中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：早在2017年，調(diào)研機(jī)構(gòu)GTM Research公司就2016年美國(guó)儲(chǔ)能市場(chǎng)狀況發(fā)布了一份研究報(bào)告。該研究預(yù)計(jì)，到2021年，儲(chǔ)能系統(tǒng)的裝機(jī)容量將增長(zhǎng)到2GW以上 ，其中包括住宅儲(chǔ)能、非住宅儲(chǔ)能、電網(wǎng)規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)，這將比2016年儲(chǔ)能裝機(jī)容量要高10倍以上。據(jù)估計(jì)，如此大規(guī)模的部署將使美國(guó)儲(chǔ)能市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到28億美元。
鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可以存儲(chǔ)和調(diào)節(jié)可再生能源
美國(guó)喬治·梅森大學(xué)的David Hart和Alfred Sarkissian研究了美國(guó)的電網(wǎng)規(guī)模電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，并于2016年向美國(guó)能源部提交了他們的研究結(jié)果。該研究一項(xiàng)主要成果表明，鋰離子電池約占電網(wǎng)規(guī)模電池儲(chǔ)能市場(chǎng)95％份額。然而，氧化還原液流電池和鋅混合電池也成為儲(chǔ)能市場(chǎng)上的主要技術(shù)。
盡管公用事業(yè)規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)的部署在2018年的前三個(gè)季度略有下降，但預(yù)計(jì)在2019年仍將增長(zhǎng)。電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)可再生能源的可變性，并提高可靠性來(lái)提供按需供電，從而支持風(fēng)能和太陽(yáng)能等可再生能源項(xiàng)目。
各種電池都具有針對(duì)特定性能的功能和應(yīng)用，但是，儲(chǔ)能開(kāi)發(fā)商的目標(biāo)是相同的：選擇一種能夠確保儲(chǔ)能系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、可靠、高效運(yùn)行的電池。
鋰離子電池
1991年，索尼公司推出了世界第一款鋰離子電池，主要用于消費(fèi)類產(chǎn)品。從那時(shí)起，鋰離子電池已成為電網(wǎng)規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)最廣泛采用的電池技術(shù)。鋰離子電池具有處理小規(guī)模應(yīng)用的多功能性，例如為電動(dòng)汽車供電；也可以應(yīng)用在需要數(shù)小時(shí)儲(chǔ)能的電網(wǎng)規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)中。
鋰離子電池的名字來(lái)源于在電極之間轉(zhuǎn)移的鋰離子，無(wú)論是為了儲(chǔ)能而注入能量還是提取能量。鋰離子電池使用鋰化金屬氧化物作為陰極（電子進(jìn)入器件的帶負(fù)電電極）而不是金屬鋰，通常采用碳用作陽(yáng)極（電子離開(kāi)器件的帶正電電極）。與通過(guò)充電和放電改變電極的電池有所不同，鋰離子電池提供更高的效率，因?yàn)殡x子運(yùn)動(dòng)使電極結(jié)構(gòu)保持完整。
在鋰電池家族中，還有一些電池供應(yīng)商提供各種不同的電池產(chǎn)品和設(shè)計(jì)，并不斷提高能源密度和循環(huán)壽命，降低成本。
對(duì)于30分鐘至3小時(shí)的持續(xù)儲(chǔ)能，與其他電池解決方案相比，鋰電池具有最佳的能量密度。對(duì)于更長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)儲(chǔ)能，鋰離子電池并不是最具成本效益的選擇，這取決于應(yīng)用場(chǎng)合，尤其是在考慮壽命成本時(shí)。鋰離子電池也可配置成各種規(guī)模的電池組，以產(chǎn)生各種規(guī)模的電壓和容量。
位于華盛頓州普爾曼的1MW/4MWh的儲(chǔ)能系統(tǒng)由Avista公司運(yùn)營(yíng)。該系統(tǒng)使用Northern Power公司的FlexPhase轉(zhuǎn)換器和UET公司的氧化還原液流電池為電網(wǎng)和最終用戶提供多種服務(wù)，其中包括負(fù)載轉(zhuǎn)移、黑啟動(dòng)功能、可再生能源集成和彈性。
鋰電池組通常具有較窄的電壓范圍和較高的最小直流串聯(lián)電壓，相對(duì)于其他電池技術(shù)，鋰電池可以將功率轉(zhuǎn)換器的成本降至最低。鋰離子電池的儲(chǔ)能系統(tǒng)（ESS）的效率通常高于使用液流電池或鋅混合電池。
例如，鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在額定功率下額定運(yùn)行兩小時(shí)，其往返效率為75%至85%。但是，額定運(yùn)行30分鐘的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的效率可能在65%到75%的范圍內(nèi)。當(dāng)然，規(guī)模較小的30分鐘電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的初始成本較低，其效率更高，在長(zhǎng)時(shí)間放電運(yùn)行時(shí)壽命更長(zhǎng)。
隨著時(shí)間的推移，鋰離子電池將會(huì)退化，在設(shè)計(jì)一個(gè)20年使用壽命的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)時(shí)，必須采取一個(gè)電池補(bǔ)充、更換和處理策略。雖然鋰離子電池的固態(tài)特性意味著移動(dòng)部件較少，但這意味著容量相對(duì)較小的鋰離子電池與液流或鋅混合電池相比，需要更復(fù)雜的監(jiān)控和電池管理系統(tǒng)。
氧化還原液流電池
美國(guó)國(guó)家航空航天局在20世紀(jì)70年代研究了氧化還原液流電池（RFB）在太空計(jì)劃中的應(yīng)用，而將氧化和還原反應(yīng)的液流電池用于儲(chǔ)能的概念可以追溯到更久遠(yuǎn)的年代。
在氧化還原液流電池（RFB）中，兩種化學(xué)組分溶解在系統(tǒng)內(nèi)的液體中，并通過(guò)離子膜進(jìn)行分離。該膜促進(jìn)離子交換和電流流動(dòng)，同時(shí)液體在陽(yáng)極電解液和陰極電解液罐中保持分離。在這些電解液罐中發(fā)生的化學(xué)還原和氧化反應(yīng)將產(chǎn)生的能量存儲(chǔ)在液態(tài)電解質(zhì)溶液中，這就是“氧化還原”的名稱來(lái)源。
與鋰離子電池類似，不同的液流電池具有多種不同的化學(xué)成分。電網(wǎng)規(guī)模液流電池儲(chǔ)能解決方案的大多數(shù)產(chǎn)品都使用某種釩、鐵、溴或鈉溶液。
氧化還原液流電池（RFB）與傳統(tǒng)電池相比比較獨(dú)特，因?yàn)槠湎到y(tǒng)的額定功率值取決于所選電堆的大小，并且其儲(chǔ)能容量取決于電解液罐的尺寸和罐中電解質(zhì)的體積。原則上，這意味著可以任何配置能量和功率的組合。然而，在實(shí)踐中，與電堆的額定功率相比，泵送和管理罐所需的基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)于具有4小時(shí)或更多時(shí)間的儲(chǔ)能系統(tǒng)而言在經(jīng)濟(jì)上是可行的。
液流電池的特點(diǎn)是循環(huán)壽命很長(zhǎng)，可以達(dá)到數(shù)萬(wàn)次循環(huán)，或在理論上可以達(dá)到無(wú)限的循環(huán)壽命。例如，在兩個(gè)槽之間交換離子時(shí)，釩溶液不會(huì)發(fā)生降解，并且在系統(tǒng)壽命結(jié)束時(shí)，釩溶液還有一定的剩余值。盡管與其他電池相比，其初始成本通常較高，但液流電池的工作壽命成本可能較低，特別是在高循環(huán)應(yīng)用中。
Eos Aurora 1000是一種能夠滿足電網(wǎng)規(guī)模市場(chǎng)需求的儲(chǔ)能系統(tǒng)。它使用鋅混合陰極電池，可以進(jìn)行擴(kuò)展和配置，以降低成本，并最大限度地提高盈利能力。
液流電池的能量密度比同等規(guī)格的鋰電池溶液的能量密度更低，并且通常需要更大的占地面積或特定存儲(chǔ)裝置或所需的占地面積。但是，對(duì)于許多儲(chǔ)能項(xiàng)目而言，占地面積并不是影響項(xiàng)目可行性的主要因素。
在一些情況下，與容量相同的鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)相比，4小時(shí)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的液流電池的占地面積更小。鋰離子電池組的重量通常使其堆疊放置變得不切實(shí)際。
人們還存在一些誤解，即由于液流電池在額定功率下放電4小時(shí)或更長(zhǎng)時(shí)間，它們不能執(zhí)行頻率調(diào)節(jié)或其他短期供電任務(wù)。實(shí)際上，液流電池非常適合長(zhǎng)時(shí)間的峰值轉(zhuǎn)換（改變電力來(lái)源以減少電網(wǎng)“需求費(fèi)用”）或需求轉(zhuǎn)換，以及短期服務(wù)。在這種堆疊的使用案例中，具有高循環(huán)壽命的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)非常具有價(jià)值。液流電池的往返效率通常為65％至75％。
鋅混合電池
鋅混合電池是最新的電池產(chǎn)品之一，在電網(wǎng)規(guī)模儲(chǔ)能用例中具有早期的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。第一批可充電鋅基電池于1996年問(wèn)世，最終用于為新加坡的中小型客車供電。電動(dòng)汽車和分布式能源的激增增加了對(duì)生產(chǎn)成本低廉的電池系統(tǒng)的需求。
鋅混合電池也有望為電網(wǎng)規(guī)模的解決方案提供專用電池，可以在成本方面超越其他的電池。金屬鋅被廣泛使用，而且其生產(chǎn)成本通常比鋰離子電池或液流電池更低。鋅混合電池在商業(yè)化進(jìn)程中處于早期階段，因此其成本比其他新興電池技術(shù)解決方案還要低。
在鋅混合電池中，多孔陽(yáng)極由大量鋅顆粒形成的，然后在放電期間實(shí)現(xiàn)電解質(zhì)飽和。通過(guò)氧化反應(yīng)在陰極處形成的的氫氧根離子移動(dòng)到鋅糊中以形成鋅酸鹽，從而釋放出電子，并進(jìn)入陰極。與液流電池類似，這項(xiàng)技術(shù)也適用于4小時(shí)儲(chǔ)能解決方案。
與鋰離子電池類似，采用鋅混合電池系統(tǒng)必須考慮電池的劣化，其中包括電池的補(bǔ)充、更換和處理，因?yàn)槠鋬?chǔ)能容量將會(huì)逐漸退化。鋅混合電池的整體效率通常低于鋰離子電池，平均為65％至70％。對(duì)于更高的充電和放電速率的應(yīng)用來(lái)說(shuō)略低，而對(duì)于更低的充電和放電速率的應(yīng)用來(lái)說(shuō)則更高。
預(yù)計(jì)鋅混合電池在可再生能源應(yīng)用中具有一定競(jìng)爭(zhēng)力，例如與太陽(yáng)能發(fā)電項(xiàng)目配套部署時(shí)。它們也適用于具有日常充電和放電周期的調(diào)峰應(yīng)用。與鋰離子電池解決方案相比，鋅混合電池和液流電池往往具有更寬的直流電壓工作范圍，并且所需的功率轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)成本更高一些。
選擇合適的電池
用戶需要選擇理想的電池，并設(shè)計(jì)最佳的系統(tǒng)和運(yùn)行策略來(lái)決定儲(chǔ)能項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益。了解不同電池技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和挑戰(zhàn)是用戶做出正確選擇的關(guān)鍵。
雖然沒(méi)有人確切知道未來(lái)哪一種電池將會(huì)成為最終獲勝的解決方案，但仍然會(huì)有多種選擇。最終用戶希望與交鑰匙供應(yīng)商和集成商開(kāi)展合作，這些供應(yīng)商和集成商可以幫助用戶配置適合其項(xiàng)目的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。
