【專題 | 「儲能」儲能產業鏈_中國儲能行業市場發展現狀與前景】

　　摘要：新一輪能源革命帶來了能源結構的深刻調整，加快開發利用可再生能源，實現綠色發展，是我國實現產業轉型升級和經濟可持續發展的重要措施。近年來,我國可再生能源取得飛躍式發展,光伏、風電、水電裝機均穩居世界第一,儲能技術在可再生能源產業發展過程中的關鍵作用也越發凸顯，鈉電池儲能技術迎來了快速發展的契機。

　　儲能方式主要分為機械儲能、電化學儲能、電磁儲能和相變儲能四種。作為儲能技術未來的主要發展方向,電化學儲能系統具有儲能效率高、建設周期短、運營成本低、環境友好、應用靈活等諸多優勢。儲能電池是整個電化學儲能系統中最核心的環節，因此，選擇合適的儲能電池非常重要。為了滿足大規模儲能的需求，理想的儲能電池除具備優異的電化學性能外，還需要兼顧經濟性、安全性與環保性等多方面。儲能電池的類型非常多，包括鋰電池、鉛酸電池、鈉硫電池、液流電池等。

圖1  儲能方式分類

　　從應用層面看，無論是技術成熟度還是商業化程度，鋰電池排在第一位。目前，全球電網級電池儲能系統應用最多的是磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池(如表1)。鋰離子電池具有高能量密度、高功率密度和高工作電壓，是現今最主要的儲能設備之一，但鋰資源的稀缺使其難以同時支撐新能源汽車和大規模儲能兩大產業的發展。因此，性能同樣優異且資源豐富、價格低廉的鈉電池有望發展成為新型儲能體系的主力。

表1  全球電網級電池儲能系統

　　我國儲能產業快速發展，對電池技術提出新要求

　　近年來，我國新能源發電行業呈現爆發式增長。2017年，全國風電新增裝機15.03GW，累計裝機達到164GW;光伏發電新增裝機53.06GW，累計裝機達到130億千瓦。新能源已經成為第三大主力電源，預計在2030年會超過水電成為第二大主力電源。隨著新能源的發展和利用，由于太陽能、風能等新能源發電具有隨機性和波動性的特點，大規模接入電網會給電網穩定運行帶來安全隱患，市場對電能儲存的需求越來越大，刺激了儲能產業的快速發展。根據《儲能產業研究白皮書2018》，截至2017年底，中國已投運的儲能項目累計裝機規模達28.9W，同比增長19%。其中，電化學儲能項目的累計裝機達到389.8MW，同比增長45%;新增裝機規模為121MW，同比增長16%，鋰離子電池裝機占比最大，達到了71%。未來新增規劃、在建中的電化學儲能項目的裝機規模為 705.3MW，預計短期內中國電化學儲能裝機規模還將保持高速增長。

圖2   2016-2017儲能電池裝機量(單位：MWh)

　　“十三五”規劃綱要、《能源發展戰略行動計劃(2014-2020年)》、《能源技術革命創新行動計劃(2016-2030年)》等多項政策規劃都將儲能作為重點研究和發展領域之一。為了進一步加快儲能產業發展，今年10月，多部委聯合發布《關于促進儲能技術和產業發展的指導意見》，明確到2025年，儲能產業要實現規模化發展，形成較為完整的產業體系，成為能源領域經濟新增長點。

　　市場和政策的雙重利好下，儲能產業將在全國迅速鋪開，必將推動儲能電池需求的爆發，容量型儲能、功率型儲能、能量型儲能是電池技術的主要發展方向。

　　高安全、長壽命、低成本的鈉電池為儲能產業提供了新選擇

　　各種儲能電池在比能量、循環壽命、安全性、成本等各方面各有不足:鉛酸電池的使用壽命較短、能量效率較低，液流電池的能量密度較低、運維復雜，鋰離子電池回收成本高、安全隱患大，鈉硫電池對工作溫度要求較高，還沒有哪一種儲能電池在各方面性能上處于絕對優勢。綜合所有技術指標來看，高安全、長壽命、低成本的鈉電池最具發展潛力。

表2   各種儲能電池的性能比較

　　鈉電池是一種以鈉或鈉的化合物作為電極的電化學裝置，如Na/S電池、Na/NiCl2電池及鈉離子電池等。鈉電池的響應速率在次秒級，具有較高的儲能容量和能量效率，能量密度與鋰離子電池相當，循環壽命可達4000余次，非常適合大規模儲能的要求。

　　(1)鈉硫電池

　　鈉硫電池是一種負極為Na、正極為S、電解質為β-Al2O3陶瓷組成的二次電池。大容量管式鈉硫電池最早由日本NGK公司應用于儲能電站并進行商業化推廣，目前全球已經有超過250余座鈉硫電池儲能電站在投運當中。NaS電池具有儲能密度大、充電快速、壽命長、運行費用低、維護較容易等優點，可發揮變電站負荷調控(削峰填谷)、平抑可再生能源等間歇式能源入網的沖擊、作為后備電源應急的功用，能從根本上解決電力不穩定的問題，提高電能質量，應用范圍涵蓋電網系統、高耗能企業、分布式電站、電信通訊基站等領域，是一種理想的儲能電池。

　　(2)鈉鹽電池

　　鈉鹽電池的正極是NiCl2 、負極是液態Na、電解質為β-Al2O3陶瓷。20世紀80年代，鈉鹽電池首次研發成功，2012年通用電氣的新型鈉鹽電池技術已經相對成熟并進入產業化階段。目前，鈉鹽電池技術已經應用在全球25個國家，建成了太陽能、風電組合、峰值管理、通訊基站等儲能項目。作為新型儲能技術，鈉鹽電池技術具備循環壽命長、比能量高、成本節約、環境友好等特性，是一種適用于新能源并網、分布式發電及微電網的新型儲能技術。

　　(3)鈉離子電池

　　從功率提供能力、能量效率、安裝成本、額定功率放電能力、安裝場地要求、維護要求等多因素綜合考慮，鈉電池的總體特性最適合大規模儲能系統應用，但鈉硫和鈉鹽電池的正、負極材料腐蝕性強，對工作溫度要求苛刻，存在安全隱患問題。鈉離子電池則沒有這些問題，正極由鈉離子嵌入化合物組成，電解質采用中性的鹽水溶液，材料常規無腐蝕性且能在常溫下工作，安全性能大幅提高。目前，鈉離子的成本和性能仍有很大的進步空間，隨著材料選擇和制作工藝的不斷優化提升，未來有希望成為儲能電池的首選。

　　搶灘儲能市場，各方紛紛布局鈉電池技術

　　鈉電池的成本問題一直制約其大規模發展和應用。隨著儲能產業的蓬勃發展，國內相關機構、企業也不斷研發鈉電池儲能新技術，欲在產業爆發前占領制高點。

　　2017年1月，超威集團與美國通用電氣公司成立合資公司，專注于鈉鹽電池的生產研發，以解決當前存在的因儲能能力不足導致的棄風、棄光問題。超威第一代鈉鹽電池產品主要運用在電網儲能、通訊基站及動力電源領域，已有20多個國家和地區的客戶表達了需求。

　　2018年4月，中科院合肥物質科學研究院發布了高性能鈉硫儲能電池項目的研究成果。該院的Na-β-Al2O3陶瓷隔膜制備技術已達到國際先進水平，目前處于組裝商業化(工業化)鈉硫電池中試階段，最終將實現鈉硫電池及其電池組的轉移轉化與產業化。

　　結語

　　儲能市場的發展，對提高可再生能源發電的兼容量和利用效率，解決我國能源安全、實現節能減排目標具有重要意義。儲能電池是現在儲能市場的最大瓶頸，一旦電池技術取得突破，億萬藍海將一觸即發。鈉離子電池在儲能產業中具有較大潛力，但開發應用尚不夠完善，在未來的研究中需要在電池材料、性能、安全和成本方面都有進一步的提高，成功開發出性能優異的鈉離子電池。