中國儲能網(wǎng)訊：10月12-13日，第五屆儲能技術(shù)在分布式能源與微電網(wǎng)中應(yīng)用高層研討會在深圳順利召開，來自行業(yè)協(xié)會、科研院所、知名企業(yè)的代表超過300名嘉賓到場參會。會議由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會、全國微電網(wǎng)與分布式電源并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會聯(lián)合主辦。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)承辦。納新新能源科技有限公司總經(jīng)理吳曉東，在會上以“新型儲能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展方向”為題做了精彩演講。
演講全文如下：
吳曉東（納新新能源科技有限公司總經(jīng)理）：大家下午好！因?yàn)檫@個(gè)報(bào)告偏向基礎(chǔ)和涵蓋性的技術(shù)問題，所以還是以納米所的名義來做。納米所是中科院下面的研究所，我們在里面做了建筑面積在兩千平米左右的鋰電工程研究測試中心，主要進(jìn)行電池材料、實(shí)效分析等的工作，如果大家有鋰電池相關(guān)的需要也可以和我們聯(lián)系。我們里面有三個(gè)研究院，包括我自己，還有40來個(gè)副研，就是正高、副高、博士生、碩士生以及以上的人員在里面進(jìn)行工作，還包括學(xué)生。
我今天想講的是，電網(wǎng)儲能會有不同的需求，從儲能的需求來講分不同種類的儲能，把各種各樣的儲能都在里面羅列一下，把各個(gè)儲能的特點(diǎn)以及相互之間有什么優(yōu)劣勢節(jié)但梳理一下，還有新發(fā)展也羅列一下，更多基于我收集到的或者大家聽到比較多的技術(shù)，還有比較少、偏門或者用量少的沒有在里面列，中間有什么問題可以繼續(xù)交流。作為電網(wǎng)儲能來講，我只是簡單列了一下，對傳統(tǒng)電力系統(tǒng)、可再生能源系統(tǒng)，它實(shí)際上所需要的東西不太一樣，這里面都是需要儲能的東西，傳統(tǒng)的有削峰填谷，還有黑啟動(dòng)、調(diào)頻服務(wù)等等?？稍偕茉词枪夥惋L(fēng)能，本身波動(dòng)性比較大，所以平抑波動(dòng)和電壓本身的支撐是很重要的環(huán)節(jié)，改善電能質(zhì)量，中國的電能質(zhì)量其實(shí)相對來講有它的好處，也有它不好的地方，或者頻率和電壓的穩(wěn)定性和國內(nèi)的電能質(zhì)量相比還是有差異，這塊對供電的可靠性、供電的穩(wěn)定性還有進(jìn)一步要求，儲能在里面可以發(fā)揮很大的作用。
隨著工業(yè)的發(fā)展，電力的需求會越來越大，反而從峰谷的波動(dòng)來講越來越大，中國整個(gè)配電的容量和總的用電量相比已經(jīng)非常大，目前大家很少聽到拉閘限電，實(shí)際上傳統(tǒng)的歐美國家，很多國家的電力設(shè)施跟不上它的發(fā)展，所以經(jīng)常碰到限電和斷電的情況。隨著工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，輸配電本身升級投入很大，用儲能可以緩解這樣的工作。這是傳統(tǒng)電力里面會涉及容量備用和黑啟動(dòng)的例子。光伏可能很典型，只有白天發(fā)力，晚上不出力，這是從凌晨到24小時(shí)的圖，每天實(shí)際的用電情況也是中間會最大，然后兩頭會最少，實(shí)際上和光伏大致趨勢相同，和光伏還是有些差別的，這些情況希望有儲能來平抑波動(dòng)性，從儲能本身來講，有包括機(jī)械、冷熱儲能、化學(xué)儲能、電化學(xué)儲能，都是屬于機(jī)械儲能。冷熱儲能也有顯熱、潛熱、熱化學(xué)。化學(xué)儲能氫儲能、合成染料。還有電化學(xué)儲能相關(guān)的鈉硫、液流等。最直接、最成熟的應(yīng)該是抽水蓄能，我印象最早是北京有一個(gè)電站是抽水蓄能，主要是在十三陵，上下有兩個(gè)水庫，上水庫在平常的時(shí)候可以往下放電，電網(wǎng)富裕的時(shí)候，就可以把下水庫的水抽上來，這樣整體的效率，十三陵達(dá)到60%多。廣州也有一個(gè)抽水蓄能的電站，它的主要原理是上下電熱差轉(zhuǎn)化為電能的過程。
海水是最低的，如果是普通的上下兩層水庫，下水庫、上水庫都要建，對海水只要挖上水庫，這是大家大規(guī)模想辦法做的事情。其他的機(jī)械儲能，包括空氣壓縮，最早用的是有些洞穴是封閉洞穴，把空氣通過壓縮的方式打進(jìn)去，通過一定的方式再返回來，通過壓縮空氣本身的機(jī)械能，再加上燃料的助推作用轉(zhuǎn)化為電能，它最大的問題是效率比較低，利用地理的供需需要大型儲能裝置，依賴地理結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在在做的比較多的是儲罐儲能，它本身可以做到更大的壓力，洞穴壓力會對地理?xiàng)l件有壓力，儲罐儲能密度可以得到很好的提高，全球也有很多的示范，包括2010年倫敦的350KW的示范工程，還有曼徹斯特5MW示范工程，中科院在廊坊也有1.5MW實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。
飛輪儲能，把電能轉(zhuǎn)化為裝置里面飛輪的動(dòng)能，動(dòng)能在一定的機(jī)構(gòu)里面返回成電能，用這種方式儲能。飛輪儲能隨著這兩年超導(dǎo)的發(fā)展，這塊可行性變得越來越好，實(shí)際上最大的問題是能量密度不夠高，自放電率高。對幾十秒級的應(yīng)用飛輪儲能是很好的技術(shù)。包括美國宇航局和德國研究所飛輪儲能的機(jī)構(gòu)做的示范的東西。國內(nèi)做飛輪儲能也有不少，包括清華大學(xué)、華北電力等等，都是做這樣的工作。
冷熱儲能，其實(shí)就是把電轉(zhuǎn)化為熱能，通過熱能儲存下來，需要熱或者冷的時(shí)候利用起來，最典型的是屋頂太陽能熱水器，實(shí)際上把光變成熱能，大家要用熱的時(shí)候，可以把它用起來，本身來講是分成幾種，主要是圍繞熱來進(jìn)行的，包括顯熱、潛熱和熱化學(xué)，什么叫顯熱呢？它里面不產(chǎn)生向變，只是溫度的變化儲存熱量，潛熱是利用向變的過程，這個(gè)過程中它本身的熱寒，熱能會發(fā)生很大的變化，向變的點(diǎn)附近進(jìn)行儲熱，熱化學(xué)是化發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，顯熱和潛熱目前應(yīng)該是應(yīng)用比較多，化學(xué)儲熱在研究階段示范做得比較多。這是示范的案例。西班牙的光熱和太陽能發(fā)電有點(diǎn)類似，不是用水儲熱，儲熱溫度超過500度，這是和普通居民用的不一樣。顯熱指得更多，不涉及向變，只涉及溫度的變化。這是最基本的模型，里面主要的部件是熱交換。這是潛熱的裝置，利用的是材料的向變產(chǎn)生的吸收或者放熱的反應(yīng)。這是國內(nèi)國外都有的，這是熱化學(xué)，熱化學(xué)是在電或者其他東西在化學(xué)反應(yīng)的時(shí)候，有熱效應(yīng)，燃燒本身就是熱效應(yīng)，其他的像吸水或者有機(jī)的分解或者是可逆的反應(yīng)，用于熱化學(xué)儲能的裝置，目前比較多的是無機(jī)氫氧化物的分解，還有碳酸化合物的分解，還有氨氣的分解，還有銨鹽的分解，都在這里面。熱化學(xué)的特點(diǎn)，相對來講會比顯熱和下面儲的好，由于儲熱載體是固定的結(jié)構(gòu)，所以是可以長期保存，不存在熱損失的，顯熱和潛熱由于吸熱或者耗散的過程，本身會有熱損失，熱化學(xué)目前應(yīng)該是儲熱的方向，同時(shí)本身的能量密度也會比較高，大家研究的是以這個(gè)為重點(diǎn)。
化學(xué)儲能大家就比較熟悉，氫氣是大家關(guān)注最多的，電解可以從水里面得到氫氣，氫可以一直存儲、運(yùn)輸，當(dāng)放到燃料電池或者內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或者電能，這是氫儲能完整的過程，這是大規(guī)模氫儲能的電解路線圖。它一條是變成工業(yè)生成的燃料，它本身也是可以做成發(fā)電的東西，另外它可以通過氫進(jìn)一步合成像甲烷、天然氣這樣的東西，返過頭來再進(jìn)行發(fā)電，這是它儲能的過程。這是一些示范應(yīng)用的實(shí)際場景，日本家用熱點(diǎn)很多，燃料電池是典型通過氫直接轉(zhuǎn)換為電能儲能的過程。氫儲能，關(guān)鍵是儲氫的過程。儲氫和運(yùn)輸是關(guān)鍵的技術(shù)。另外還有一條化學(xué)儲能是合成燃料，通過熱和電的方式，把氫和含碳和氫的東西變成最終燃燒的燃料，把能量轉(zhuǎn)化為化合物里面的能量，化合物變成燃料或者燃燒的東西以后，再可以發(fā)電，整個(gè)過程就是儲能的過程，從能量再轉(zhuǎn)換為電的過程。這是電化學(xué)儲能的過程，鈉硫電池、鋁離子電池都是電化學(xué)儲能的一部分。鈉硫是以鈉和硫作為正負(fù)極，也是可逆的反應(yīng)。鈉硫電池最關(guān)鍵的問題是電解質(zhì)層，這層厚了效率低，薄了，安全性不好，目前只在一些小型示范里面做的比較多，日本在這方面做得比較前，基本上要300度的工作溫度，然后鈉硫的可逆反應(yīng)進(jìn)行儲能。鈉硫有它的有點(diǎn)，能量轉(zhuǎn)化比較高，瞬時(shí)相應(yīng)比較快，而循環(huán)壽命長。缺點(diǎn)也是一樣，鈉硫之間的反應(yīng)，充放電狀態(tài)很難實(shí)時(shí)檢測，只能做完整的循環(huán)以后才知道，一旦涉及過充，鈉硫本身就是比較危險(xiǎn)的東西，危險(xiǎn)性比較高，高溫工作，350度，在特定范圍內(nèi)它是很好的東西，大規(guī)模應(yīng)用目前看起來不是特別理想。
目前在電網(wǎng)儲能國內(nèi)也有用，也就是液流，它是把正負(fù)極通過流體形式分割開，通過機(jī)械的方式把氧化和還原來進(jìn)行處置。目前是示范做得最多的。這個(gè)結(jié)構(gòu)是很有意思的，不同于固向反應(yīng)有可能產(chǎn)生負(fù)反應(yīng)，液流本身循環(huán)壽命不錯(cuò)，包括里面像釩有毒，腐蝕性強(qiáng)，大規(guī)模應(yīng)用不多。
鈉鋰子電池，因?yàn)殁c很多，包括合成成本都會降低很多，同時(shí)可以變成液態(tài)，就是水系的體系，它有可能覺得比鋰離子電池降低很多的體系，目前在研究和小規(guī)模使用情境中。鈉鋰子電池有可能被應(yīng)用，鉛酸電池有可能被鈉鋰子電池取代，目前有些技術(shù)沒有攻克，所以沒有得到廣泛替代。
鉛酸電池是時(shí)間最長的，有140多年歷史，生命力很旺盛，目前出貨量最大的仍然是鉛酸電池。它雖然有環(huán)保方面的問題，但是目前看起來還是一樣，整個(gè)成本、循環(huán)壽命逐步提高，很多應(yīng)用場合仍然大規(guī)模使用，目前也新出來鉛炭電池，是這兩年討論比較多的，特別是60%左右的放電深度，它比鉛酸電池有很大的提升。鉛炭目前是內(nèi)混，是把鉛和炭一起混在里面做電極，對鉛板本身有很大的提升作用，還有兩種分開，這種結(jié)構(gòu)目前不是特別理想，因?yàn)榧庸み^程會帶來很多復(fù)雜性。
目前鉛炭電池主要是指內(nèi)混的，它有很多的改善，特別是循環(huán)性有很多的改善。鉛酸電池深度充放電表面會硫酸鹽化，這之后的鉛酸電池能放電出來的容量會大大壓縮，極板表面包裹著鈍化的硫酸鹽體系，這種鈍化就會被削弱。我在網(wǎng)上找到一些數(shù)據(jù)，鉛炭電池經(jīng)過改善以后，特別是在循環(huán)性上有很大的提高，成本也是有比較多的提高。市場上按照0.1C到0.15C，比鉛酸電池提升了20%-30%的成本，但是放電深度只有50%-60%。
鋰電池，可能大家看到的最多，包括最近特別火的特斯拉，這個(gè)電池和特斯拉沒關(guān)，因?yàn)殡姵厥撬上伦龅?。但是特斯拉成為全球的領(lǐng)導(dǎo)者。下面是榮威550PHEV磷酸鐵鋰電池，從手機(jī)電池變成全面切換鋰電池，鋰電池這兩年的發(fā)展非常迅猛。我總結(jié)了鋰電池的四個(gè)分類：圓柱。方形有方形硬殼和軟包，還有一種是異形、扣式，藍(lán)牙耳機(jī)是異形，圓柱是卷繞，方形硬殼是疊片和卷繞。
目前全球出貨量最多的還是日常的Leaf和Volt PHEV，特斯拉用的是松下原來給筆記本用的電芯，續(xù)航里程很長，但是車的性價(jià)比低很多。上面三種材料加上左邊的磷酸鐵鋰是正極材料，那邊是石墨等。主流的是以石墨材料為主，目前也有人添加少量的硅負(fù)極，容量能夠有些提升。
這是我總結(jié)的正極材料的特點(diǎn)，大家可以看一下其他的，各個(gè)材料各有特點(diǎn)，像鈷酸鋰、三元NCM、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳鈷鋁酸鋰NCA、高電壓鎳錳酸鋰、富鋰相Li-rich。電池的循環(huán)壽命影響是電芯工廠的主要工藝水平，我認(rèn)為所有的鋰電池，如果各方面工藝控制的好，每個(gè)材料都可以超過1萬次，這是我想說明的第一點(diǎn)。從成本構(gòu)成來講，目前的成本波動(dòng)非常大，鋰電池原材料成本上漲而不是下降，你說短期鋰電池成本大規(guī)模下降，除非來自于一些結(jié)構(gòu)件的減少和部件的減少才有可能，從電芯本身來講很難，因?yàn)椴牧铣杀旧仙饕芸厥氢捄弯?，鈷在中國的儲量很少，鋰儲量不少，主要是一些?dòng)物的飼料添加劑里面會用鋰，這兩年隨著電動(dòng)汽車用量起來，鋰用量迅速膨脹，導(dǎo)致供應(yīng)跟不上，鋰從4萬不到1噸到目前的13、14萬一噸，反正波動(dòng)很大，所以這兩個(gè)材料控制得好，鋰電池的成本才有可能大規(guī)模下來。
磷酸鐵鋰目前看下來，可能規(guī)模儲能，處于安全性、循環(huán)壽命、倍率特性、綜合成本等綜合因素，磷酸鐵鋰有很好的優(yōu)勢，但是成本比三元材料稍微高點(diǎn)，綜合成本還是磷酸鐵鋰有更大的優(yōu)勢。鋰電池就算在5倍的情況下，仍然有100%的標(biāo)稱容量的放出。目前鉛炭電池會比原來的鉛炭電池好一些，仍然不夠好，鉛炭電池仍然在0.2C左右的正常工作的電流的情況。磷酸鐵鋰電池也有一些不足，充放電平臺太平，SOC估算難，導(dǎo)電性差，它必須包炭，工作電壓也低一些。
不同的儲能所應(yīng)用的場景會有比較大的差異，鋰電池會集中在分布式、需要頻繁使用，有可能需要瞬間響應(yīng)的場合，從幾度電到幾MW級別，鋰電池是首選，對大規(guī)模集中式儲能是儲能電站百M(fèi)W級的儲能，有可能以成本低廉的機(jī)械、熱或者化學(xué)儲能為主。這是我們得出的初步結(jié)論。
下一代鋰電池，全固態(tài)鋰電池很火，很多廠家希望用全固態(tài)鋰電池解決電池方面遇到的所有問題，但是路可能很遠(yuǎn)。全固態(tài)鋰電池是通過固體電解池取代原來溶液的電解質(zhì)解決問題，固體電解質(zhì)金屬鋰有可能應(yīng)用起來，原來金屬鋰不是不能用，還有一次鋰電池，但是循環(huán)安全性受到影響。上世紀(jì)80年代，以色列有一家公司專門出過使用金屬鋰的電池，但是那個(gè)產(chǎn)品在投放一年之后就會大規(guī)模出問題，因?yàn)榻饘黉囋诔浞烹娺^程中會形成一種物質(zhì)，導(dǎo)致產(chǎn)品最后出現(xiàn)隱患。大家給整個(gè)電池更高的可想象性，能量密度、循環(huán)壽命等等方面，包括更高電壓的材料，包括金屬鋰、循環(huán)壽命都有很大的提升，主要的問題點(diǎn)在于金屬鋰復(fù)合電極這部分。目前做的最好的是差兩個(gè)數(shù)量級，就是固態(tài)和液態(tài)導(dǎo)電性的問題。從區(qū)別來講，把電解液和業(yè)態(tài)換成固態(tài)，有了更換以后，原來4V體系完全可以提高到5V，甚至5V以上的電壓，能量密度提高。所以現(xiàn)在的關(guān)注點(diǎn)集中在解決續(xù)航里程、能量密度等方面，都在想固體電池，我沒有那么樂觀。
結(jié)構(gòu)和現(xiàn)在的鋰電池沒有明顯區(qū)別，都是正負(fù)級，中間用電解質(zhì)隔開，原來是隔膜，加上里面含有電解質(zhì)的液體能夠進(jìn)行離子的導(dǎo)通，這是原來業(yè)態(tài)鋰電池，固態(tài)鋰電池去掉隔膜，那個(gè)東西存不存在不影響電化學(xué)的活性，能夠分散正極材料和負(fù)極材料之間，能夠格擋開來，這是所需要的研究，因?yàn)榈搅斯腆w電池，界面就成為非常關(guān)鍵的東西，在固體和界面處微觀的研究就成為關(guān)鍵的要求。我簡單羅列了固體電解池，包括含各種物質(zhì)的物體，目前還是一樣，導(dǎo)電性相對于液態(tài)導(dǎo)電性還是差不少。關(guān)鍵是誰把固體電解池做的很好。關(guān)鍵問題是材料、界面、電池性能，金屬鋰和鋰復(fù)合負(fù)極，固固界面這是阻礙固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化的兩個(gè)關(guān)鍵問題。
謝謝大家！
（本文根據(jù)第五屆儲能技術(shù)高層研討會會議錄音整理，未經(jīng)本人審核，不足之處，請批評指正。）
