中國儲能網(wǎng)訊：文/程曉燕 寧德時代新能源科技有限公司
發(fā)展綠色能源，是實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”戰(zhàn)略目標(biāo)的重要途徑，能源革命的實現(xiàn)與新能源體系的構(gòu)建，均需要儲能產(chǎn)業(yè)給予支撐。從儲能方式看，抽水蓄能與電化學(xué)儲能是當(dāng)前商業(yè)化程度相對較高的儲能技術(shù)，從市場應(yīng)用看，電化學(xué)儲能是近年來發(fā)展較快的儲能類型，其方式主要是通過化學(xué)元素做儲能介質(zhì)，利用電池儲能，包括鋰電池儲能、鉛蓄電池儲能和液流電池儲能等類型。由于電化學(xué)儲能具有循環(huán)特性好、響應(yīng)速度快、系統(tǒng)綜合效率高等特點，電化學(xué)儲能產(chǎn)業(yè)已步入快速發(fā)展階段，但也出現(xiàn)了諸如電池質(zhì)量、安全性和核心技術(shù)等方面待優(yōu)化的問題。因此，關(guān)于深化電化學(xué)儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略、配套政策和相關(guān)科技創(chuàng)新的研究，是其產(chǎn)業(yè)發(fā)展中所面臨的緊迫問題。
１ 電化學(xué)儲能含義
儲能是借助于介質(zhì)或設(shè)備將能量存儲起來，并在需要時再釋放出來的過程。依據(jù)存儲形式的差異，儲能又可分為電儲能、氫儲能以及熱儲能。電儲能，又名為“發(fā)電資產(chǎn)”，可分為電化學(xué)儲能和機械儲能兩種類型，其中電化學(xué)儲能主要是電池儲能，電池類型包括鋰電池、鉛蓄電池、鈉硫電池、釩電池等，而機械能儲中常見的類型主要是抽水蓄能。各種儲能技術(shù)均有其優(yōu)缺點，例如，抽水蓄能屬于集中式、規(guī)?；瘍δ埽夹g(shù)也相對成熟，但由于受地形地貌、地理位置等自然條件所限，其建設(shè)成本較高，周期相對較長；電化學(xué)儲能通常不會受到自然條件的影響與限制，其充電速度快，放電功率和系統(tǒng)效率相對較高，具備較大發(fā)展?jié)摿?。目前，儲能技術(shù)呈現(xiàn)多元化發(fā)展態(tài)勢，而電化學(xué)儲能的綜合競爭優(yōu)勢明顯。根據(jù)ＣＮＥＳＡ數(shù)據(jù)來看，自２０１９年以來，電化學(xué)儲能在全國新增投運電力儲能項目中占比已連續(xù)三年超過了機械儲能，僅在２０２１年其新增規(guī)模已突破２ＧＷ，同比增長了５４％，電化學(xué)儲能已成為我國儲能行業(yè)未來發(fā)展的主要方向。
２ 電化學(xué)儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
２．１ 電化學(xué)儲能產(chǎn)業(yè)呈不斷發(fā)展趨勢
基于產(chǎn)業(yè)鏈視域看，我國電化學(xué)儲能產(chǎn)業(yè)可分為上游電池材料供給、中游儲能系統(tǒng)及集成和下游電力系統(tǒng)儲能應(yīng)用等領(lǐng)域（圖１），各分支領(lǐng)域呈現(xiàn)快速發(fā)展態(tài)勢。其一，產(chǎn)業(yè)鏈上游中，電池相關(guān)正負(fù)極材料、電解液、隔膜方面技術(shù)越來越成熟，對電池各項性能指標(biāo)起到了保障作用。其二，產(chǎn)業(yè)鏈中游方面，鋰電池的裝機量占比逐年增加，此外，在電池管理系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)、儲能變流器等方面，相關(guān)行業(yè)技術(shù)發(fā)展較快且在不斷完善。其三，產(chǎn)業(yè)鏈下游方面，近年來在相關(guān)政策支持下，我國發(fā)電側(cè)儲能裝機量占比在不斷增長，在電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)方面，部分省市也在加大投入，用于新增相關(guān)項目的建設(shè)，以推動電池儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
２．２ 鋰電儲能在產(chǎn)業(yè)中已占領(lǐng)先地位
自２０１５年伴隨著鋰電池儲能系統(tǒng)研發(fā)制造與應(yīng)用維護成本的下降，國內(nèi)鋰電儲能累計裝機量在不斷增加，截至２０２０年，我國鋰電儲能累計裝機量從０．０７ＧＷ提升到了４．７ＧＷ，增長超過６０倍。此外，根據(jù)業(yè)內(nèi)專家預(yù)測，到２０２５年，國內(nèi)鋰電儲能累計裝機量將達到５０ＧＷ（含儲能電站、５Ｇ基站、新基建等領(lǐng)域），其市場價值約為２０００億元；預(yù)計到２０３５年，國內(nèi)鋰電儲能累計裝機量將達到６００ＧＷ，其市場價值將會達到３００００億元。隨著鋰電儲能技術(shù)在儲能領(lǐng)域的不斷創(chuàng)新，其設(shè)備容量和壽命也在不斷提升，成為儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的優(yōu)勢方向，在２０２２年國內(nèi)新增儲能市場規(guī)模中鋰電儲能占比超過５０％，而在新增電化學(xué)儲能規(guī)模中，鋰電儲能占比也超過了９０％，處于明顯領(lǐng)先地位。由此看出，鋰電儲能已在電化學(xué)儲能產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域占有重要地位，將會成為我國儲能市場的主要發(fā)展方向。
２．３ 其他電池儲能技術(shù)逐步“嶄露頭角”
從電化學(xué)儲能技術(shù)和系統(tǒng)成本來看，鋰電池比礬電池、鈉硫電池具有一定經(jīng)濟性（表１），但隨著儲能技術(shù)水平的不斷發(fā)展，鋰電池已不是儲能市場中唯一選擇，鉛炭電池、礬電池、鈉硫電池等其他儲能電池技術(shù)已逐漸“嶄露頭角”。
釩電池被稱為儲能行業(yè)的“新秀”，具有安全性高和污染性低的特點，有部分新能源企業(yè)在進行研發(fā)實踐和產(chǎn)能布局。鉛炭電池具有安全穩(wěn)定、成本低等優(yōu)點，但也存在性能不足的問題，像昆工科技、南都電源等企業(yè)在積極探索將鋁基鉛合金復(fù)合材料電極引入到鉛炭電池中，以提升各項性能指標(biāo)，形成新型的鉛炭長時儲能電池，目前也引起了儲能市場的關(guān)注。此外，像鈉電池、石墨烯聚合材料電池、異質(zhì)結(jié)電池（ＨＪＴ電池）等儲能電池，各有其優(yōu)勢與特點，部分科研院所和新能源企業(yè)也在積極實驗，未來的電池儲能類型將更加豐富化、多樣化，儲能電池市場有望迎來新一輪發(fā)展機遇。
３ 電化學(xué)儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在問題
３．１ 電化學(xué)儲能安全技術(shù)存在不足
作為新儲能技術(shù)，電化學(xué)儲能在推廣中仍有安全問題，主要表現(xiàn)在儲能電站明火控制和相關(guān)安全技術(shù)方面。在對２０１１—２０２１年全球儲能電站事故統(tǒng)計來看，大多事故是由三元鋰電池引起，在全部事故中的占比達到了８２％，從事故起因看，絕大多數(shù)是在儲能電池擱置、安裝調(diào)試及維護過程中出現(xiàn)安全隱患。儲能電池出現(xiàn)安全事故的基本原理大體分為熱誘因、熱失效等，熱誘因通常是由物理碰撞產(chǎn)生火花后引起，而熱失效則是由內(nèi)部熱失控或外部點火源引起熱量瞬間聚集，出現(xiàn)燃燒或明火現(xiàn)象。電化學(xué)儲能電站安全事故問題，對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行和電力并網(wǎng)均會造成一定影響，發(fā)展電化學(xué)儲能，關(guān)鍵是控制好明火。因此，需要深入研究電化學(xué)儲能安全事故中如何滅火，以及儲能使用和運行過程中如何進行安全監(jiān)測和事故預(yù)判等問題，也需要參照相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)建立完善的安全風(fēng)險評估體系。
３．２ 電化學(xué)儲能市場經(jīng)濟性相對偏低
從度電成本看，電化學(xué)儲能度電成本約為０．６～０．９元／（ｋＷ·ｈ），離市場規(guī)模化應(yīng)用的目標(biāo)成本０．３～０．４元／（ｋＷ·ｈ）仍有差距，其經(jīng)濟性明顯偏低，很難像抽水蓄能電站一樣共同參與電力市場化交易。當(dāng)前，相關(guān)部門未制定與之匹配的政策，儲能電站充放電過程的上下網(wǎng)電價均像火電、水電等傳統(tǒng)電源一樣參與電力市場交易的形式來獲取，但需疊加峰谷電費。儲能電站在參與調(diào)頻輔助服務(wù)時，是以非自調(diào)度形式，充電時下網(wǎng)電價執(zhí)行峰谷電價，但放電時上網(wǎng)電價卻不執(zhí)行峰谷電價，這使得儲能電站在充放電過程均增加了電費成本。電池儲能設(shè)施成本費用很難通過輸配電收回，受制于電池儲能技術(shù)經(jīng)濟性的約束，電化學(xué)儲能顯然難以獲得輸配電價改革前的收入，從而產(chǎn)生擱淺成本，這也極大地限制了電池儲能的規(guī)?；瘧?yīng)用。
３．３ 儲能服務(wù)電力市場機制待完善
目前，我國電化學(xué)儲能產(chǎn)業(yè)主要存在市場主體地位不明晰、市場機制不完善等問題，致使儲能價值收益難以得到合理補償，對其發(fā)展造成一定制約。比如，針對火電、水電、核電及其他可再生能源發(fā)電問題，相關(guān)政府部門均制定了相匹配的上網(wǎng)電價政策，但針對電化學(xué)儲能規(guī)?；暇W(wǎng)定價并未推出合適的政策。究其原因，電化學(xué)儲能涵蓋多種類型與技術(shù)，且電池儲能裝機成本相對較高，若為每種儲能類型和技術(shù)單獨制定上網(wǎng)電價政策，則顯然不現(xiàn)實，也不符合電力改革方向。由此看來，電化學(xué)儲能服務(wù)電力市場機制還未成熟，致使電化學(xué)儲能系統(tǒng)價值和收益難以與電力市場實現(xiàn)對接。因此，需針對電化學(xué)儲能技術(shù)的系統(tǒng)性效用或社會價值，制定更為合理的運行機制，以保障電化學(xué)儲能更好地服務(wù)于電力市場。
３．４ 電化學(xué)儲能產(chǎn)業(yè)鏈存在不足
電化學(xué)儲能產(chǎn)業(yè)的市場化，除不斷提高技術(shù)成熟度外，還需優(yōu)化和完善相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈。以鋰電產(chǎn)業(yè)為例，該產(chǎn)業(yè)涉及鋰資源供給、正負(fù)極材料研發(fā)、電芯研制、電池梯級利用回收、產(chǎn)品診斷測試等環(huán)節(jié)，但從實際看，我國鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈仍不完善，存在核心技術(shù)攻關(guān)待提升、產(chǎn)品先進性待提高、產(chǎn)業(yè)鏈凝聚力不強等問題，相關(guān)國產(chǎn)裝備在高精度、自動化、信息化等方面與西方國家也有差距，需要不斷優(yōu)化。此外，電化學(xué)儲能電池產(chǎn)品的先進性問題尚存不足，電池產(chǎn)品先進性主要取決于材料、電芯、系統(tǒng)與制造裝備的控制水平，而一些企業(yè)在電化學(xué)儲能產(chǎn)品與技術(shù)研發(fā)方面存在不足，持續(xù)推出新產(chǎn)品能力偏弱，在國際市場也缺乏定價權(quán)，面臨被市場淘汰的風(fēng)險。發(fā)展電化學(xué)儲能產(chǎn)業(yè)，對于構(gòu)建新型電力系統(tǒng)和實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)具有重要意義，其核心技術(shù)不僅要持續(xù)性創(chuàng)新，產(chǎn)業(yè)鏈也需要不斷完善。
４ 電化學(xué)儲能產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展對策建議
４．１ 加強電化學(xué)儲能技術(shù)創(chuàng)新研究
１）加強電化學(xué)儲能技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新研究。目前，任何一項儲能技術(shù)并未完全滿足各應(yīng)用領(lǐng)域的要求，比如，由于資源、成本等條件所限，電池儲能技術(shù)正逐步由鋰電池向鈉電池、固態(tài)鋰電池、鉀電池等領(lǐng)域拓展。因此，需要持續(xù)開展新型電化學(xué)儲能技術(shù)的研發(fā)，尤其是那些低成本、高安全、長壽命的儲能技術(shù)。
２）加大對電化學(xué)儲能基礎(chǔ)研究的投入，支持原始創(chuàng)新。相關(guān)部門可設(shè)立資金專項，支持“變革型”電化學(xué)儲能技術(shù)研發(fā)，掌握自主知識產(chǎn)權(quán)，提高技術(shù)應(yīng)用性價比，提升國際市場競爭力。
３）打造各級電化學(xué)儲能技術(shù)創(chuàng)新平臺，引領(lǐng)其研究與發(fā)展。通過打造各級技術(shù)創(chuàng)新平臺，匯集科研機構(gòu)、高校、企業(yè)等相關(guān)資源，開展電化學(xué)儲能技術(shù)工程化應(yīng)用研究，突破關(guān)鍵核心技術(shù)。
４）堅持“產(chǎn)、學(xué)、研、用”的創(chuàng)新合作機制，加快儲能技術(shù)的成果轉(zhuǎn)化，結(jié)合儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展前沿形成集群優(yōu)勢，引領(lǐng)并帶動我國儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
４．２ 完善電化學(xué)儲能市場發(fā)展機制
１）相關(guān)部門可針對電化學(xué)儲能規(guī)?；暇W(wǎng)定價推出適宜的政策，進一步優(yōu)化電化學(xué)儲能進入市場化交易的容量補償機制，探索電能量市場與調(diào)頻市場聯(lián)合出清、電能量市場和備用輔助服務(wù)聯(lián)合出清、參與黑啟動與轉(zhuǎn)動慣量等輔助服務(wù)相關(guān)補償機制，以降低電化學(xué)儲能產(chǎn)業(yè)市場發(fā)展的不確定性。
２）建立并完善電化學(xué)儲能服務(wù)的成本疏導(dǎo)機制。相關(guān)部門可針對電化學(xué)儲能產(chǎn)生的系統(tǒng)性成本與收益進行科學(xué)、合理測算，詳細(xì)評估受益主體，并據(jù)此將成本疏導(dǎo)至受益主體。
３）結(jié)合電力體制改革，建立合理的電價補償機制，推動電化學(xué)儲能在更大空間發(fā)展。
４）鑒于電池儲能單位裝機成本相比其他電源類型要高的現(xiàn)狀，相關(guān)管理部門可加強與社會企業(yè)、融資機構(gòu)的互動，鼓勵多元化的電化學(xué)儲能投資及交易方式，形成大規(guī)模儲能技術(shù)良性發(fā)展的態(tài)勢，促進電化學(xué)儲能產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
４．３ 加強電化學(xué)儲能數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用
近年來，關(guān)于電化學(xué)儲能電站安全、電芯自身劣化、可燃?xì)怏w探測等方面，時有問題發(fā)生，借助于數(shù)字化技術(shù)有利于推動電化學(xué)儲能產(chǎn)業(yè)健康、可持續(xù)性發(fā)展。例如：儲能電池中的電芯劣化過程很難通過肉眼察覺到，借助數(shù)字化技術(shù)能對電池本體發(fā)生火災(zāi)的可能性進行預(yù)測，并提供火災(zāi)安全評級和相應(yīng)維護建議，提升了運行安全性；儲能電池管理系統(tǒng)大多不具備本地邊緣計算能力，存在數(shù)據(jù)刷新慢、通訊效率偏低、各系統(tǒng)之間信息協(xié)調(diào)不足、潛在安全風(fēng)險等問題，通過數(shù)字化技術(shù)，能支持大容量、高級別數(shù)據(jù)的采集與快速分析處理，科學(xué)降低電化學(xué)儲能安全風(fēng)險。此外，借助數(shù)字化信息技術(shù)，可搭建多級平臺組成的綜合型儲能電站安全監(jiān)測信息平臺，具備信息實時發(fā)布、電站全景展示、信息迅速報送、電站風(fēng)險隱患排查、運行輔助分析、電站檢測等多種功能，起到強化儲能電站安全管理作用。
４．４ 完善電化學(xué)儲能安全評估體系
１）建立以失效概率為依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的電池儲能系統(tǒng)安全分級評估體系，并將該評估體系納入到儲能市場項目的招標(biāo)條件范圍，引導(dǎo)電化學(xué)儲能產(chǎn)業(yè)以“核電級安全”為標(biāo)桿高水平發(fā)展。
２）針對大容量、高安全、可靠性電池儲能集成系統(tǒng)這一關(guān)鍵領(lǐng)域，加強電化學(xué)儲能系統(tǒng)的測試評估與認(rèn)證，建設(shè)國家級電化學(xué)儲能驗證平臺，以推動電池儲能系統(tǒng)安全分級評估體系的建設(shè)。
３）加強電池儲能數(shù)據(jù)的統(tǒng)計發(fā)布與共享，助力電池儲能系統(tǒng)安全分級評估。建議國家儲能平臺數(shù)據(jù)分級分類面向企業(yè)有序開放，以便電池企業(yè)支持平臺建立準(zhǔn)確的儲能電站安全預(yù)警模型，為儲能電池產(chǎn)品的不斷優(yōu)化提供參考，助力電池儲能系統(tǒng)安全體系建設(shè)。
４）建議儲能相關(guān)主管部門定期發(fā)布權(quán)威的國內(nèi)儲能電池并網(wǎng)總量及生產(chǎn)企業(yè)并網(wǎng)數(shù)量信息，為電站設(shè)備選型提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)參考。
４．５ 強化電化學(xué)儲能行業(yè)人才支撐
電化學(xué)儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展對相關(guān)領(lǐng)域的高層次人才需求也較為迫切，有必要強化人才支撐。一方面，各省市可有針對性地完善儲能產(chǎn)業(yè)人才扶持政策，對引進的新能源、儲能、電化學(xué)等方面的高級管理、技術(shù)人才給予妥善安置，解決引進人才配偶安置、住房安排、子女就學(xué)、醫(yī)療保障等問題；同時，社會企事業(yè)用人單位可積極試行股權(quán)和分紅激勵制度，充分調(diào)動引進人才的工作積極性。另一方面，電化學(xué)儲能人才培養(yǎng)涉及物理、化學(xué)、材料、能源動力、電力電子、機械、自動化等多學(xué)科領(lǐng)域的交叉融合，需正確認(rèn)識人才培養(yǎng)復(fù)雜性，高校需合理整合相關(guān)專業(yè)資源，調(diào)整專業(yè)，加強校企合作，充分發(fā)揮行業(yè)優(yōu)勢，深化產(chǎn)學(xué)研合作，推動儲能人才培養(yǎng)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展有機結(jié)合。
５ 結(jié)語
發(fā)展電化學(xué)儲能是促進能源轉(zhuǎn)型和構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的重要途徑之一，也是貫徹“雙碳”目標(biāo)的重要支撐。目前，我國電化學(xué)儲能產(chǎn)業(yè)主要存在儲能安全技術(shù)待完善、經(jīng)濟性相對偏低、產(chǎn)業(yè)鏈存在不足、服務(wù)電力市場機制待完善等問題。對此，建議加強電化學(xué)儲能技術(shù)創(chuàng)新研究、完善電化學(xué)儲能市場發(fā)展機制、加強電化學(xué)儲能數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用、完善電化學(xué)儲能安全評估體系、強化電化學(xué)儲能行業(yè)人才支撐等，以保障我國電化學(xué)儲能產(chǎn)業(yè)可持續(xù)、健康發(fā)展。
