、放電效率都不盡相同，也有各自的適用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)。 不同技術(shù)路線電池對(duì)比

根據(jù)GGII統(tǒng)計(jì)，2021年國內(nèi)儲(chǔ)能電池出貨量48GWh，其中電力儲(chǔ)能電池出貨量29GWh，同比增長339%；而根據(jù)全球研究機(jī)構(gòu)EVTank與伊維經(jīng)濟(jì)研究院共2021年全球儲(chǔ)能電池出貨量66.3GWh，同比增長132.6%，電力系統(tǒng)儲(chǔ)能是主要增量貢獻(xiàn)。 2017-2021年我國儲(chǔ)能電池出貨量及增速

磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能成本分析 根據(jù)正極材料的不同，現(xiàn)行主流鋰離子電池有三元和磷酸鐵鋰兩類。磷酸鐵鋰電池能量密度比三元材料低，同樣成本也較低。儲(chǔ)能領(lǐng)域?qū)δ芰棵芏纫蟛桓?，成本低、壽命長的磷酸鐵鋰電池更受青睞。 電池作為整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)中核心組成部分，成本占到整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)成本的50%，是儲(chǔ)能系統(tǒng)后續(xù)降本的重要渠道。2021年我國磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能中標(biāo)價(jià)格大多集中在1.2-1.7元/Wh。而根據(jù)彭博新能源財(cái)經(jīng)（BNEF）測算，2022年全球電化學(xué)儲(chǔ)能EPC成本約為261美元/kWh（折合人民幣約1.66元/Wh），預(yù)計(jì)2025年將降至203美元/kWh（折合人民幣約1.29元/Wh）。2021年以來大量EPC中標(biāo)價(jià)格1.3-1.7元/kWh之間。 2021 年部分磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能電站 EPC 招標(biāo)情況

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壓縮空氣儲(chǔ)能

國內(nèi)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)不斷進(jìn)步，壓縮空氣儲(chǔ)能（CAES）、先進(jìn)絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能（AA-CAES）、超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)（SC-CAES）、液態(tài)壓縮空氣（LAES）等都有研究覆蓋，500kW容量等級(jí)、1.5MW容量等級(jí)及10MW容量等級(jí)的壓縮空氣儲(chǔ)能示范工程均已建成。 壓縮空氣技術(shù)發(fā)展歷程

國際上1978年建成德國漢特福海與1991年建成的美國阿拉巴馬商業(yè)化壓縮空氣儲(chǔ)能電站為商業(yè)化電站。國內(nèi)陸續(xù)進(jìn)行了壓縮空氣、超臨界壓縮空氣、液態(tài)壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目的研發(fā)與建設(shè)。其中張家口國際首套100MW先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能示范項(xiàng)目于2021年底順利并網(wǎng)，整體研發(fā)進(jìn)程及系統(tǒng)性能均處于國際領(lǐng)先水平。 海內(nèi)外部分壓縮空氣項(xiàng)目情況

2022 年立項(xiàng)的大型空氣壓縮儲(chǔ)能項(xiàng)目

壓縮空氣儲(chǔ)能成本分析系統(tǒng)效率的提升以及成本的下降，是壓縮空氣儲(chǔ)能商業(yè)化發(fā)展的基礎(chǔ)。目前從已建成和在建的項(xiàng)目來看，兆瓦級(jí)的系統(tǒng)效率可達(dá)52.1%，10兆瓦的系統(tǒng)效率可達(dá)60.2%，百兆瓦級(jí)別以上的系統(tǒng)設(shè)計(jì)效率可以達(dá)到70%，先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)效率能夠逼近75%。系統(tǒng)規(guī)模增加后，單位投資成本也持續(xù)下降，系統(tǒng)規(guī)模每提高一個(gè)數(shù)量級(jí)，單位成本下降可達(dá)30%左右。 壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)LCOS測算核心假設(shè)

初始投資和利用小時(shí)數(shù)的變化對(duì)度電成本的影響巨大，而隨著技術(shù)進(jìn)步，初始投資仍有下降空間；利用小時(shí)數(shù)主要看電站在實(shí)際運(yùn)營中的利用率，每天充放次數(shù)越高，成本越低。在100MW/400MWh的系統(tǒng)中，初始投資5-6元/W、年循環(huán)次數(shù)達(dá)到450-600次的情況下，度電成本區(qū)間為0.252-0.413元/kWh。 壓縮空氣LCOS敏感性分析

綜合看來，壓縮空氣儲(chǔ)能在能效得到提升后，有望成為抽水蓄能在大規(guī)模儲(chǔ)能電站領(lǐng)域的重要補(bǔ)充。 各種類型儲(chǔ)能特點(diǎn)

4

鈉離子儲(chǔ)能

鈉離子電池性能優(yōu)異，被寄予厚望。決定電化學(xué)儲(chǔ)能能否被大面積應(yīng)用的關(guān)鍵因素包括安全性、材料資源可得性、高低溫性能、壽命、投資成本等，而根據(jù)鈉離子電池最新研究進(jìn)展，它在這些方面都表現(xiàn)出了良好的性能。在規(guī)?；瘧?yīng)用后成本有望低于鐵鋰電池，可在大規(guī)模電化學(xué)儲(chǔ)能、低速電動(dòng)車等領(lǐng)域得到廣闊應(yīng)用，有望與鋰離子電池形成互補(bǔ)和有效替代。 鉛酸電池、鋰離子電池和鈉離子電池性能對(duì)比

相關(guān)研究表明，綜合正極材料、負(fù)極材料和集流體幾個(gè)方面，鈉離子電池材料成本約370元/kWh，而且隨著產(chǎn)業(yè)鏈成熟，材料成本有望進(jìn)一步下探，結(jié)合結(jié)構(gòu)件、電氣件成本，初始容量投資有望控制在500-700元/kWh；性能方面，隨著研發(fā)持續(xù)投入和技術(shù)迭代，電池循環(huán)壽命有望突破8000次以上。 鈉離子電池的材料成本優(yōu)勢(shì)明顯

2010年以來，鈉離子電池受到了國內(nèi)外學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注，其相關(guān)研究更是迎來了爆發(fā)式增長，國內(nèi)外已有多家企業(yè)正在積極進(jìn)行鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化的相關(guān)布局，包括英國FARADION公司、美國NatronEnergy公司、法國Tiamat、日本岸田化學(xué)、豐田、松下、三菱化學(xué)，以及我國的中科海鈉、寧德時(shí)代、鈉創(chuàng)新能源等公司。目前國內(nèi)在鈉離子電池產(chǎn)品研發(fā)制造、標(biāo)準(zhǔn)制定以及市場應(yīng)用推廣等方面的工作正在全面展開，鈉離子電池即將進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用階段，相關(guān)工作已經(jīng)走在世界前列。 鈉離子成本分析鈉離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)LCOS測算核心假設(shè)

考慮到商業(yè)化后，電池成本以及性能都將會(huì)較大改善。假設(shè)初始投資成本為0.9-1.2元/Wh，壽命為10年，循環(huán)壽命2000-6000次區(qū)間，對(duì)鈉離子電池做敏感性分析。如果成本在1.1元/Wh以下，循環(huán)壽命在3000次以上，度電成本將在0.270-0.662元之間，優(yōu)于鐵鋰電池。 鈉離子電池LCOS敏感性分析（元/kWh）

5

全釩液流電池儲(chǔ)能

釩電池電能以化學(xué)能的方式存儲(chǔ)在不同價(jià)態(tài)釩離子的硫酸電解液中，通過外接泵把電解液壓入電池堆體內(nèi)，在機(jī)械動(dòng)力作用下，使其在不同的儲(chǔ)液罐和半電池的閉合回路中循環(huán)流動(dòng)，采用質(zhì)子交換膜作為電池組的隔膜，電解質(zhì)溶液平行流過電極表面并發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，通過雙電極板收集和傳導(dǎo)電流，從而使得儲(chǔ)存在溶液中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能。這個(gè)可逆的反應(yīng)過程使釩電池順利完成充電、放電和再充電。 全釩液流電池原理

液流電池具有壽命長、安全性好、輸出功率大、儲(chǔ)能容量大且易于擴(kuò)展等特點(diǎn)，壽命達(dá)到15-20年，同其他儲(chǔ)能技術(shù)比較，與風(fēng)電場硬件具備最高的匹配度，特別適合用于風(fēng)電廠儲(chǔ)能，滿足其頻繁充放電、大容量、長時(shí)間儲(chǔ)能需求。當(dāng)然，全釩液流電池能量密度低，體積、質(zhì)量遠(yuǎn)大于其他電池，需要5-40°的溫度環(huán)境。 全釩液流儲(chǔ)能技術(shù)優(yōu)勢(shì)

2010年以來，我國兆瓦級(jí)全釩液流電池示范項(xiàng)目開始陸續(xù)開展，2019年以來我國液流電池儲(chǔ)能示范項(xiàng)目正加快建設(shè)，2022年2月，“200MW/800MWh大連液流電池儲(chǔ)能調(diào)峰電站國家示范項(xiàng)目”的一期項(xiàng)目100MW/400MWh級(jí)全釩液流電池儲(chǔ)能電站完成主體工程建設(shè)，并進(jìn)入單體模塊調(diào)試階段，預(yù)計(jì)六月完成并網(wǎng)調(diào)試，是全球最大釩液流儲(chǔ)能項(xiàng)目。 我國近年來規(guī)劃或建設(shè)的釩液流儲(chǔ)能項(xiàng)目

目前成本問題仍是釩電池大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用面臨的最大挑戰(zhàn)。由于尚未規(guī)?；逃?，且受制于設(shè)備、產(chǎn)能以及高額的前期投入，參考大唐10MW/40MWh全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)備招標(biāo)以及大連液流電池儲(chǔ)能調(diào)峰電站國家示范項(xiàng)目等投資情況，預(yù)計(jì)目前釩電池初始成本約為鋰電池的3倍上下。全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)LCOS測算核心假設(shè)

初始投資和利用小時(shí)數(shù)的變化對(duì)度電成本的影響巨大，而隨著技術(shù)進(jìn)步，初始投資仍有下降空間；利用小時(shí)數(shù)主要看電站在實(shí)際運(yùn)營中的利用率，每天充放次數(shù)越高，成本越低。在100MW/400MWh的系統(tǒng)中，初始投資11-13元/W、年循環(huán)次數(shù)達(dá)到600次以上時(shí)，儲(chǔ)能度電成本區(qū)間為0.44-0.69元/kWh。 全釩液流電池LCOS敏感性分析（元/kWh）

6

鉛炭電池儲(chǔ)能

鉛碳電池是一種電容型鉛酸電池，是從傳統(tǒng)的鉛酸電池演進(jìn)出來的技術(shù)。普通鉛酸電池的正極活性材料是氧化鉛(PbO2)，負(fù)極活性材料是鉛(Pb)，若把負(fù)極活性材料Pb全部換成活性炭，則普通鉛酸電池變成混合電容器；若把活性炭混合到負(fù)極活性材料Pb中，則普通鉛酸電池變成鉛炭電池。 鉛炭電池結(jié)構(gòu)圖

鉛炭儲(chǔ)能進(jìn)展情況美國的國際動(dòng)力公司(Axion)在2006年便已經(jīng)建立鉛炭電池生產(chǎn)線，2009年便開始批量銷售鉛炭電池。我國鉛酸電池大廠紛紛進(jìn)行過鉛炭電池的研發(fā)與生產(chǎn)，例如圣陽股份與日本古河于2014年簽訂合作協(xié)議，授權(quán)圣陽股份在中國工廠進(jìn)行鉛炭電池的本地化生產(chǎn)；南都電源開發(fā)有臨安2MWh、浙江鹿西島4MWh微網(wǎng)儲(chǔ)能、珠海萬山海島6MWh等儲(chǔ)能項(xiàng)目段；2018年超威集團(tuán)“電力儲(chǔ)能用鉛炭電池2V1000”項(xiàng)目獲得浙江省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)；天能動(dòng)力表示其高性能鉛炭電池是自主研發(fā)的具有國際領(lǐng)先技術(shù)水平的新型電池，于2020年12月榮獲國務(wù)院批準(zhǔn)設(shè)立的我國工業(yè)領(lǐng)域最高獎(jiǎng)項(xiàng)——中國工業(yè)大獎(jiǎng)項(xiàng)目獎(jiǎng)。 鉛炭電池成本分析鉛炭電池儲(chǔ)能系統(tǒng)LCOS測算核心假設(shè)

對(duì)鉛炭電池敏感性分析發(fā)現(xiàn)，在年循環(huán)次數(shù)達(dá)到500次以上時(shí)，初始投資成本為0.8-1元/W，鉛炭電池儲(chǔ)能度電成本區(qū)間為0.52-0.747元/kWh。 鉛炭電池LCOS敏感性分析（元/kWh）

通過測算比較，發(fā)現(xiàn)雖然鉛炭電池初始投資成本較低，但是由于其放電深度低于其他儲(chǔ)能形式，度電成本優(yōu)勢(shì)并不明顯。另外如果考慮實(shí)際使用中能量損耗成本，鉛炭電池因能效相對(duì)鐵鋰電池較低，經(jīng)濟(jì)性會(huì)處于一定劣勢(shì)勢(shì)。新型儲(chǔ)能百花齊放的狀態(tài)下，鉛炭電池也將有望通過技術(shù)進(jìn)步實(shí)現(xiàn)能效提升以及成本下降。

審核編輯 ：李倩