中國儲能網(wǎng)訊：在新能源為主體的新型電力系統(tǒng)構(gòu)建中，新型儲能正在迎來全新的歷史使命。2022年7月，國家發(fā)展改革委、國家能源局發(fā)布了關(guān)于加快推動新型儲能發(fā)展的指導(dǎo)意見，提出到2025年，新型儲能裝機規(guī)模將達到3000萬千瓦以上，2030年實現(xiàn)新型儲能全面市場化發(fā)展。
作為最早一批關(guān)注儲能的早期投資機構(gòu)，險峰自2021年初先后投資了云儲、大鋅、理谷等一批儲能領(lǐng)域的初創(chuàng)企業(yè)；此外，我們也與業(yè)內(nèi)知名科研學(xué)者、產(chǎn)業(yè)專家保持著密切互動。在剛剛過去的12月里，險峰聯(lián)合甲子光年、36氪、清華大學(xué)THU碳中和研究協(xié)會進行了一場名為《新型儲能技術(shù)的現(xiàn)狀與走向》的直播連線，本次活動中：
我們請到了：
中國電力科學(xué)研究院資深專家 來小康
中國能源建設(shè)集團 資深儲能專家 楚攀
大連化物所研究員 劉濤
西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院教授 王鵬飛
我們聊到了：
當(dāng)前新型儲能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
不同儲能技術(shù)的特點與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用前景、商業(yè)模式比較
未來新型儲能產(chǎn)業(yè)格局展望
對儲能方向投資創(chuàng)業(yè)的建議
一、“鋰電不能包打天下，但這不代表所有電池都能活下來”
來小康：從行業(yè)特征來看，儲能和電動車很不一樣，電動車更關(guān)注能量密度，而儲能關(guān)注三個要素：長壽命、低成本、高安全。對于以鋰電為代表的化學(xué)儲能來說，長壽命相對容易實現(xiàn)，低成本隨著規(guī)模提升也會逐步解決，最難解決的還是安全性問題。
可以說正是為了破解安全問題，才誕生出了不同的儲能技術(shù)路徑，比如從本征角度出發(fā)，衍生出了固態(tài)電池或者水系電池；再比如干脆打破整個體系，由此衍生出液流電池和物理壓縮空氣儲能。
在我看來，鋰電相當(dāng)于一把非常漂亮的瑞士軍刀，各個功能都不錯，但有了瑞士軍刀不代表我們不要剪刀、改錐或水果刀；從這個角度講，我認(rèn)為未來一定會有其他儲能新技術(shù)崛起的機會，但相比于鋰電池這把瑞士軍刀，新技術(shù)一定要某一點上特別突出好用，而且沒有致命的短板——如果性能上不去，或者用起來太麻煩，有物理極限，那這種技術(shù)可能就不會有太大前景。
現(xiàn)階段我不會對哪項技術(shù)特別青睞，但我認(rèn)為新技術(shù)需要考慮到長時間尺度的儲能問題。新能源的兩大難題的就是波動性和間歇性，波動性就是白天有云飄來飄去，間歇性就是白天有太陽晚上沒有，現(xiàn)在我們儲能技術(shù)可以解決白天一朵云飄過來的問題，但晚上沒電暫時還沒有解決，只能靠一些常規(guī)化的石能源頂上，以后可再生能源高比例了，間歇性問題會越來突出，這就是未來必須要解決的問題。
險峰：物理儲能、液流和水系電池，您比較看好或不看好哪個技術(shù)？它們具體的產(chǎn)業(yè)化難度如何？
來小康：物理壓縮空氣對地質(zhì)條件有一定要求，比如當(dāng)?shù)匾写罅康膸r穴資源，一定要大規(guī)模使用才能夠成本可控。
液流電池在長時間尺度上有優(yōu)勢，鋰離子和鈉離子電池因為涂布電極的限制，很難能堅持十小時以上，但液流電池可以做到非常持久，不過它的問題是成本，我們知道能源是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)，能源必須要足夠便宜，制造業(yè)才有競爭力，如果太貴了肯定沒有市場。
路徑方面，現(xiàn)階段沒人能判斷誰會勝出，原則上還是要“突出強項，彌補短板”，這里我提兩個方向供參考。
一是支撐技術(shù)，比如高通量計算、先進制備技術(shù)、分析測評技術(shù)、電池管理技術(shù)，傳感技術(shù)。支撐技術(shù)是儲能的基礎(chǔ)，舉個例子，有了可靠的傳感技術(shù)，電池安全預(yù)警才有可能實現(xiàn)，而這些技術(shù)在過去是相對容易被忽略的。
二是集成技術(shù)，比如電池組怎么集成，冷卻消防怎么集成，和電網(wǎng)結(jié)合后，構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)、跟網(wǎng)型技術(shù)以及后面彈性電網(wǎng)所需的黑啟動技術(shù)、即插即用技術(shù)等，都是很重要的環(huán)節(jié)，相關(guān)的產(chǎn)業(yè)鏈很長，市場也非常巨大。
未來，儲能領(lǐng)域一定能跑出一批成功的企業(yè)，但也會有一批“烈士”，連撫恤金都沒有，我認(rèn)為在技術(shù)路徑的選擇上，一定要先想清楚，你的技術(shù)是不是長久有效，還只是曇花一現(xiàn)，“鋰電不能包打天下”這沒有錯，但這不代表所有電池都能活下來。
二、“留給其他儲能技術(shù)的時間窗口可能只有十年”
楚攀：獨立儲能電站是個很新的事物，它的一個重要特點就是單體項目的建設(shè)規(guī)模很大，我記得中國最早的百兆瓦時儲能電站出現(xiàn)在2018年，當(dāng)時還是非常罕見的，但僅僅過了3年，到2021年的時候，百兆瓦時就已經(jīng)成了行業(yè)標(biāo)配。
隨著儲能電站規(guī)模的增大，問題也隨之而來——100/200MWh的儲能電站，需要非常多的電池進行串并聯(lián)，不斷升壓、增大電流，提升功率，這就對電路設(shè)計以及交流側(cè)、直流側(cè)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化提出了需求，也由此誕生了6種解決方案：
最常見大儲能解決方案的是集中式（也有人稱為低壓式）。它的結(jié)構(gòu)最簡單、投資成本也最低，后續(xù)安裝、運維成本都很便宜，對運維人員要求也不高，這是它的優(yōu)勢。
但這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并不是為大規(guī)模儲能設(shè)計的，在它誕生的時候，項目規(guī)模一般不超過20MWh，當(dāng)放大到百兆瓦時規(guī)模，就會出現(xiàn)越來越多的問題，比如直流拉弧、直流側(cè)的并聯(lián)容量損失、并聯(lián)環(huán)流等等。這些問題已經(jīng)嚴(yán)重影響了集中式儲能電站的安全和效率。雖然集中式解決方案的缺點很多，但基于歷史慣性，目前，集中式依然是市場上增量最大、占有率最高的解決方案。
第二種方案叫交流側(cè)多分支并聯(lián)，市場上俗稱“大組串”。它的做法很巧妙，將集中式逆變器分散為組串式逆變器，將直流側(cè)的并聯(lián)，轉(zhuǎn)化為交流的的并聯(lián)，且每個組串式逆變器串聯(lián)的電池簇規(guī)模更小、集成度更高、模塊化更強，消除了集中式方案的三大隱患，運維方面也更靈活更簡單了。
現(xiàn)在這種直流側(cè)的電池簇已經(jīng)做成了標(biāo)品，比如寧德時代的372度的電池柜，就能和大組串方案完美契合，交流側(cè)的并聯(lián)數(shù)量可以達到16個，一個小的儲能單元可以做到5MWh以上，效率（與集中式相比）能提高4%以上，在市場上也非常受到關(guān)注，有可能成為明年的大儲主流方案之一。
第三個方案的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更復(fù)雜，但有個簡單的名字，叫智能組串式。它對電池簇的控制精度更高，不僅分模塊、分區(qū)管理，在每個電池包上還有額外的優(yōu)化器。智能組串式最大的優(yōu)勢是對電芯的兼容性比較強，可以用一致性較差的電芯做一套功能不錯的系統(tǒng)。它的劣勢是過于復(fù)雜，擁有一級直流變換和一級交流變換共兩級變換，所以效率比較低，只有83%~84%左右，成本又比集中式高了15%~20%，所以在市場上推廣比較困難，業(yè)主的認(rèn)可度不高。
第四個方案叫直流側(cè)多分支并聯(lián)，俗稱集散式方案，它與集中式方案最大的區(qū)別是每個電池簇在并聯(lián)接入直流母線前加了DC/DC隔離，避免了并聯(lián)容量損失和并聯(lián)環(huán)流，比較好的解決了安全問題。但額外的 DC/DC隔離，讓整個系統(tǒng)多了一層能量損耗，整體的效率表現(xiàn)與集中式相當(dāng)，不如第二種大組串式，除此之外沒有其他優(yōu)勢。
目前用這個方案最多的是特斯拉，國內(nèi)也有一些企業(yè)在跟進，但基本是以出海為主，因為特斯拉在海外儲能市場很強勢，占有率也很高，中國企業(yè)如果用同一套方案去競標(biāo)，價格還能做到更低，可能是個不錯的競爭策略。
第五個方案在二級市場關(guān)注度比較高，叫做高壓級聯(lián)或者高壓直掛，僅從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中也能看出，它跟前四種有很大區(qū)別。
前四種方案，電流從逆變器出來后再升壓，而高壓直掛是在逆變成交流之后再串聯(lián)（串聯(lián)達到升壓的目的），這就省去了專門的升壓過程。
高壓直掛的方案中少了升壓環(huán)節(jié)后，效率就會提升，由于其特殊的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并聯(lián)容量損失、并聯(lián)環(huán)流問題也都不存在了，最終效率可以做到88%~90%，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，高度模塊化的難度較大，所以項目的交付速度比較慢，對后期的運營維護的要求也更高。
目前資本市場對高壓直掛路線比較關(guān)注，不過真正落地的項目還不多，從2022年新增儲能項目來看，高壓直掛的市占率不超過5%。
第六種方案叫分布式能源塊，它的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和大組串很像，最近兩年才開始應(yīng)用在大儲領(lǐng)域，之前主要用在工商業(yè)側(cè)儲能。
分布式能源塊是將逆變器、電池簇、EMS、BMS等所有功能子單元都集中到一個單獨的小機柜里，大組串有的優(yōu)勢它都有，而且布置更加靈活，只是因為現(xiàn)在供應(yīng)鏈體系不夠成熟，成本上有劣勢，但未來前景值得期待的。
總的來說，目前各種技術(shù)路徑中，只有第1、2、6三種方案有100MW以上的項目落地，其中分布式能量塊方案在消防上有額外優(yōu)勢，因為單個機柜可以做得更小，所包含的電芯數(shù)量也少。當(dāng)然，前5種方案也可以用pack級的消防方案來提升運行安全，不過成本會提升。
2023年大儲解決方案中，集中式一家獨大的局面一定會被打破，而第二、六種方案都是非常有力的競爭者。大儲方面，“大組串”可能是增速最快的技術(shù)路線，從工商業(yè)側(cè)來看，分布式能量塊的優(yōu)勢更大一些，因為高度模塊化、部署靈活性以及高運行效率，都會使其具備強大的有競爭力。
險峰：有哪些看好或者不好的儲能技術(shù)路線？
楚攀：2022年，資本市場對儲能關(guān)注的熱點轉(zhuǎn)移非常快，我記得三四月份時還在流行重力儲能，就是把一個25噸~35噸的混凝土塊，用起重機吊到高處，通過重力勢能來儲能，非常有創(chuàng)意；到七八月份又在炒作熔融鹽儲熱，下半年又陸續(xù)炒液流電池、壓縮空氣和鈉離子電池。
我覺得造成這個現(xiàn)象的重要原因之一，就是鋰電相關(guān)的投資標(biāo)的都太貴了，投資人都希望在低點進去、在高點退出，所以想尋找一些優(yōu)質(zhì)且便宜的標(biāo)的，于是就把其他儲能技術(shù)都挨個過一遍；此外，就是大家覺得鋰電池儲能的發(fā)展遇到瓶頸了，發(fā)展沒有之前那么好了，進入停滯期了。
大部分有這種想法的人，可能都不是做鋰電研發(fā)的，或者和一線研發(fā)人員交流比較少。事實上，現(xiàn)在鋰電池尤其是磷酸鐵鋰電池處于歷史上最好的發(fā)展時期，因為理論模型越來越成熟，數(shù)據(jù)也越來越豐富，現(xiàn)在鋰電池研發(fā)已經(jīng)是基于大數(shù)據(jù)的仿真，很多材料和結(jié)構(gòu)在實驗前都已經(jīng)用仿真技術(shù)篩選過了，研發(fā)效率非常高，這種優(yōu)勢是其他技術(shù)路線所不具備的。
未來七八年會是鋰電池，尤其是磷酸鐵鋰發(fā)展的高速發(fā)展期，這種發(fā)展會導(dǎo)致兩個變化，一是鋰電池的一致性越來越好，差異性會低于1%甚至0.5%；二是鋰電池壽命會越來越長，現(xiàn)在一線廠家的電芯壽命大概能做到8000次，到2026年預(yù)計會到12000次，2030年能做到15000次甚至更多。
壽命的增加一倍，意味著到2030年，鋰電項目的初投資成本會比2022年便宜一半左右；在不考慮電價，只看全壽命周期里儲存\釋放電能成本的前提下，未來鋰電儲能的度電成本大概率會低于2毛錢——這個價格不僅低于所有其他的儲能技術(shù)，僅僅比比抽水蓄能稍貴。但鋰電池儲能在響應(yīng)速度、充放電速度、有功無功的支撐、都比抽水蓄能做得更好。
希望大家不要忽略鋰電快速發(fā)展的潛力，不要看它目前標(biāo)的絕對值高，還要關(guān)注它的相對價值，還要看到它的增長空間，或許5年、10年過后，大家回頭再看，會覺得鋰電池的標(biāo)的好便宜，會后悔自己當(dāng)時怎么沒出手。
從這個角度來說，留給其他儲能技術(shù)的時間窗口，可能就是“十四五”、“十五五”了，如果沒能跑出來，那2030年后就會面臨鋰電儲能非常強力的全面圍剿。
三、“相比鋰電，鈉電池更像是一種防御型武器”
楚攀：我不是鈉離子電池專家，只是談?wù)剛€人的看法。首先，我覺得市場對于鈉離子電池的期待過于迫切了，希望它在短期內(nèi)就能和鋰離子電池二分天下，但目前看不太樂觀。
事實上，現(xiàn)在鈉離子電池做的比較好的還是鋰電的巨頭們，這個結(jié)論可能會讓一些投資人感到心涼。
因為國內(nèi)鈉離子電池和鋰離子電池的工藝是高度相似的，鋰電巨頭轉(zhuǎn)型做鈉電，無論是產(chǎn)量還是質(zhì)量，都可以快速超過初創(chuàng)公司，除非鈉離子電池完全突破目前的材料體系，換一套工藝，那新公司可能更有優(yōu)勢。目前，創(chuàng)業(yè)公司想在鈉離子電池上超過鋰電池巨頭，難度很大，除非出現(xiàn)階躍性的技術(shù)突破。
第二，未來鈉離子電池在行業(yè)發(fā)展中扮演什么樣的角色？站在鋰電池巨頭的視角，鈉離子電池不是進攻型武器而是用來制衡的防御性武器，是為了反制鋰電上游對鋰電池企業(yè)的無休止的壓榨而存在的。鈉電池的發(fā)展可以減輕鋰電池企業(yè)對鋰資源的依賴，但不是為了取代。
第三，鈉電池的循環(huán)壽命，能量密度、充放電倍率目前看都很難與鋰電池媲美，無論是用于動力還是儲能，短期內(nèi)都難以替代鋰電池。鈉電池為了快速推廣，非常有可能跟鋰電池混搭，組成一套鈉鋰混合動力系統(tǒng)，但這種混合動力系統(tǒng)什么時候能成熟起來也很難說，也許是2024年。
現(xiàn)在有很多人都在講，2023年是鈉電電池的元年，會有一些兩輪車或者A00級車大規(guī)模的采用鈉電池動力系統(tǒng)，有點偏樂觀。2023年肯定會有一些示范應(yīng)用項目，真正規(guī)?；耐茝V可能要到2025年，不過這也都是我的猜測，僅供參考。
險峰：在儲能行業(yè)，是否存在一些比較清晰的商業(yè)模式和場景，這些需求會來自哪里？
楚攀：對儲能公司來說，能不能存活下來，選取的切入點很重要，比如選擇做電芯、BMS或者EMS，這些領(lǐng)域的創(chuàng)業(yè)公司的生存可能會比較艱難。
電芯未來十年的格局已經(jīng)基本定了，能上市的公司基本都已經(jīng)上市，沒上市的可能也比較難上市了；而BMS、EMS或者溫控這些，在儲能系統(tǒng)中占比低、價值低、話語權(quán)也低，雖然儲能系統(tǒng)的安全非常重要，但還不是決定性環(huán)節(jié)，很難出現(xiàn)快速增長的公司。
相比之下，逆變器是電化學(xué)儲能領(lǐng)域技術(shù)門檻最高的一環(huán)，如果技術(shù)方面有優(yōu)勢，特別是能開發(fā)出用于幾百兆甚至吉瓦級大型儲能項目的逆變器，這樣的團隊可能比較有機會。
目前，最有前景的儲能創(chuàng)業(yè)公司，可能還是具備核心研發(fā)能力的儲能系統(tǒng)集成公司，比如剛剛提到了六種技術(shù)路線，如果一個公司具有很強的研發(fā)能力，能夠研發(fā)出新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，成為一個技術(shù)路線的原創(chuàng)或者領(lǐng)頭羊，這種公司會在市場上長期存活且可能做大。
現(xiàn)在很多公司進入儲能領(lǐng)域，切入點基本都是儲能系統(tǒng)集成，比如原來做電芯、風(fēng)電、光伏的，都開始做系統(tǒng)集成。長久看，哪種公司可以活下來呢？一類是有成本優(yōu)勢，比如電芯企業(yè)轉(zhuǎn)型做儲能系統(tǒng)集成，因為電芯占儲能系統(tǒng)成本的60%，只要技術(shù)方案做的還可以，就可以靠著成本優(yōu)勢活下來；第二類就是有很強的研發(fā)能力，特別是研發(fā)儲能逆變器的，能不斷推出新拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和先進儲能解決方案的，此類型的公司就可以吃到技術(shù)紅利，也會發(fā)展的不錯。
這兩類公司未來發(fā)展前景都很不錯。關(guān)于儲能創(chuàng)業(yè)團隊的配置，首先專業(yè)配置要齊全，比如必須要有在電力電子方面深厚積累的帶頭人，然后有做電氣一次、電氣二次、熱管理、結(jié)構(gòu)方面以及比較強的產(chǎn)品經(jīng)理和銷售，一個精干的團隊，10~20人左右，就能把公司運營得不錯。
險峰：如何看待EMS的技術(shù)門檻和創(chuàng)業(yè)機會？
楚攀：EMS不難做，本質(zhì)上就是一套工業(yè)控制軟件，需要設(shè)計者理解電化學(xué)儲能電站運行原理以及一些電網(wǎng)控制原理及標(biāo)準(zhǔn)，有一定的技術(shù)門檻，但不高，其復(fù)雜程度要比大型工業(yè)系統(tǒng)的控制簡單很多。
如果一家創(chuàng)業(yè)公司只做EMS，未來遇到的競爭肯定會越來越大，但如果可以拓展業(yè)務(wù)，把大型儲能項目的運維服務(wù)也納入進來，通過更先進的算法，幫甲方獲得更多利潤，起步早的話還是有機會做大的?，F(xiàn)在這種類型的公司還不多，已經(jīng)看到有團隊在做類似的事情了。
險峰：如何評價壓縮空氣技術(shù)路線？
楚攀：這幾年壓縮空氣儲能有很多新進展，不過核心還是如何解決成本和效率問題，目前它的單位千瓦造價還在7000元~8000元，未來至少要降到6000以下才具備競爭力；同時，全系統(tǒng)的電到電的循環(huán)效率也要提升到70%以上，才會具備不錯的競爭力和發(fā)展前景。
壓縮空氣儲能發(fā)展面臨一個比較大的限制是儲氣，如果想低成本發(fā)展，大容量的地下儲氣場所必不可少，一個“300MW×5小時”的壓縮空氣項目需要的儲氣空間超過50萬立方，這要求儲氣場所必須有較大的埋深，比如地下400米以下，還要有很好的密封性。
若這些問題都能解決，壓縮空氣還是很有前景的。
四、“長時儲能領(lǐng)域，全釩液流電池值得期待”
劉濤：這張圖大家想必不會陌生，很多人都引用過。
其中，橫坐標(biāo)代表不同儲能技術(shù)系統(tǒng)輸出功率，越往右就是系統(tǒng)功率越大，縱坐標(biāo)是放電時長，越往上越適合長時儲能，因此未來可以做成大規(guī)模儲能的種子選手，也就是右上角的這幾個。
抽水蓄能不必多說，目前占比在90%以上，是絕對主力；液流電池、壓縮空氣、鋰離子/鈉離子電池、鉛碳電池也很適合規(guī)模儲能。鈉硫電池本來也很合適大規(guī)模儲能，但這些年由于安全問題，已不太受關(guān)注。
電化學(xué)儲能這幾年的發(fā)展速率是高于抽水儲能，從原來不足10%到現(xiàn)在超過10%，未來占比會更多。各種電化學(xué)儲能技術(shù)中，鉛酸/鉛碳電池肯定是成本最低的，它最大的問題還是壽命和循環(huán)次數(shù)，我們國家的鉛回收技術(shù)還是比較成熟的，所以環(huán)保不是大問題，但循環(huán)壽命確實是大短板。
鋰離子電池整個產(chǎn)業(yè)鏈都很成熟、系統(tǒng)效率也比較高，成本方面大家也接受，是目前除了鉛酸電池外最經(jīng)濟的選擇，循環(huán)壽命上可以做到五六千次，但安全性是其短板，也是目前研究的熱點。鈉離子電池資源豐富，是鋰離子電池很好的補充，但尚處于示范應(yīng)用階段，離大規(guī)模應(yīng)用還需要一段時間。液流電池在安全性、長壽命方面都有其本質(zhì)上的優(yōu)勢，比較適合大規(guī)模儲能，但一方面效率不如鋰電高，目前成本偏高也限制了其大規(guī)模應(yīng)用。
對于哪種儲能技術(shù)最有前景，目前還很難做出確定性的結(jié)論，還需要時間來通過各個示范項目的應(yīng)用結(jié)果來決定。國家發(fā)改委和能源局在3月份發(fā)布的十四五新型儲能發(fā)展實施方案中明確了推動多元化技術(shù)開發(fā)，開展鈉離子電池、新型鋰離子電池、鉛碳電池、液流電池、壓縮空氣，氫（氨）儲能等關(guān)鍵核心技術(shù)裝備和集成優(yōu)化設(shè)計研究，同時也集中攻關(guān)超導(dǎo)、電容儲能以及下一代高能量密度儲能技術(shù)等等。這些肯定是考慮了很多方面的因素，才最終選出了上面這些新型儲能技術(shù)來突破，所以各種技術(shù)都還有機會，目前很難說哪個可以跑出來。
我個人比較看好的是液流電池，我們大連化物所也主要是聚焦在這個領(lǐng)域。液流電池有很多體系，其中技術(shù)成熟度最高的是全釩液流電池，利用釩離子的價態(tài)變化，實現(xiàn)電能化學(xué)能之間的相互轉(zhuǎn)換。
液流電池的短板主要是效率和成本，目前的示范系統(tǒng)能效也就是75%左右，但它最大的優(yōu)勢就是長壽命和安全性。
因為全釩液流是水系電池，所以本質(zhì)安全，無爆炸著火隱患；另外它的功率和容量是解耦的，可以靈活獨立設(shè)計，規(guī)模也可以做的比較大，從10千瓦做到百兆瓦，非常適合做長時儲能，只要把電解液罐里電解液的體積加大就可以實現(xiàn)容量增大，儲能時間越長，經(jīng)濟性也越好，因為功率單元可以不變。此外，響應(yīng)速度也好，循環(huán)性能也好，這些都是液流電池的優(yōu)勢，因此它非常適合中長時，甚至超長時儲能。
為什么全釩液流電池的壽命長呢？這是因為這種電池的活性物質(zhì)都儲存在電解液里，電極只是發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的場所，電極材料本身是不參與反應(yīng)的，不發(fā)生相變，循環(huán)次數(shù)可以達到一萬六千次以上，壽命可以長達25年。而且，電解液可以無限循環(huán)下去，就是說電池過了25年壽命后，電解液仍然可以回收再利用，回收再利用方法很簡單，只要調(diào)平價態(tài)就好，這是因為電解液以釩離子水的狀態(tài)儲存，沒有發(fā)生別的化學(xué)反應(yīng)，與鋰電池回收技術(shù)相比非常簡單，所以我認(rèn)為全釩液流電池在大規(guī)模儲能領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。
成本方面，全釩液流電池前幾年比較貴的時候五六千/kWh，現(xiàn)在已經(jīng)可以降到三千以內(nèi)了，未來隨著技術(shù)的進步和產(chǎn)業(yè)鏈的進一步完善還有下降空間。目前五氧化二釩價格基本穩(wěn)定在12萬一噸左右，電解液大概在1200元~1300元左右，算下來全釩液流電池成本最低可以做到2000多塊錢，考慮到它的超長壽命，所以生命周期經(jīng)濟性還是很有優(yōu)勢的。
此外，中國釩儲量、產(chǎn)量都是世界第一，不會有被卡脖子或者需要海外找礦的問題，我們是可以實現(xiàn)自主可控的。而且，需求量來說，由于釩可以永久循環(huán)利用下去，只要頭20來年保持電解液的投入，后期就可以循環(huán)起來，只需要更新功率單元就可以，所以從整個生命周期來看，它的經(jīng)濟性不是問題。
而且，如果從商業(yè)運營模式上進行創(chuàng)新，電解液變售為租的話，全釩的一次性投資成本還可以下降一半多，也就是才1000元/kWh左右，這就很有成本優(yōu)勢了。目前業(yè)界已經(jīng)開始探索這種模式，對未來全釩的推廣很有推動意義。
當(dāng)然，從長期看，全釩的經(jīng)濟性不一定是最好的。因此尋找更低成本的活性物質(zhì)一直是我們的目標(biāo)，這些年也陸續(xù)推出了鐵鉻液流電池、鋅基液流電池，在電解液成本上都更有優(yōu)勢，但整個電池技術(shù)較全釩相比不是十分成熟，還有一些關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題有待突破。如果未來獲得突破的話，液流電池技術(shù)的經(jīng)濟性短板將會補上，加上其安全性和長壽命的優(yōu)勢，那它在規(guī)模儲能領(lǐng)域就非常有前景了。
五、鈉電池的三種技術(shù)路線比較
王鵬飛：我主要介紹下今年比較火的鈉離子儲能。
雖然鈉離子看起來比鋰離子要新，但其實人類對二者的研究幾乎是同時起步的，1870就有科學(xué)家在發(fā)表了鈉離子相關(guān)的學(xué)術(shù)文章，到1991年，日本索尼率先將鋰離子電池商業(yè)化，但因為沒找到合適的正負(fù)極材料以及電解液關(guān)鍵材料，鈉離子的相關(guān)研究就擱置了，直到2010年前后，科學(xué)家才找到了幾條主流的技術(shù)路線，鈉離子才重啟產(chǎn)業(yè)化進程。
當(dāng)然，今年鈉離子電池能受到如此多的青睞，主要原因還是碳酸鋰價格攀升。眾所周知，鋰資源在世界上儲量少，且主要在南美洲，我國又是動力電池的大市場，對資源需求量很高，這就催生了大家對新型電池技術(shù)探索。碳酸鋰接近60萬元每噸，而碳酸鈉1噸只需要2000元~3000元，這是天然的成本優(yōu)勢，因為資源豐富，所以原料價格低。
與鋰離子相比，鈉離子的工作原理、電化學(xué)儲能機制大體相同，只是因為鈉原子比鋰大一些，因此電池質(zhì)量/體積能量密度都不如鋰離子，但鈉離子電池也是基于離子在正負(fù)極材料的相互轉(zhuǎn)換實現(xiàn)電能化學(xué)能變化，所以理論上循環(huán)壽命也是可以接近鋰離子電池的。
在性能方面，鈉離子肯定沒法跟鋰離子正面PK，但鈉離子有兩個優(yōu)勢，一是耐低溫，在東北內(nèi)蒙西藏這些寒冷地區(qū)，不會出現(xiàn)容量衰減、充放電變慢的問題；二是安全性也比較好，適合在低速電動車、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域使用。
2015年之后，世界各國都開始了對鈉離子電子的產(chǎn)業(yè)化研究，到今天全球大概有幾十家鈉離子電池公司，中國也是其中布局較早的。
我國鈉離子電池從2021年以來都處于高速發(fā)展的狀態(tài)，也涌現(xiàn)了很多專注做鈉離子電池的初創(chuàng)公司，比如中科院胡勇勝老師創(chuàng)辦的中科海納，上交馬紫峰老師創(chuàng)辦的鈉創(chuàng)新能源，包括寧德時代，最近也推出了純鈉離子電池電芯的產(chǎn)品，但目前產(chǎn)業(yè)鏈上下游還不太成熟的。
和鋰電有三種正極材料一樣，鈉電也有三種正極材料，由此也分出了三種技術(shù)路線：層狀氧化物+硬碳、均勻離子+硬碳，普魯斯藍類似物+硬碳。
其中，層狀氧化物和與三元鋰的原理類似，均勻離子與磷酸鐵鋰的原理類似，所以互相之間有比較好的產(chǎn)業(yè)鏈轉(zhuǎn)化基礎(chǔ)；普魯士藍類似物是鈉離子電池特有的體系，需要特定的研發(fā)基礎(chǔ)和產(chǎn)業(yè)化配套，個人認(rèn)為產(chǎn)業(yè)化進程會慢一點。
從這個角度來說，正極材料是決定鈉電池商業(yè)化關(guān)鍵，選擇什么正極材料很大程度上決定了電芯的能量密度和成本，目前各家企業(yè)技術(shù)競爭的主要差異：比如中科海納做的是銅鐵錳氧化物+硬碳，寧德的首代產(chǎn)品是普魯斯白+硬碳，而鈉創(chuàng)新能源是O3型成狀氧化物+硬碳。
這三條路線各有優(yōu)劣：比如層狀氧化物理論比容量比較高，合成工藝比較簡單，但由于鈉離子層狀比較大造成之間間距比較大，成空氣穩(wěn)定性比較差，材料表面的材檢問題需要關(guān)注；離子化合物循環(huán)壽命較長，且工作電壓高，所以比較適合在儲能領(lǐng)域應(yīng)用，但能量密度相對低一些。
普魯士藍類似物是是一種染料，所以制造成本相對低，作為一個嵌鈉機制，具有高比容量，且離子在這種立方晶體結(jié)構(gòu)框架里擴散比較快，但內(nèi)含氫根，如果合成過程中控制得不好會產(chǎn)生氫酸，對生存設(shè)備工藝比較高，寧德時代和natron energy都是采用這種技術(shù)路線。從性能/成本/工藝等綜合考慮，如果能夠成功量產(chǎn)，可能會是最接近市場化的材料技術(shù)路線。
中科海納采取銅鐵錳層狀氧化物正極+煤基軟碳負(fù)極材料，能做到電芯能量密度大于145瓦每公斤，工作溫區(qū)零下40度~80度，循環(huán)壽命最新可以做到4500圈，他們也做了很多全國首個儲能電站、儲能汽車的示范項目，在安徽阜陽有1G瓦時量產(chǎn)線的投產(chǎn)。
寧德時代也在2021年發(fā)布了鈉離子電芯產(chǎn)品，采取的是普魯士白+硬碳技術(shù)路線，能量密度說是能到160瓦時每公斤，零下20度還能保持90%容量，循環(huán)壽命3000次，快充15分鐘能達到80%以上，但材料中結(jié)晶水等可能還有些環(huán)保問題，所以這次在發(fā)布會上他們也提出一個全新的ab電池互換的技術(shù)方案。
鈉創(chuàng)新能源在南昌投建了鈉離子電芯線，主要采取O3鐵錳正極材料體系，也做了年產(chǎn)5000噸級正極材料和電解液的生產(chǎn)線規(guī)劃，也在研發(fā)雙輪電動車和綜合能源系統(tǒng)，電芯能量密度說是可以做到130~160瓦公斤，也能達到5000次循環(huán)壽命。
險峰：鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化瓶頸在哪里？如何看待鈉電上車的前景以及發(fā)展速度？
王鵬飛：之前鈉電發(fā)展速度慢，是因為沒找到合適的正極材料，當(dāng)時很多人覺得鈉電只要把鋰離子換成鈉離子就行了，但從研發(fā)角度遠(yuǎn)沒有這么簡單。
比如鋰電的鈷酸鋰、磷酸鋰三元材料，如果只是把鋰換成鈉，很多結(jié)構(gòu)都無法合成；或者即使能合成出來，電化學(xué)特性、循環(huán)壽命、性能指標(biāo)也都會特別差。因此雖然鋰電、鈉電的工作原理相似，但核心材料體系是完全不一樣的，需要研發(fā)人員長時間探索。
對于鈉離子電池發(fā)展的預(yù)判，我跟和楚攀老師的觀點一致，也認(rèn)為鈉離子不會替代鋰離子，而是鋰離子電池的有力補充，因為前者在能量密度上很難跟三元電池PK，最終能不能產(chǎn)業(yè)化，還要看成本、循環(huán)壽命和安全指標(biāo)。
很多媒體都說，2023年會成為鈉離子電池的量產(chǎn)元年，我覺得技術(shù)成熟不會這么快，還有很多問題需要解決，比如鈉離子成本占優(yōu)勢，但循環(huán)壽命和安全能不能達標(biāo)，還需要等到電芯產(chǎn)品以及儲能電站開始批量應(yīng)用時候才能知道。
另外，正負(fù)極核心材料在大規(guī)模生產(chǎn)中的工藝問題，以及電解液組裝電芯匹配的問題，包括電芯設(shè)計制造、電池集成是使用圓柱形、方形軟包還是其他形態(tài)，很多地方還都需要優(yōu)化。而由于鈉離子電池的能量密度小于鋰離子，兩者在充放電特性、電壓模式、熱量分布都有區(qū)別，需要有針對性開發(fā)BMS系統(tǒng)。
因此，在這些性能指標(biāo)規(guī)格、測試方案標(biāo)準(zhǔn)都還沒有完全定下來之前，鈉離子電池要得到市場的認(rèn)可，還是需要一段時間的，2023是比較樂觀的估計，但任何產(chǎn)業(yè)化周期都需要資本市場和政策導(dǎo)向，我還是持保守態(tài)度。
至于能不能上車，個人觀點鈉鋰電池還是比較適合低速電動車的，類似于對能量密度要求不高，但對安全和或成本要求較高的一些場景，可能會是一個不錯的機會。
