中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：伍德麥肯茲全球儲(chǔ)能團(tuán)隊(duì)近期發(fā)布最新研究報(bào)告Long duration energy storage report 2022（《長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)（LDES）的發(fā)展前景研究》），深入探討氧化還原液流電池、金屬空氣電池、蓄熱式儲(chǔ)能技術(shù)和機(jī)械儲(chǔ)能技術(shù)等技術(shù)的原理、成熟度及實(shí)現(xiàn)商業(yè)化前景。以下為報(bào)告摘要。
可再生能源發(fā)電對(duì)全球的邁向脫碳之路至關(guān)重要。為適配光伏與風(fēng)能的間歇性特點(diǎn)，儲(chǔ)能系統(tǒng)的開發(fā)同樣重要。當(dāng)前，多種儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展，不僅實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)能時(shí)長上的規(guī)格多樣化，也能夠靈活滿足各種應(yīng)用需求。對(duì)于某些應(yīng)用場景，部分儲(chǔ)能技術(shù)的適配性更強(qiáng)。
長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)，即儲(chǔ)能時(shí)長達(dá)到數(shù)天、數(shù)周、甚至數(shù)月的儲(chǔ)能技術(shù)，可以幫助電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)具有經(jīng)濟(jì)學(xué)效益的脫碳模式，同時(shí)確保較高的系統(tǒng)可靠性。
過去幾年，鋰離子電池在電動(dòng)汽車領(lǐng)域和固定式儲(chǔ)能領(lǐng)域一直大放光彩。然而，據(jù)伍德麥肯茲研究，鋰離子電池在儲(chǔ)能時(shí)長超過八小時(shí)的長時(shí)儲(chǔ)能應(yīng)用領(lǐng)域中，不具備經(jīng)濟(jì)競爭力。此外，安全和可持續(xù)性問題備受關(guān)注，尤其是在鋰離子電池的熱失控預(yù)測和預(yù)防方面，須采取更多措施。最后，鋰離子電池原材料價(jià)格一路攀升，導(dǎo)致電池成本居高不下，回收成本高，也存在可持續(xù)性方面的壓力。
現(xiàn)在已經(jīng)有一系列長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)在研發(fā)和應(yīng)用當(dāng)中，其中較為突出的包括氧化還原液流電池、金屬空氣電池、蓄熱式儲(chǔ)能技術(shù)和機(jī)械儲(chǔ)能技術(shù)。該等儲(chǔ)能技術(shù)的技術(shù)成熟度和市場成熟度不一。盡管這些儲(chǔ)能技術(shù)目前很有前景，但如要加快這類技術(shù)的商業(yè)化，仍應(yīng)努力降低成本，同時(shí)實(shí)現(xiàn)其規(guī)?；瘧?yīng)用。
氧化還原液流電池（RFB）技術(shù)
氧化還原液流電池的特點(diǎn)在于功率和容量可相互獨(dú)立設(shè)計(jì)，擴(kuò)容性強(qiáng)，易于實(shí)現(xiàn)規(guī)?；⑹褂脡勖L、使用安全性高，因此，適合應(yīng)用于固定式儲(chǔ)能領(lǐng)域。這類電池的關(guān)鍵部件有流動(dòng)電解液和離子選擇性膜。但這類電池也存在局限，一般在于能量密度低于鋰離子電池。
在氧化還原液流電池的化學(xué)性質(zhì)研究中，研究得最多的當(dāng)屬全釩氧化還原液流電池（VRFB）和鋅溴氧化還原液流電池（Zn-Br）。
液流電池的優(yōu)勢包括：具備靈活性、儲(chǔ)能時(shí)長較長、平準(zhǔn)化儲(chǔ)能成本更低、壽命更長、面臨的環(huán)境溫度問題更少。
但另一方面，到目前為止，全釩氧化還原液流電池和鋅溴氧化還原液流電池，均未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化，并且兩者都面臨一些技術(shù)性和商業(yè)化挑戰(zhàn)。
1. 全釩氧化還原液流電池
全釩氧化還原液流電池是迄今為止應(yīng)用規(guī)模最大的氧化還原液流電池技術(shù)，但其應(yīng)用比例在各類正在開發(fā)的儲(chǔ)能系統(tǒng)中仍很低。
全釩氧化還原液流電池在快速市場化方面的主要障礙在于成本，其中，其前期投資成本相對(duì)較高——此情況在2022年仍無法扭轉(zhuǎn)。并且，其使用的電解液和離子交換膜的成本也很高——釩不僅成本高，而且會(huì)出現(xiàn)價(jià)格波動(dòng)，這對(duì)該電池技術(shù)而言也是一項(xiàng)重大難題。
如要降低此電池技術(shù)的成本并實(shí)現(xiàn)其應(yīng)用潛力，需快速實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?。雖然一些液流電池開發(fā)商目前正在發(fā)展垂直整合的商業(yè)模式，例如，進(jìn)軍原材料供應(yīng)鏈的某些環(huán)節(jié)，但此趨勢仍需加快。
在技術(shù)方面，需要開發(fā)離子選擇性更高、電導(dǎo)率更高，更具成本優(yōu)勢的新型離子交換膜膜。另外，還可以通過優(yōu)化電池設(shè)計(jì)來提升能效和能量密度。
2. 鋅溴氧化還原液流電池
鋅溴氧化還原液流電池讓水系電池系統(tǒng)可以獲得高電壓，而且其能量密度在液流電池中也相對(duì)較高。
但此電池技術(shù)也至少面臨兩項(xiàng)技術(shù)難題。一是需要減輕氫氣的產(chǎn)生和鋅枝晶的形成，這類問題會(huì)導(dǎo)致電池性能下降，帶來安全問題。二是目前的鋅溴電池系統(tǒng)為了減少毒性溴蒸氣排放量，采用了昂貴的化學(xué)制劑。
在商業(yè)化方面，由于過去十年氧化還原液流電池的商業(yè)化工作一直圍繞全釩氧化還原液流電池技術(shù)開展，因此在鋅溴氧化還原電池的商業(yè)化發(fā)展上還需做出更多努力。
金屬空氣電池
金屬空氣電池用于需要儲(chǔ)能數(shù)天的場景，其理論能量密度遠(yuǎn)高于商用鋰離子電池。
此電池使用的材料（如鋅和鐵）安全經(jīng)濟(jì)，在地球上的儲(chǔ)量非常豐富，并且此電池使用水性電解液，因此，材料成本和相關(guān)系統(tǒng)級(jí)能量成本均較低。
但是，金屬空氣電池在金屬負(fù)極、空氣正極和電解液方面面臨挑戰(zhàn)，尚未充分發(fā)揮潛力。金屬空氣電池的能量轉(zhuǎn)化效率也低于鋰離子電池和液流電池。
蓄熱式儲(chǔ)能技術(shù)和機(jī)械儲(chǔ)能技術(shù)
相較大多數(shù)其他形式的儲(chǔ)能技術(shù)，熱巖儲(chǔ)能等蓄熱式儲(chǔ)能技術(shù)的優(yōu)勢在于，使用的材料成本低、儲(chǔ)量豐富。蓄熱式儲(chǔ)能技術(shù)面臨的主要挑戰(zhàn)在于如何將熱能高效經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)化為電能。
機(jī)械儲(chǔ)能技術(shù)中，討論最多的兩種技術(shù)是抽水蓄能技術(shù)和壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)。機(jī)械儲(chǔ)能技術(shù)的能量密度遠(yuǎn)低于電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)和化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)。
此外，大多數(shù)機(jī)械儲(chǔ)能技術(shù)的選址點(diǎn)還必須具備合適的地形條件。比如，抽水蓄能水電站需要具備兩個(gè)不同高程的水庫，而且兩個(gè)水庫之間還要具備一定的坡度。
新型的熱式儲(chǔ)能和機(jī)械儲(chǔ)能技術(shù)的可靠性和規(guī)模化能力也亟需提升。
長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)目前在世界許多地區(qū)也面臨各種融資、市場和政策方面的障礙，限制了其應(yīng)用。
