中國儲能網(wǎng)訊：未來新興儲能市場需要高安全、低成本、可持續(xù)的產(chǎn)品技術(shù)途徑和商業(yè)標桿解決方案。
文 | 陳永翀 馮彩梅 劉丹丹 劉勇
儲能是保障可再生能源大規(guī)模發(fā)展和電網(wǎng)穩(wěn)定運行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在支撐能源可再生發(fā)展的同時，儲能產(chǎn)業(yè)自身的可再生發(fā)展也至關(guān)重要。
可再生儲能的發(fā)展背景
“碳達峰、碳中和”目標的提出是應對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年分析與預測》報告，指出到2026年全球可再生能源發(fā)電裝機容量將較2020年增加60%以上，達到1800吉瓦以上。光伏和風力發(fā)電具有間歇性和波動性特點，直接接入電網(wǎng)會對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成影響，而儲能是保障可再生能源大規(guī)模發(fā)展和電網(wǎng)穩(wěn)定運行的重要裝備基礎和關(guān)鍵支撐技術(shù)，是實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標的重要支撐。
在支撐能源可再生發(fā)展的同時，儲能產(chǎn)業(yè)自身的可再生發(fā)展也至關(guān)重要。目前全球儲能以抽水蓄能為主，但存在一定的選址和建設難度，資源有限。以電化學儲能為代表的新型儲能設計靈活，不受地理因素影響，適合各類不同的儲能場景。隨著新型儲能裝機規(guī)模的擴大，上游材料的資源保障、儲能系統(tǒng)全生命周期的碳排放以及儲能系統(tǒng)報廢后的回收處理問題開始得到關(guān)注。因此，我們提出“可再生儲能”的理念，從“長效設計、低碳制造、高效運維和綠色回收”四個方面開發(fā)綠色儲能技術(shù)，并進一步發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟商業(yè)模式，推動新型儲能產(chǎn)業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展。
綠色儲能的技術(shù)實現(xiàn)路徑
（1）長效設計
在產(chǎn)品開發(fā)初期即立足考慮方便產(chǎn)品應用后的再生和回收問題，對于全生命周期的修復延壽、梯次利用和綠色回收，在生產(chǎn)制造前就進行針對性設計：例如，從材料層面考慮提升可修復性和可回收性，從器件（結(jié)構(gòu)）層面考慮提高產(chǎn)品的可維護性和易拆解性。例如，設計儲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)品更易于簡單、安全、環(huán)保地進行回收。
（2）低碳制造
低碳制造的目的是通過碳排放的控制實現(xiàn)環(huán)境保護和資源優(yōu)化利用。電化學儲能系統(tǒng)從原材料的供應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，儲能電池對制造過程各環(huán)節(jié)的資源和能源消耗進行嚴格把控，通過精確計量、自動化控制等減少材料損耗，采用水系制造流程，避免有機廢氣排放，并對廢水和固體廢棄物進行回收再利用。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)對產(chǎn)線各生產(chǎn)設備的能耗和效率進行全面分析，制造過程結(jié)合用電峰谷進行統(tǒng)籌安排，減少碳足跡。
（3）高效運維
新型儲能系統(tǒng)的高效運維包括安全運行、智能修護和科學調(diào)度三個方面：一是儲能系統(tǒng)實現(xiàn)本質(zhì)安全；二是全生命周期內(nèi)可以修復再生，延長系統(tǒng)使用壽命，三是匹配應用場景的高效運行。儲能系統(tǒng)盡量采用創(chuàng)新安全技術(shù)的大容量模組化設計，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，鋰漿料儲能電池的多孔電極和半開放電池結(jié)構(gòu)設計使得安全劑注入成為可能，在電池熱失控之前達到本質(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)進行修復延壽，降低儲能的度電成本，方便規(guī)模推廣到容量型長時儲能場景的高效運行。
（4）綠色回收
新型儲能綠色回收的技術(shù)途徑包括節(jié)能、減排和提效三個方面，要求核心材料回收率達到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，主要對鈷、鎳、鋰等有價金屬進行提煉回收，回收處理成本高，且存在酸堿廢液的環(huán)境污染風險。開發(fā)新型儲能專用電池，采用水洗物理回收方式，核心材料經(jīng)過修復再生后重新回到產(chǎn)品的制造環(huán)節(jié)。通過綠色可持續(xù)方法實現(xiàn)電化學儲能系統(tǒng)的閉環(huán)回收與再生，促進產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。
綠色儲能的循環(huán)商業(yè)模式
基于上述可再生技術(shù)的開發(fā)，可以進一步發(fā)展綠色儲能的循環(huán)商業(yè)模式，包括循環(huán)資源投入、產(chǎn)品即服務（儲能租賃服務）、共享平臺（共享儲能）、產(chǎn)品使用擴展（電池修復延壽與梯級利用）、資源回收等模式。
（1）循環(huán)資源投入
指循環(huán)經(jīng)濟的制造環(huán)節(jié)，在儲能產(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行回收利用，減少直接排放或報廢的可能性。通過循環(huán)資源投入，可以有效減少環(huán)境壓力，同時為企業(yè)節(jié)約資金投入。在政策方面，需要建立儲能企業(yè)的綠電消納憑證認證制度，制定評估產(chǎn)品中回收再生材料使用率的認證標準，鼓勵提升產(chǎn)品中回收再生材料含量和可再生能源使用率。加強宣傳引導，將綠色儲能的循環(huán)資源投入形成產(chǎn)業(yè)共識。
（2）儲能租賃服務
指循環(huán)經(jīng)濟的使用環(huán)節(jié)，主要包括儲能租賃服務與保險服務?！爱a(chǎn)品即服務”的商業(yè)模式下，一個或多個客戶通過租賃或付費使用的方式使用產(chǎn)品，企業(yè)與用戶建立長期關(guān)系，提供生命周期內(nèi)的產(chǎn)品維護和報廢后的回收服務，而客戶不必擔心系統(tǒng)的維護和保養(yǎng)，無需承擔與產(chǎn)品性能相關(guān)的風險。新型儲能技術(shù)的修復延壽、高效運維和綠色回收特點都為其租賃服務商業(yè)模式的推行提供了技術(shù)基礎。未來隨著儲能保險市場的發(fā)展，將進一步提高租賃市場機制的完善。
（3）共享儲能
共享平臺能夠使所有者最大限度地利用資產(chǎn)，充分發(fā)揮資產(chǎn)的價值?！肮蚕韮δ堋币噪娋W(wǎng)為紐帶，充分考慮各方需求，將獨立分散的電網(wǎng)側(cè)、電源側(cè)、用戶側(cè)儲能電站資源進行全網(wǎng)的優(yōu)化配置，交由電網(wǎng)進行統(tǒng)一協(xié)調(diào)，有助于推動源網(wǎng)荷各端儲能能力的全面釋放。通過共享儲能商業(yè)模式與儲能租賃服務模式的結(jié)合，可以降低新能源配套儲能的建設成本和日常運維成本，同時有利于推動電網(wǎng)對新能源的科學消納，必將成為未來儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要商業(yè)模式。
（4）修復延壽與梯級利用
產(chǎn)品使用擴展是指通過維修、翻新、升級或在二級市場上的轉(zhuǎn)售，有目的地延長產(chǎn)品的預期使用壽命。新型儲能產(chǎn)品的修復延壽包括在線修復和離線修復兩種模式，可以結(jié)合儲能租賃模式下客戶的不同需求提供有針對性的服務。在線修復后的產(chǎn)品可繼續(xù)由客戶使用，離線修復后的產(chǎn)品可進入小型儲能或備用電池等梯級利用場景。
（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，實現(xiàn)“避免產(chǎn)生-循環(huán)使用-最終處理”的循環(huán)經(jīng)濟法則。新型儲能專用電池以綠色發(fā)展為目標，充分利用循環(huán)經(jīng)濟理念提升產(chǎn)品價值，挖掘從采購到報廢所有環(huán)節(jié)在資源回收方面的潛在盈利點。新型儲能技術(shù)在最初的長效設計環(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)設計方案。未來還需要加強儲能電池回收標準和政策的頂層設計，完善稅收優(yōu)惠政策，從戰(zhàn)略高度進行儲能回收產(chǎn)業(yè)發(fā)展布局，落實生產(chǎn)者責任延伸制，創(chuàng)造綠色發(fā)展新價值。
結(jié)論
“安全、經(jīng)濟、綠色”是新型儲能技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的三大目標?！丁笆奈濉毙滦蛢δ馨l(fā)展實施方案》明確指出，要“加快建立以企業(yè)為主體、市場為導向、產(chǎn)學研用相結(jié)合的綠色儲能技術(shù)創(chuàng)新體系”。未來新興儲能市場需要高安全、低成本、可持續(xù)的產(chǎn)品技術(shù)途徑和商業(yè)標桿解決方案。因此，新型儲能技術(shù)的開發(fā)在考慮安全和成本的同時，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院電工研究所儲能技術(shù)組，劉勇供職于中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應用分會）
