被稱為引領(lǐng)新一輪電力工業(yè)革命的儲(chǔ)能技術(shù)，正隨著“雙碳”目標(biāo)的開展而變得炙手可熱。
而寧德時(shí)代——這個(gè)通常被認(rèn)為動(dòng)力電池領(lǐng)域的領(lǐng)軍者，依靠其深厚的技術(shù)積累，正在儲(chǔ)能行業(yè)爆發(fā)出驚人的力量。
8月6日，在央視播出的紀(jì)錄片《強(qiáng)國(guó)基石》第5集《逐夢(mèng)》講述了寧德時(shí)代電化學(xué)儲(chǔ)能最新技術(shù)——全球首創(chuàng)12000次循環(huán)長(zhǎng)壽命鋰離子電池的故事。
這一革命性的技術(shù)突破，讓寧德時(shí)代宏大的儲(chǔ)能版圖日漸清晰，并為受制于成本的儲(chǔ)能行業(yè)帶來了希望。
技術(shù)突破助力構(gòu)建新型電力系統(tǒng)
“雙碳目標(biāo)”的提出和實(shí)施，亟需儲(chǔ)能技術(shù)做支撐。
2020年9月，國(guó)家主席習(xí)近平正式宣布中國(guó)將力爭(zhēng)2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)在“雙碳”戰(zhàn)略下進(jìn)入了快速發(fā)展階段。風(fēng)電、太陽能發(fā)電等非化石能源的發(fā)展是推進(jìn)能源清潔低碳轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵，但其波動(dòng)性、間歇性，新能源裝備電網(wǎng)適應(yīng)性弱，制約了新能源大規(guī)模并網(wǎng)的安全運(yùn)行。
新能源的發(fā)展需要儲(chǔ)能等靈活性資源作為支撐，通過儲(chǔ)能系統(tǒng)保持電壓頻率穩(wěn)定、提供可靠備用電源、增強(qiáng)系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行的可靠性和靈活性、提高風(fēng)電和光伏發(fā)電的利用率。鋰電池儲(chǔ)能技術(shù)成熟、安全環(huán)保、響應(yīng)快，是提高大規(guī)模新能源消納重要手段，是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的堅(jiān)強(qiáng)基石。
但電池的循環(huán)壽命短制約著鋰電池在儲(chǔ)能領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用。
目前市場(chǎng)上常規(guī)的磷酸鐵鋰電池平均循環(huán)壽命只有3000~6000次，極大地限制了儲(chǔ)能電池服役時(shí)間。2016年，寧德時(shí)代承接“十三五”重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“智能電網(wǎng)技術(shù)與裝備”重點(diǎn)專項(xiàng)“100MWh級(jí)新型鋰電池規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用”。開發(fā)循環(huán)壽命更長(zhǎng)的鋰離子電池就是該專項(xiàng)的重點(diǎn)內(nèi)容之一。
歷經(jīng)四年，寧德時(shí)代實(shí)現(xiàn)了全生命周期陽極鋰離子補(bǔ)償技術(shù)在儲(chǔ)能領(lǐng)域的工業(yè)化應(yīng)用，將鋰離子電池的壽命延長(zhǎng)到12000次循環(huán)，遠(yuǎn)超當(dāng)前市場(chǎng)的平均水平。
不僅如此，寧德時(shí)代還突破了大規(guī)模儲(chǔ)能在安全、能效等方面的技術(shù)瓶頸，創(chuàng)新開發(fā)出長(zhǎng)壽命、高安全、高轉(zhuǎn)換效率的鋰電儲(chǔ)能體系，取得五大突破性科研成果：超長(zhǎng)壽命電池技術(shù)，高一致性模塊集成與管理技術(shù)，高置信度電池壽命預(yù)測(cè)技術(shù)，大規(guī)模電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)中單元及模塊的安全性評(píng)測(cè)方法、標(biāo)準(zhǔn)，百兆瓦時(shí)級(jí)大規(guī)模電池儲(chǔ)能電站統(tǒng)一調(diào)度與控制技術(shù)。
各項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)成果成功集成應(yīng)用于福建晉江百兆瓦時(shí)級(jí)儲(chǔ)能電站（以下簡(jiǎn)稱晉江儲(chǔ)能電站）試點(diǎn)項(xiàng)目一期（30MW/108MWh），達(dá)成了行業(yè)標(biāo)桿級(jí)的技術(shù)指標(biāo)。
調(diào)頻方面，晉江儲(chǔ)能電站實(shí)現(xiàn)了調(diào)節(jié)速率≈180MW/min，調(diào)節(jié)精度偏差≈0.076MW，調(diào)度響應(yīng)時(shí)間≈3s的優(yōu)異調(diào)頻性能。而高精度的SOC算法則實(shí)現(xiàn)了SOC估算誤差小于5%。晉江儲(chǔ)能電站還實(shí)現(xiàn)了全功率響應(yīng)時(shí)間小于200毫秒，而國(guó)際水平普遍大于500毫秒。
高效熱電管理技術(shù)，讓電池簇內(nèi)動(dòng)態(tài)溫差小于4攝氏度，單元系統(tǒng)內(nèi)電池動(dòng)態(tài)溫差小于5攝氏度，保障了電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
在多項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)的加持下，晉江儲(chǔ)能電站實(shí)現(xiàn)了智慧的負(fù)荷管理，保障電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、高效、低成本運(yùn)行。該電站可為附近3個(gè)220kV重負(fù)荷的變電站提供調(diào)峰調(diào)頻服務(wù)，平均日調(diào)頻里程可達(dá) 32000MW。
2020年1月15日，晉江儲(chǔ)能電站第一期順利并網(wǎng)，截至2021年7月1日，電站已安全運(yùn)行535天，總放電量達(dá)68.52GWh。按照一個(gè)三口之家每年用電3000度來計(jì)算，相當(dāng)于可以為超過15萬戶家庭供電。且其電池循環(huán)壽命高達(dá)12000次，按本地調(diào)度指令每天1.5-2.0次充放電，服役壽命預(yù)計(jì)超20年。
這座百兆瓦級(jí)儲(chǔ)能電站不僅成功獲評(píng)國(guó)家能源局首批科技創(chuàng)新（儲(chǔ)能）試點(diǎn)示范項(xiàng)目，其優(yōu)異的調(diào)頻性能，還將打破全國(guó)調(diào)頻市場(chǎng)傳統(tǒng)格局，加速替代水電調(diào)頻和火電調(diào)頻，降低各發(fā)電企業(yè)調(diào)頻分?jǐn)傎M(fèi)用，促進(jìn)電力輔助服務(wù)市場(chǎng)調(diào)峰和調(diào)頻資源進(jìn)一步細(xì)分，提高儲(chǔ)能調(diào)頻市場(chǎng)占比。
此外，晉江儲(chǔ)能電站還獲得了全國(guó)首張獨(dú)立儲(chǔ)能電站發(fā)電業(yè)務(wù)許可證（發(fā)電類），正式開啟儲(chǔ)能電站商業(yè)化運(yùn)營(yíng)之路，為行業(yè)提供了可復(fù)制、可推廣的技術(shù)支撐和落地經(jīng)驗(yàn)，有力支撐了新型電力系統(tǒng)的建設(shè)。
寧德時(shí)代的儲(chǔ)能B面
在公眾印象中，動(dòng)力電池是寧德時(shí)代的王牌產(chǎn)品。事實(shí)上，寧德時(shí)代在創(chuàng)立之初便布局了儲(chǔ)能，并參與了當(dāng)時(shí)全球最大的風(fēng)光儲(chǔ)輸新能源綜合利用平臺(tái)——張北儲(chǔ)能項(xiàng)目。
近幾年來，在交通電動(dòng)化政策的助力下，動(dòng)力電池技術(shù)進(jìn)步一日千里。而在此之前，儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展機(jī)遇尚未到來，寧德時(shí)代更側(cè)重儲(chǔ)能技術(shù)的研發(fā)和積累。
2018年，隨著電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能熱潮的開啟，國(guó)內(nèi)儲(chǔ)能市場(chǎng)開始進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。2018年底，我國(guó)電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)累計(jì)1036.03MW，同比增長(zhǎng)144.79%；到2020年我國(guó)電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)已經(jīng)達(dá)到3.27GW。
寧德時(shí)代依靠動(dòng)力電池技術(shù)上的積累，快速切入儲(chǔ)能市場(chǎng)，并實(shí)現(xiàn)了高速發(fā)展。根據(jù)中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟發(fā)布的《儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)研究白皮書2021》，寧德時(shí)代是2020年國(guó)內(nèi)電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目裝機(jī)最多的技術(shù)提供商。這是繼2019年之后，寧德時(shí)代第二次獲此殊榮。
儲(chǔ)能電池與動(dòng)力電池在電芯技術(shù)上有相通性，不過由于應(yīng)用場(chǎng)景不同，儲(chǔ)能電池與動(dòng)力電池在性能和技術(shù)特性上還是存在一定的差異。寧德時(shí)代并沒有將產(chǎn)品進(jìn)行簡(jiǎn)單的移植，而是積極構(gòu)建全面的產(chǎn)品體系。這一系列產(chǎn)品體系包括了電芯、模組、電柜、電池系統(tǒng)，并基于化學(xué)安全、高壓安全、機(jī)械安全、功能安全四大方面以提供安全的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
2020年，董事長(zhǎng)曾毓群宣布寧德時(shí)代在三大戰(zhàn)略發(fā)展方向上不懈努力：一是，以可再生能源發(fā)電和儲(chǔ)能，替代固定式化石能源；二是，以動(dòng)力電池助力電動(dòng)車發(fā)展，替代移動(dòng)式化石能源；三是以電動(dòng)化+智能化的集成應(yīng)用創(chuàng)新，加快各領(lǐng)域的新能源替代進(jìn)程。
原本就是寧德時(shí)代主營(yíng)業(yè)務(wù)之一的儲(chǔ)能，從戰(zhàn)略層面得到了加強(qiáng)。在儲(chǔ)能行業(yè)具備全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)實(shí)力積累的寧德時(shí)代，已經(jīng)開始全面布局儲(chǔ)能業(yè)務(wù)。
2021年，寧德時(shí)代繼續(xù)在儲(chǔ)能領(lǐng)域大展拳腳。晉江儲(chǔ)能電站的成功，為寧德時(shí)代繼續(xù)開拓大規(guī)模儲(chǔ)能項(xiàng)目奠定了基礎(chǔ)。
6月，國(guó)網(wǎng)綜能與寧德時(shí)代聯(lián)手、共同投資的福建吉瓦級(jí)寧德霞浦儲(chǔ)能項(xiàng)目正式開工。項(xiàng)目總投資9億元，總規(guī)模400兆瓦時(shí)。7月，由寧德時(shí)代與國(guó)網(wǎng)綜能及華電公司共同投資建設(shè)的國(guó)網(wǎng)時(shí)代華電大同300MW/600MWh儲(chǔ)能項(xiàng)目正式開工，實(shí)現(xiàn)了從100MWh級(jí)到600MWh級(jí)的跨越。
從發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)到用戶側(cè)，寧德時(shí)代已成功參與發(fā)、輸、配、用多項(xiàng)儲(chǔ)能項(xiàng)目。在發(fā)電側(cè)，寧德時(shí)代為新能源場(chǎng)站的安全運(yùn)行及新能源電量的消納提供了全新的解決方案；在電網(wǎng)側(cè)，寧德時(shí)代儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了多種功能，提升電網(wǎng)靈活性，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、高效、低成本運(yùn)行；用電側(cè)儲(chǔ)能方面，寧德時(shí)代儲(chǔ)能產(chǎn)品已成功應(yīng)用于大型工商業(yè)與住宅領(lǐng)域，并擴(kuò)展至通信基站備電、UPS備電、島嶼微網(wǎng)、光儲(chǔ)充檢智能充電站等新興應(yīng)用，最大化利用能源實(shí)現(xiàn)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。
隨著以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的加速推進(jìn)，中國(guó)儲(chǔ)能業(yè)務(wù)將迎來快速發(fā)展。據(jù)光大證券測(cè)算，2020-2030年我國(guó)儲(chǔ)能需求空間累計(jì)3.9TWh，2020-2060年我國(guó)儲(chǔ)能市場(chǎng)空間累計(jì)為94TWh；2030年儲(chǔ)能投資市場(chǎng)空間1.3萬億元，2060年5萬億元。依據(jù)先期的戰(zhàn)略布局和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，寧德儲(chǔ)能業(yè)務(wù)有望成為動(dòng)力電池之外的第二增長(zhǎng)動(dòng)力。國(guó)信證券認(rèn)為，寧德時(shí)代有望最終占據(jù)15%-20%的儲(chǔ)能市場(chǎng)份額。
多元技術(shù)支撐儲(chǔ)能商業(yè)化
然而，儲(chǔ)能雖好，卻長(zhǎng)期以來受制于商業(yè)模式。
無論是曾經(jīng)火熱而又歸于沉寂的電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能，還是依靠新能源強(qiáng)制配儲(chǔ)政策短暫繁榮的新能源電源側(cè)儲(chǔ)能，都繞不開儲(chǔ)能電站因?yàn)槿狈ο到y(tǒng)定位，沒有穩(wěn)定、健康、可持續(xù)盈利模式的問題。
曾毓群曾經(jīng)表示，電化學(xué)儲(chǔ)能的大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用，離不開儲(chǔ)能政策和市場(chǎng)環(huán)境的改善。但在國(guó)家推出相關(guān)政策之前，寧德時(shí)代并沒有“等靠要”，而是主動(dòng)尋找機(jī)會(huì)，用技術(shù)創(chuàng)新為行業(yè)的發(fā)展提供助力。
隨著“碳中和”成為全球共識(shí)，新能源產(chǎn)業(yè)已進(jìn)入到多層次、多類型、多元化發(fā)展階段，愈發(fā)細(xì)分的市場(chǎng)對(duì)電池提出了差異化的需求；同時(shí)，世界范圍內(nèi)對(duì)于電池基礎(chǔ)材料的研發(fā)速度正在加快。在這一背景下，寧德時(shí)代立足自身領(lǐng)先的鋰離子電池技術(shù)，正在探索布局多元電池技術(shù)體系，來滿足不同細(xì)分市場(chǎng)需求，并尋求新的技術(shù)突破方向。
7月29日，寧德時(shí)代發(fā)布了第一代鈉離子電池。寧德時(shí)代稱，其開發(fā)的第一代鈉離子電池，電芯單體能量密度已經(jīng)達(dá)到了160Wh/kg，為目前全球最高水平。在常溫下充電15分鐘，電量可達(dá)80%。而在零下20°C低溫的環(huán)境下，仍然有90%以上的放電保持率，同時(shí)在系統(tǒng)集成效率方面，也可以達(dá)到80%以上。
除了性能優(yōu)越之外，布局鈉離子電池還有資源安全方面的考慮。鈉離子電池的電極材料主要是鈉鹽，相比于金屬鋰而言，鈉不僅獲得容易，而且價(jià)格便宜。資料顯示，目前我國(guó)80%的鋰資源供應(yīng)依賴進(jìn)口，是全球鋰資源第一大進(jìn)口國(guó)。我國(guó)電動(dòng)汽車和儲(chǔ)能的快速發(fā)展更加速了我國(guó)鋰資源的稀缺程度，過高的對(duì)外依存度嚴(yán)重影響能源安全。
在應(yīng)用場(chǎng)景上，第一代鈉離子電池不僅可應(yīng)用于各種交通電動(dòng)化，尤其在高寒地區(qū)具有突出優(yōu)勢(shì)，還可靈活適配儲(chǔ)能領(lǐng)域全場(chǎng)景的應(yīng)用需求。寧德時(shí)代還在積極探索鈉離子電池的更進(jìn)一步創(chuàng)新。下一代鈉離子電池能量密度研發(fā)目標(biāo)是200Wh/kg以上。目前，寧德時(shí)代已啟動(dòng)鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化布局，2023年將形成基本產(chǎn)業(yè)鏈。
“電池的化學(xué)體系依然可以創(chuàng)新，電化學(xué)的世界就像能量魔方未知遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于已知?！痹谷旱倪@句話是對(duì)寧德時(shí)代不斷探尋新技術(shù)路線的最好注解。技術(shù)路線的不斷創(chuàng)新，不僅有利于充分發(fā)揮科研團(tuán)隊(duì)的主觀能動(dòng)性，也為整個(gè)行業(yè)的發(fā)展提供多元化解決方案，確保行業(yè)健康穩(wěn)定發(fā)展。
儲(chǔ)能技術(shù)創(chuàng)新不斷實(shí)現(xiàn)的同時(shí)，國(guó)家層面的政策支持也在不斷地完善。
7月，國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見》（下稱《指導(dǎo)意見》）?！吨笇?dǎo)意見》中不僅強(qiáng)調(diào)了要加快鈉離子電池等技術(shù)開展規(guī)模化試驗(yàn)示范，還提出要明確新型儲(chǔ)能獨(dú)立市場(chǎng)主體的地位，并要求建立新型儲(chǔ)能的價(jià)格機(jī)制。
按照政策，儲(chǔ)能電站將不再是作為火電、新能源的附屬設(shè)施，而是以獨(dú)立市場(chǎng)主體身份參與中長(zhǎng)期、現(xiàn)貨和輔助服務(wù)等各類電力市場(chǎng)。新型儲(chǔ)能價(jià)格機(jī)制則要建立電網(wǎng)側(cè)獨(dú)立儲(chǔ)能電站容量電價(jià)機(jī)制，同時(shí)逐步推動(dòng)儲(chǔ)能電站參與電力市場(chǎng)；研究探索將電網(wǎng)替代性儲(chǔ)能設(shè)施成本收益納入輸配電價(jià)回收。完善峰谷電價(jià)政策，為用戶側(cè)儲(chǔ)能發(fā)展創(chuàng)造更大空間。
《指導(dǎo)意見》中提到的2025年新型儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模30GW以上和2030年實(shí)現(xiàn)新型儲(chǔ)能全面市場(chǎng)化發(fā)展，為儲(chǔ)能——尤其是電化學(xué)儲(chǔ)能——描繪了美好的發(fā)展前景。
積極的產(chǎn)業(yè)政策為儲(chǔ)能行業(yè)健康、可持續(xù)的發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。而多元技術(shù)路線的齊頭并進(jìn)，助力了儲(chǔ)能成本不斷下降，同時(shí)給儲(chǔ)能提供了更多的商業(yè)化空間。
