儲能電池該怎么選？

電池儲能路線的選擇堪稱豐富，至少包括：鉛酸(鉛炭電池)、鋰離子電池(三元、磷酸鐵鋰)、超級電容、納基電池、液流電池、鈉硫電池等。在令人眼花繚亂的電池技術(shù)中，儲能用戶和集成商該如何進(jìn)行選擇呢?應(yīng)該基于哪些原則設(shè)計(jì)方案和長期規(guī)劃?日前本刊采訪了包括多位院士級專家在內(nèi)的資深人士，他們給出的解答是，儲能電池一定要堅(jiān)持安全第一的原則，具體技術(shù)路線要和場景結(jié)合，下一代電池或許更具顛覆性，值得期待。

安全第一

專家表示，儲能作為一個新興產(chǎn)業(yè)，必須做到先站穩(wěn)，才能談得上走起來，跑步前進(jìn)。沒有安全前提下冒進(jìn)或者大干快上，將對行業(yè)帶來無窮傷害。

6月中旬，韓國工信部公布了之前23起儲能電站起火事故調(diào)查結(jié)果，總結(jié)起來有以下幾個原因：電池系統(tǒng)缺陷、應(yīng)對絕緣檢測的保護(hù)系統(tǒng)不夠、儲能電站建設(shè)完成后管理和維護(hù)不夠、換流器(PCS)和儲能系統(tǒng)(ESS)之間的綜合管理系統(tǒng)不好。

儲能電池系統(tǒng)必須滿足四種應(yīng)用需求：能量轉(zhuǎn)移、調(diào)峰調(diào)頻、平滑出力、跟蹤調(diào)度曲線等。如何既加強(qiáng)規(guī)范又不阻礙發(fā)展是一個需要全行業(yè)共同探討的問題。

中國工程院院士顧國彪表示，與物理儲能相比，目前電化學(xué)儲能最大的問題是，大容量的電池系統(tǒng)容易出現(xiàn)安全性問題，即使成熟廠家最好的電池，工作的時候如果掌握不好功率平衡，就會引發(fā)安全事故。

分析認(rèn)為，電池發(fā)生起火的原因來自兩方面：一方面由于電氣線路、逆變器、電池管理系統(tǒng)等設(shè)計(jì)不合理或出現(xiàn)故障，故障部位局部長時間發(fā)熱、電弧或電火花瞬間放熱，會造成線路短路導(dǎo)致電氣火災(zāi);另一方面，隨著電池循環(huán)次數(shù)增多，過充過放、不可逆副反應(yīng)等原因?qū)е氯萘克p、內(nèi)阻增大、內(nèi)短路、異常產(chǎn)氣、析鋰等現(xiàn)象，當(dāng)局部或整體的溫度急速上升，熱量大量積聚在內(nèi)部時，會導(dǎo)致電池系統(tǒng)出現(xiàn)熱失控。

中國工程院院士楊裕生認(rèn)為，目前來看，高鎳三元等高能電池不應(yīng)是發(fā)展重點(diǎn)，全固態(tài)電池能否成功存在不確定性。目前看來，磷酸鐵鋰電池安全性高，壽命長，既不用鎳也不用鈷等金屬，而且現(xiàn)在已經(jīng)掌握了微納結(jié)構(gòu)—碳包覆技術(shù)，可以成為主力，但要不斷提高性價比。

在中國電科院首席專家惠東看來，理論上講，磷酸鐵鋰也不是絕對安全，只是相對安全。目前看到的儲能電站的安全事故，往往是在預(yù)警缺失或滯后的情況下發(fā)生的，加之現(xiàn)有消防措施并非針對火災(zāi)配置，最終演變?yōu)閲?yán)重事故。

因此，儲能安全問題除了要加強(qiáng)電池管理外，還要考慮到一些被動安全措施，比如傳感器、消防系統(tǒng)，甚至是在運(yùn)維層面提前介入，就像光伏電站一樣，儲能系統(tǒng)也要牢記“七分靠設(shè)計(jì)，三分靠運(yùn)維”的原則并付諸行動，才能保障系統(tǒng)安全可控。

也有業(yè)內(nèi)人士提出，對于特殊應(yīng)用場景的儲能系統(tǒng)安全，需要出臺相應(yīng)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，比如對于城市中安裝于地下室的工商業(yè)用戶側(cè)儲能系統(tǒng)，必須要對安全問題高度重視，謹(jǐn)慎評估。據(jù)報(bào)道，澳大利亞Standards Australia AS5139標(biāo)準(zhǔn)在征求意見中，曾要求鋰離子電池安裝在一個獨(dú)立的空間/外殼中、戶用電池儲能系統(tǒng)只能安裝在戶外一個專門區(qū)域。

寧德時代新能源公司儲能事業(yè)部執(zhí)行總裁陶橡認(rèn)為，儲能還遠(yuǎn)遠(yuǎn)談不上什么先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性，現(xiàn)在首先要做到穩(wěn)扎穩(wěn)打，把整個儲能系統(tǒng)的安全平衡性問題，從電芯、電池到BMS(電池管理系統(tǒng))，一直到EMS(能量管理系統(tǒng))通通做好。

場景定制

電池技術(shù)路線該如何選擇?隨著成本下降，電池儲能是否可以替代抽水蓄能?這些同樣是業(yè)界關(guān)心的問題。

在顧國彪看來，不能絕對地說哪種儲能方式最好，無論是物理性質(zhì)的抽水蓄能、飛輪儲能，還是電化學(xué)的各種電池，他們各有各的應(yīng)用場景，科學(xué)的方法應(yīng)該是根據(jù)其特性，部署在適合的地方，更好地發(fā)揮其功能。

中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)院有限公司副總經(jīng)理時雷鳴認(rèn)為，電池儲能和抽水蓄能兩者不是相生相克，不是你死我活的關(guān)系，可以發(fā)展成相互補(bǔ)充、共同發(fā)展、相互促進(jìn)的和諧共生關(guān)系。原因在于，電池儲能可以在極短的時間內(nèi)(100毫秒)跟蹤電網(wǎng)頻率和負(fù)荷的波動，功率爬升速率極快，電能與頻率幾乎完全同步，但是持久性有限。抽水蓄能不足在于空載到滿載的時間要10秒，但可以提供從日調(diào)節(jié)到周調(diào)節(jié)，為系統(tǒng)的大穩(wěn)定和事故備用提供更加可靠的保障，在后續(xù)補(bǔ)位上面為電網(wǎng)提供的作用不可替代。

從場景來看，電池儲能目前的主要場景包括：電源側(cè)的發(fā)電側(cè)風(fēng)光電站，火電廠AGC調(diào)頻;電網(wǎng)側(cè)的變電站儲能、虛擬電廠、調(diào)峰、輔助服務(wù)(調(diào)頻、調(diào)壓、黑啟動、旋轉(zhuǎn)備用);用戶側(cè)的光儲電站、家庭儲能、備用電源等。

據(jù)專家介紹，從電池類型來看，最為重要的是電池的功率特性和容量特性。因此，根據(jù)不同儲能應(yīng)用場景對于電池功率容量比值的不同要求，大致將儲能電池分為三種類型：容量型(≤0.5C)、能量型(≈1C)和功率型(≥2C)。比值越大，代表電池的功率密度越高，但容量密度會低一些，單位容量的價格會更高些。

在目前各類儲能電池中，液流電池和鋰漿料電池屬于典型的容量型電池，鋰離子電池中的鈦酸鋰電池以及超級電容器則是一類典型的功率型電池。其它種類的電池，可以通過更改電池材料和工藝，進(jìn)行某種程度的屬性調(diào)整，以適應(yīng)不同的儲能應(yīng)用場景。

儲能電池對于能量密度沒有太高的要求，針對不同應(yīng)用場景，會對其功率密度有一定的要求，比如需具備安全、長壽命、能量轉(zhuǎn)換效率高，循環(huán)次數(shù)一般要大于3500次。

綜合來看，電力調(diào)峰、離網(wǎng)型光伏儲能或用戶側(cè)的峰谷價差儲能，一般需要儲能電池連續(xù)充電或連續(xù)放電兩個小時以上，因此適合充放電倍率≤0.5C的容量型電池;對于電力調(diào)頻或平滑可再生能源波動的儲能場景，則需要儲能電池在秒級至分鐘級的時間段快速充放電，所以比較適合充放電倍率≥2C的功率型電池;而在一些同時需要承擔(dān)調(diào)頻和調(diào)峰的應(yīng)用場景，能量型電池會更適合些，當(dāng)然，這種場景下也可以將功率型與容量型電池配合一起使用。

期待顛覆

產(chǎn)業(yè)的顛覆性革新一定要有新一代技術(shù)支撐。恰如因?yàn)槌霈F(xiàn)了突破機(jī)械尋址方式的新一代存儲芯片，喬布斯才推出了蘋果手機(jī)。同是基于材料的創(chuàng)新，芯片業(yè)的摩爾定律卻無法在儲能行業(yè)生效，每年幾個百分點(diǎn)的提升也很難讓公眾提起興致，當(dāng)用能設(shè)備變得越來越輕薄，越來越智能，電池卻還在苦苦煎熬中期待著升級換代的到來。

面對紛繁的儲能技術(shù)路線，不少專家表示，雖然目前有很多電池技術(shù)路線，現(xiàn)有的這些技術(shù)不會是未來的主流路線，將來一定會出現(xiàn)顛覆性的技術(shù)。

2018年以來，不少電池專家公開表示，未來動力電池和儲能電池技術(shù)路線會分開，儲能專用電芯也將登場。

中國科學(xué)院電工研究所儲能技術(shù)研究組組長、中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應(yīng)用分會副秘書長陳永翀表示，現(xiàn)有儲能用鋰電池是由手機(jī)電池等微小型電池漸進(jìn)式發(fā)展而來，除了將電池體積變大以外，還沒有脫離小型電池粘接涂布薄膜電極結(jié)構(gòu)的核心設(shè)計(jì)思路，這給大型儲能用鋰電池的一致性設(shè)計(jì)帶來了的難題。此外，基于現(xiàn)有原理的電池使用存在安全隱患，后處理也比較困難。

因此，有必要徹底脫離原有小型電池的設(shè)計(jì)思路，開發(fā)顛覆性的大型儲能電池結(jié)構(gòu)技術(shù)，包括適用于容量型儲能的超厚漿料電極技術(shù)和功率型儲能的超高壓結(jié)構(gòu)技術(shù)，在此基礎(chǔ)上創(chuàng)新開發(fā)低成本的制造技術(shù)、安全延壽的修復(fù)技術(shù)和綠色環(huán)保的回收技術(shù)，以滿足不同儲能應(yīng)用場景的需求，支撐儲能產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)突破發(fā)展。據(jù)了解，目前日本京瓷公司開發(fā)的漿料電池，可使原材料費(fèi)用比以往降低約3成，最快將在2020年內(nèi)開始量產(chǎn)，并用于住宅及工廠的儲能系統(tǒng)。

陳永翀預(yù)計(jì)，下一個十年，電化學(xué)儲能技術(shù)將會有顛覆性發(fā)展。對于儲能企業(yè)而言，以下幾類值得關(guān)注：技術(shù)可靠，具有國際化視野的儲能產(chǎn)品或生產(chǎn)裝備出口供應(yīng)商;技術(shù)路線獨(dú)樹一幟，在成本方面有明顯競爭優(yōu)勢的儲能產(chǎn)品供應(yīng)商;掌握核心應(yīng)用技術(shù)，與保險(xiǎn)公司合作提供儲能租賃服務(wù)的儲能運(yùn)維服務(wù)商;電網(wǎng)公司下屬的儲能系統(tǒng)公司。

未來，電化學(xué)儲能技術(shù)的目標(biāo)是“低成本、長壽命、高安全、易回收”，有待技術(shù)的顛覆性創(chuàng)新和突破。