中國儲能網(wǎng)訊：4月27-28日，由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會主辦的中國光儲端信協(xié)同發(fā)展大會在重慶國際博覽中心召開。
此次大會以“協(xié)同創(chuàng)新 融合發(fā)展”為主題，設(shè)置開幕式暨碳達峰高峰論壇、工商業(yè)儲能與車網(wǎng)互聯(lián)專場、光儲氫協(xié)同發(fā)展專場、儲能系統(tǒng)集成與智能安全預(yù)警系統(tǒng)專場、人工智能與碳足跡專場五個專場論壇。
來自行業(yè)主管機構(gòu)、科研單位、電網(wǎng)企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、系統(tǒng)集成商、金融機構(gòu)等不同領(lǐng)域的300余家產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈企業(yè)參加了本次大會對話與交流。
中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應(yīng)用分會、中國儲能網(wǎng)與中國儲能網(wǎng)聯(lián)合承辦，中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應(yīng)用分會專家委員會提供學(xué)術(shù)支持。
4月27日下午，中興通訊股份有限公司儲能產(chǎn)品規(guī)劃總工程師張長嶺受邀在大會開幕式分享主題報告，報告題目《鈉離子電池通信儲能領(lǐng)域應(yīng)用機遇與技術(shù)展望》。以下為報告主要內(nèi)容：
張長嶺：各位來賓，各位領(lǐng)導(dǎo)，各位專家，下午好！今天我很榮幸為大家介紹一下中興通訊在鈉離子電池領(lǐng)域主要的應(yīng)用。報告分三部分，首先是回顧一下鈉離子電池發(fā)展的概況。2022年是鈉離子電池爆發(fā)的一年，這一年鋰離子電池出現(xiàn)了價格暴漲，當時碳酸鋰價格增長近100%，鈉離子電池成為電化學(xué)電池焦點，這個背景下看到電化學(xué)領(lǐng)域?qū)Ω哂谐杀痉€(wěn)定性和成本競爭力的新興電池的迫切性，這時候鈉離子電池就應(yīng)運而生。鈉離子電池和鋰離子電池基本上同期而生，在1970年代這個電池都是一起問世，但是在這期間發(fā)生過一些技術(shù)障礙難以突破，所以只是在2010年之后又重啟，尤其是鋰離子電池快速高起的時候它就迎來了機遇。截止到4月份，現(xiàn)在碳酸鋰的價格回到了10萬左右，30萬50萬好像又是遙不可及了，那鈉離子電池是不是還更有成本競爭力呢，我們判斷長期來看鈉離子電池有它發(fā)展的空間。首先是本身在鈉元素僅次于鐵，遠高于鋰，最終形成它的組成成本，一定是低于鋰離子電池的，長期來看一定是這樣。第二，從一個國家的資源安全角度來看，我們都知道鋰離子電池的鋰礦主要是在澳洲，鈉離子電池的發(fā)展安全性非常有價值，鈉離子電池在長期來看也是具有極大的發(fā)展?jié)摿Α?
國家從政策層面和行業(yè)標準層面紛紛出臺相應(yīng)的動作來推動鈉離子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在去年的11月份，化學(xué)物理電源協(xié)會推出第一個鈉離子行標發(fā)布了，中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟也正在修訂兩個標準中，可以看到從本身技術(shù)的發(fā)展，政策的支持還有行業(yè)標準的支持方面都是得到了很好的一個回應(yīng)。為什么鈉離子電池能夠脫穎而出，首先是由于成本特性，左上圖是一個分析，和鋰離子電池的BOM成本來講，有30%的成本優(yōu)勢，我們做過探討，是基于大概碳酸鋰20萬每噸價格的時候做的價格對比。主要成本優(yōu)勢，一方面是正極材料不需要這么多的貴金屬，負極材料不需要石墨化，又能節(jié)約一部分成本，這是在BOM成本上鈉離子電池本身就有優(yōu)于鋰離子電池的優(yōu)勢。可以看到下面兩張圖，碳酸鈉和碳酸鋰價格的波動對比，碳酸鋰的波動性是非?？膳碌?，超過10倍的波動，碳酸鈉在過去的5年之間最大的波動就是不超過3倍，基本上都是從1千到4千的概念。對比2023年的數(shù)據(jù)，可以看到碳酸鈉的波動只是2千到3千的幅度。所以鈉離子電池的成本特性上是具有非常大的潛在優(yōu)勢的。
再看鈉離子電池本身的電化學(xué)特性也有明確的優(yōu)勢，首先是低溫特性，在零下20度零下40度放電的電量遠大于鋰離子電池的。行業(yè)應(yīng)用來講也比較注重低溫的充電性能，鋰離子必須在0度以上充電，但鈉離子現(xiàn)在推出的版本基本上可以滿足零下10度，可以小電流充電，0.1C的電流充電，可以保證能正常運行，并且還在做進一步的改良，希望能實現(xiàn)零下20度的充電，這樣就拓展了鈉離子電池的應(yīng)用場景，也能解決低溫環(huán)境下溫控設(shè)備帶來的能耗。第二是倍率特性，已經(jīng)得到明顯的驗證，在鈉離子電池的4C甚至6C特性都相對比較穩(wěn)定，在4C條件下基本上百分之百放出電量。第三是安全特性，這一點是業(yè)界還在做更多的驗證，因為當前整個鈉離子商業(yè)化的適用總體規(guī)模還是相對小一些，很多數(shù)據(jù)不夠充分，但是我們已經(jīng)看到一些相對比較明確的結(jié)論。第一，它的過放電特性，因為負極可以采取鋁箔，所以過放電甚至到0V的時候，儲存1個月的時間，性能基本不受影響，提升運輸存儲安全性。片裝析鈉，能量密度較低，釋放熱量相對少，性能更穩(wěn)定，SOX預(yù)測更準，熱失控溫度更高。
鈉離子電池展現(xiàn)出了一定的劣勢，首先是能量密度低，業(yè)界現(xiàn)在主要是三條路線，但當前商業(yè)化最快的還是存?zhèn)餮趸铮饶芰棵芏群腕w積能量密度都是相對比較低，和鋰電池差距不大，當前還有20%—30%的差距。循環(huán)壽命目前基本上是2千次左右，鋰電池基本上是1萬了，所以這方面還是有一些差距。
結(jié)合鈉離子電池的優(yōu)劣勢特性，可以看到它的應(yīng)用場景相對劃定了，對于空間要求不能特別高，要求能量密度特別高的是不太適合，同時對成本和安全特性方面有更高的訴求，這些場景更有利于推廣鈉離子電池，業(yè)界基本上比較贊同在三個領(lǐng)域展開鈉離子快速的推廣。第一是大規(guī)模儲能，目前集中在工商業(yè)儲能，對密度要求不是特別高。第二是低速交通工具領(lǐng)域，包括二輪電動車以及低速的電動汽車，第三就是通訊行業(yè)。下圖是一些機構(gòu)對鈉離子電池運用規(guī)模做的預(yù)測，預(yù)計2025年我國鈉離子電池儲能新增容量為19GWh，但現(xiàn)在來看這個節(jié)奏會放緩一些。
看一下實際的鈉離子電池在通信儲能領(lǐng)域具體有哪些應(yīng)用機會。首先從客戶出發(fā)，運營商加入了節(jié)能減排減碳目標，制定了30、60節(jié)能減排的計劃，當前綠色節(jié)能都成為運營商關(guān)注的焦點。為了實現(xiàn)這個目標，不僅僅要關(guān)注設(shè)備的能耗，更多的要從系統(tǒng)的層面要關(guān)注，也要關(guān)注從網(wǎng)絡(luò)能耗級別，系統(tǒng)的能耗提升，這對儲能系統(tǒng)提出更高的要求，不僅自己要實現(xiàn)智能化，能對自己的狀態(tài)感知，你的調(diào)控精度更為靈敏，對自己生命周期的能耗也要能夠得到最優(yōu)的控制。
全球儲能這一塊的規(guī)模來說，我們做過一些判斷，基于5G的發(fā)展，考慮到一定的舊電池替換以及新建站點，每年儲能的應(yīng)用是有250億左右的規(guī)模，結(jié)合到具體的場景，大部分的備電場景都可以用鈉離子電池來替換鉛酸的，因為空間占用、壽命、可維護性方面都優(yōu)勝于鉛酸。在其他的場景是可以和鋰電形成互補應(yīng)用。但對于極簡站，空間占用少，重量輕，大倍率放電，一般鋰電池解決方案更好，現(xiàn)在客戶提出不同的要求，要求更短半小時的備電，就要求1.5、2C的放電，這時候鈉離子優(yōu)勢就發(fā)揮出來了。
我們具體看一些應(yīng)用場景，首先是備電應(yīng)用場景，本身不需要電池往返充電，只是需要在停電的時候及時頂上去、，這種維護的級別也比較高，維護團隊能快速的在2—3小時之內(nèi)把故障修復(fù)，這種地方基本上電池就是一個備電應(yīng)用。這時候更多的就看投入，我投資設(shè)備成本能否進一步降低，所以鈉離子對這個場景可以很快的實施，基本上100Ah電池為主。第二個是低溫應(yīng)用場景，更多的是在低溫的環(huán)境應(yīng)用，可能需要涉及到零下20度甚至零下40度的應(yīng)用，這時候希望他能在零下20度甚至40度放出更多的電量，相當于我配置電池的容量可以減少，可以節(jié)約客戶的投資成本。第二，我在零下20度的時候還能夠充電，這時候就不需要配備加熱器、空調(diào)這樣一些溫控設(shè)備，可以節(jié)約運營商運維的能耗。第三，就是一些偏遠站點，這些站點市電就不是特別好，這些站點一年有季節(jié)性的應(yīng)用，或者只是在個別的熱點時間才會需要應(yīng)用，有一段時間斷掉了，對整體的服務(wù)來說沒有特別大的影響，這種站點電池斷電以后有可能沒法及時充電，就會存在過放電的風(fēng)險，如果電池過放電以后性能馬上就損壞了，也就是產(chǎn)品要進行重新的投資，這就對客戶帶來了挑戰(zhàn)，那鈉離子電池的過放特性就可以保證，我發(fā)生了過放以后其實還是可以快速的恢復(fù)，對性能沒有特別大的影響，這就保護了客戶的投資。
最后是高倍率放電的應(yīng)用，部分的客戶所在的市電應(yīng)用非常好，包括中東還有德國，我們的客戶有一部分場景設(shè)備完全不做備電，這時候他只需要半小時的備電，如果只用鋰電50Ah的話，如果需要半小時備電，就需要電池放出更大的電量，可能需要配備更大的容量，但如果用鈉離2C的放電，用50Ah的鈉電來替代100Ah的鋰電，這樣的優(yōu)勢就更加突出了。 結(jié)合分析做了一些驗證，在吉林長春試驗局低溫性能測試，當時在2月底還有零下18度的最低溫，自身帶了兩節(jié)鉛酸電池，同時設(shè)備功耗就是50A，首先是低溫的放電充電，放電是OK的，0.1C充放電可正常工作，智能BMS，可以實現(xiàn)與鉛酸電池混用。鈉離子電池充放電能力特別優(yōu)秀，低溫的充放電明顯的優(yōu)于普通的磷酸鐵鋰的，大倍率放電能力強，安全性相對的具有潛在的安全優(yōu)勢?？偨Y(jié)，鈉離子電池本身最大的特性是成本的優(yōu)勢，但在成本的比較優(yōu)勢還不是特別明顯的時候，我們可以優(yōu)先去挖掘低溫特性，高倍率特性和安全過放電能力，來在一些細分領(lǐng)域優(yōu)先實現(xiàn)鈉離子的應(yīng)用。
總結(jié)一下鈉離子電池技術(shù)發(fā)展，當前鈉離子電池發(fā)展存在一些挑戰(zhàn)，體積能量密度比鋰離子電池低20%，客戶提出過要求，還是希望能做到50、60電芯能做到100Ah。第二是低溫特性希望繼續(xù)挖掘，我今天去轉(zhuǎn)了一圈，有一些廠家已經(jīng)做到了說零下20度可以0.1C或者0.2C的充電，但成本上升非常多，就希望在這些方面，在成本有所控制的情況下，再實現(xiàn)這個突破，零下20度也實現(xiàn)小電流的充電。第三希望拓展更多應(yīng)用場景，在循環(huán)應(yīng)用場景下也能夠拓展應(yīng)用，能實現(xiàn)3千到6千次的循環(huán)應(yīng)用。最后希望更多的確定安全特性，這樣我們在核心機房等等更為關(guān)鍵的場景也能應(yīng)用鈉電。結(jié)合伙伴提出的規(guī)劃，我們看了一下對電芯技術(shù)發(fā)展做出展望，從能量密度這一塊的提升還是比較明顯，基本上在25年以后會比較接近鋰離子電池的技術(shù)指標，循環(huán)壽命相對更樂觀一些，壽命調(diào)整有鋰離子電池的技術(shù)積累，這一塊實現(xiàn)會更樂觀一些。
其實有了電芯的發(fā)展之外，我們要做完整的電池包，這里面還需要智能BMS技術(shù)的配套，在三方面做進一步的優(yōu)化：第一大電流充放電技術(shù)，基本上以100A為主做1C的充放電，對2C應(yīng)用就希望有200A到300A，能實現(xiàn)更大的電流。第二希望更高精度實現(xiàn)調(diào)控，一方面是一些檢測技術(shù)，另外還有更多的算法需要優(yōu)化。最后是快速響應(yīng)技術(shù)，未來在用戶側(cè)虛擬電廠可能會成為很重要的應(yīng)用，滿足核心機房應(yīng)用、虛擬電廠調(diào)頻應(yīng)用，安全策略優(yōu)化，系統(tǒng)級設(shè)計，EMS/BMS算力分配。
以上是我的報告，感謝大家的聆聽，有問題可以找我溝通。
