中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：未來新興儲(chǔ)能市場(chǎng)需要高安全、低成本、可持續(xù)的產(chǎn)品技術(shù)途徑和商業(yè)標(biāo)桿解決方案。
文 | 陳永翀 馮彩梅 劉丹丹 劉勇
儲(chǔ)能是保障可再生能源大規(guī)模發(fā)展和電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在支撐能源可再生發(fā)展的同時(shí)，儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)自身的可再生發(fā)展也至關(guān)重要。
可再生儲(chǔ)能的發(fā)展背景
“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的提出是應(yīng)對(duì)氣候變化的主要措施，大力發(fā)展可再生能源是解決氣候問題和能源危機(jī)的必然選擇。國際能源署（IEA）發(fā)布《可再生能源2021：至2026年分析與預(yù)測(cè)》報(bào)告，指出到2026年全球可再生能源發(fā)電裝機(jī)容量將較2020年增加60%以上，達(dá)到1800吉瓦以上。光伏和風(fēng)力發(fā)電具有間歇性和波動(dòng)性特點(diǎn)，直接接入電網(wǎng)會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成影響，而儲(chǔ)能是保障可再生能源大規(guī)模發(fā)展和電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要裝備基礎(chǔ)和關(guān)鍵支撐技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的重要支撐。
在支撐能源可再生發(fā)展的同時(shí)，儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)自身的可再生發(fā)展也至關(guān)重要。目前全球儲(chǔ)能以抽水蓄能為主，但存在一定的選址和建設(shè)難度，資源有限。以電化學(xué)儲(chǔ)能為代表的新型儲(chǔ)能設(shè)計(jì)靈活，不受地理因素影響，適合各類不同的儲(chǔ)能場(chǎng)景。隨著新型儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模的擴(kuò)大，上游材料的資源保障、儲(chǔ)能系統(tǒng)全生命周期的碳排放以及儲(chǔ)能系統(tǒng)報(bào)廢后的回收處理問題開始得到關(guān)注。因此，我們提出“可再生儲(chǔ)能”的理念，從“長(zhǎng)效設(shè)計(jì)、低碳制造、高效運(yùn)維和綠色回收”四個(gè)方面開發(fā)綠色儲(chǔ)能技術(shù)，并進(jìn)一步發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)商業(yè)模式，推動(dòng)新型儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展。
綠色儲(chǔ)能的技術(shù)實(shí)現(xiàn)路徑
（1）長(zhǎng)效設(shè)計(jì)
在產(chǎn)品開發(fā)初期即立足考慮方便產(chǎn)品應(yīng)用后的再生和回收問題，對(duì)于全生命周期的修復(fù)延壽、梯次利用和綠色回收，在生產(chǎn)制造前就進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)：例如，從材料層面考慮提升可修復(fù)性和可回收性，從器件（結(jié)構(gòu)）層面考慮提高產(chǎn)品的可維護(hù)性和易拆解性。例如，設(shè)計(jì)儲(chǔ)能電池的易回收電極，降低電池拆解、材料分離和提煉的難度，使產(chǎn)品更易于簡(jiǎn)單、安全、環(huán)保地進(jìn)行回收。
（2）低碳制造
低碳制造的目的是通過碳排放的控制實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)和資源優(yōu)化利用。電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)從原材料的供應(yīng)到電池本體的制造環(huán)節(jié)均涉及不同程度的碳排放問題，其中以原材料消耗所引起的溫室氣體排放量為主。因此，儲(chǔ)能電池對(duì)制造過程各環(huán)節(jié)的資源和能源消耗進(jìn)行嚴(yán)格把控，通過精確計(jì)量、自動(dòng)化控制等減少材料損耗，采用水系制造流程，避免有機(jī)廢氣排放，并對(duì)廢水和固體廢棄物進(jìn)行回收再利用。在制造環(huán)節(jié)優(yōu)先利用綠電和回收再生原料，采用數(shù)字技術(shù)對(duì)產(chǎn)線各生產(chǎn)設(shè)備的能耗和效率進(jìn)行全面分析，制造過程結(jié)合用電峰谷進(jìn)行統(tǒng)籌安排，減少碳足跡。
（3）高效運(yùn)維
新型儲(chǔ)能系統(tǒng)的高效運(yùn)維包括安全運(yùn)行、智能修護(hù)和科學(xué)調(diào)度三個(gè)方面：一是儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全；二是全生命周期內(nèi)可以修復(fù)再生，延長(zhǎng)系統(tǒng)使用壽命，三是匹配應(yīng)用場(chǎng)景的高效運(yùn)行。儲(chǔ)能系統(tǒng)盡量采用創(chuàng)新安全技術(shù)的大容量模組化設(shè)計(jì)，減少電池串聯(lián)和并聯(lián)的數(shù)量，降低電池不一致性管理方面的難度。例如，鋰漿料儲(chǔ)能電池的多孔電極和半開放電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得安全劑注入成為可能，在電池?zé)崾Э刂斑_(dá)到本質(zhì)安全控制的目的，有效阻斷安全事故的發(fā)生。另外，在生命周期內(nèi)進(jìn)行修復(fù)延壽，降低儲(chǔ)能的度電成本，方便規(guī)模推廣到容量型長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能場(chǎng)景的高效運(yùn)行。
（4）綠色回收
新型儲(chǔ)能綠色回收的技術(shù)途徑包括節(jié)能、減排和提效三個(gè)方面，要求核心材料回收率達(dá)到95%以上，回收過程低能耗、無污染。目前廢舊電池的回收有火法和濕法冶金兩種方法，主要對(duì)鈷、鎳、鋰等有價(jià)金屬進(jìn)行提煉回收，回收處理成本高，且存在酸堿廢液的環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。開發(fā)新型儲(chǔ)能專用電池，采用水洗物理回收方式，核心材料經(jīng)過修復(fù)再生后重新回到產(chǎn)品的制造環(huán)節(jié)。通過綠色可持續(xù)方法實(shí)現(xiàn)電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)的閉環(huán)回收與再生，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。
綠色儲(chǔ)能的循環(huán)商業(yè)模式
基于上述可再生技術(shù)的開發(fā)，可以進(jìn)一步發(fā)展綠色儲(chǔ)能的循環(huán)商業(yè)模式，包括循環(huán)資源投入、產(chǎn)品即服務(wù)（儲(chǔ)能租賃服務(wù)）、共享平臺(tái)（共享儲(chǔ)能）、產(chǎn)品使用擴(kuò)展（電池修復(fù)延壽與梯級(jí)利用）、資源回收等模式。
（1）循環(huán)資源投入
指循環(huán)經(jīng)濟(jì)的制造環(huán)節(jié)，在儲(chǔ)能產(chǎn)品生產(chǎn)過程中盡可能使用可再生能源（“綠電”）、回收再生料和可循環(huán)使用的資產(chǎn)資源，將生產(chǎn)過程中的廢水及固體廢棄物等進(jìn)行回收利用，減少直接排放或報(bào)廢的可能性。通過循環(huán)資源投入，可以有效減少環(huán)境壓力，同時(shí)為企業(yè)節(jié)約資金投入。在政策方面，需要建立儲(chǔ)能企業(yè)的綠電消納憑證認(rèn)證制度，制定評(píng)估產(chǎn)品中回收再生材料使用率的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，鼓勵(lì)提升產(chǎn)品中回收再生材料含量和可再生能源使用率。加強(qiáng)宣傳引導(dǎo)，將綠色儲(chǔ)能的循環(huán)資源投入形成產(chǎn)業(yè)共識(shí)。
（2）儲(chǔ)能租賃服務(wù)
指循環(huán)經(jīng)濟(jì)的使用環(huán)節(jié)，主要包括儲(chǔ)能租賃服務(wù)與保險(xiǎn)服務(wù)?！爱a(chǎn)品即服務(wù)”的商業(yè)模式下，一個(gè)或多個(gè)客戶通過租賃或付費(fèi)使用的方式使用產(chǎn)品，企業(yè)與用戶建立長(zhǎng)期關(guān)系，提供生命周期內(nèi)的產(chǎn)品維護(hù)和報(bào)廢后的回收服務(wù)，而客戶不必?fù)?dān)心系統(tǒng)的維護(hù)和保養(yǎng)，無需承擔(dān)與產(chǎn)品性能相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)。新型儲(chǔ)能技術(shù)的修復(fù)延壽、高效運(yùn)維和綠色回收特點(diǎn)都為其租賃服務(wù)商業(yè)模式的推行提供了技術(shù)基礎(chǔ)。未來隨著儲(chǔ)能保險(xiǎn)市場(chǎng)的發(fā)展，將進(jìn)一步提高租賃市場(chǎng)機(jī)制的完善。
（3）共享儲(chǔ)能
共享平臺(tái)能夠使所有者最大限度地利用資產(chǎn)，充分發(fā)揮資產(chǎn)的價(jià)值?！肮蚕韮?chǔ)能”以電網(wǎng)為紐帶，充分考慮各方需求，將獨(dú)立分散的電網(wǎng)側(cè)、電源側(cè)、用戶側(cè)儲(chǔ)能電站資源進(jìn)行全網(wǎng)的優(yōu)化配置，交由電網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)，有助于推動(dòng)源網(wǎng)荷各端儲(chǔ)能能力的全面釋放。通過共享儲(chǔ)能商業(yè)模式與儲(chǔ)能租賃服務(wù)模式的結(jié)合，可以降低新能源配套儲(chǔ)能的建設(shè)成本和日常運(yùn)維成本，同時(shí)有利于推動(dòng)電網(wǎng)對(duì)新能源的科學(xué)消納，必將成為未來儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要商業(yè)模式。
（4）修復(fù)延壽與梯級(jí)利用
產(chǎn)品使用擴(kuò)展是指通過維修、翻新、升級(jí)或在二級(jí)市場(chǎng)上的轉(zhuǎn)售，有目的地延長(zhǎng)產(chǎn)品的預(yù)期使用壽命。新型儲(chǔ)能產(chǎn)品的修復(fù)延壽包括在線修復(fù)和離線修復(fù)兩種模式，可以結(jié)合儲(chǔ)能租賃模式下客戶的不同需求提供有針對(duì)性的服務(wù)。在線修復(fù)后的產(chǎn)品可繼續(xù)由客戶使用，離線修復(fù)后的產(chǎn)品可進(jìn)入小型儲(chǔ)能或備用電池等梯級(jí)利用場(chǎng)景。
（5）資源回收
資源回收是將物料或能源回收到產(chǎn)品的生命周期中，實(shí)現(xiàn)“避免產(chǎn)生-循環(huán)使用-最終處理”的循環(huán)經(jīng)濟(jì)法則。新型儲(chǔ)能專用電池以綠色發(fā)展為目標(biāo)，充分利用循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念提升產(chǎn)品價(jià)值，挖掘從采購到報(bào)廢所有環(huán)節(jié)在資源回收方面的潛在盈利點(diǎn)。新型儲(chǔ)能技術(shù)在最初的長(zhǎng)效設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，就必須充分考慮回收問題，提供有助于降低回收難度、提高回收率的電池材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。未來還需要加強(qiáng)儲(chǔ)能電池回收標(biāo)準(zhǔn)和政策的頂層設(shè)計(jì)，完善稅收優(yōu)惠政策，從戰(zhàn)略高度進(jìn)行儲(chǔ)能回收產(chǎn)業(yè)發(fā)展布局，落實(shí)生產(chǎn)者責(zé)任延伸制，創(chuàng)造綠色發(fā)展新價(jià)值。
結(jié)論
“安全、經(jīng)濟(jì)、綠色”是新型儲(chǔ)能技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的三大目標(biāo)?！丁笆奈濉毙滦蛢?chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案》明確指出，要“加快建立以企業(yè)為主體、市場(chǎng)為導(dǎo)向、產(chǎn)學(xué)研用相結(jié)合的綠色儲(chǔ)能技術(shù)創(chuàng)新體系”。未來新興儲(chǔ)能市場(chǎng)需要高安全、低成本、可持續(xù)的產(chǎn)品技術(shù)途徑和商業(yè)標(biāo)桿解決方案。因此，新型儲(chǔ)能技術(shù)的開發(fā)在考慮安全和成本的同時(shí)，還需特別關(guān)注綠色發(fā)展。
（陳永翀 馮彩梅 劉丹丹供職于中國科學(xué)院電工研究所儲(chǔ)能技術(shù)組，劉勇供職于中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)）
