中國儲能網(wǎng)訊：早在2017年，調(diào)研機構GTM Research公司就2016年美國儲能市場狀況發(fā)布了一份研究報告。該研究預計，到2021年，儲能系統(tǒng)的裝機容量將增長到2GW以上 ，其中包括住宅儲能、非住宅儲能、電網(wǎng)規(guī)模儲能系統(tǒng)，這將比2016年儲能裝機容量要高10倍以上。據(jù)估計，如此大規(guī)模的部署將使美國儲能市場規(guī)模達到28億美元。
鋰離子電池儲能系統(tǒng)可以存儲和調(diào)節(jié)可再生能源
美國喬治·梅森大學的David Hart和Alfred Sarkissian研究了美國的電網(wǎng)規(guī)模電池儲能系統(tǒng)，并于2016年向美國能源部提交了他們的研究結果。該研究一項主要成果表明，鋰離子電池約占電網(wǎng)規(guī)模電池儲能市場95％份額。然而，氧化還原液流電池和鋅混合電池也成為儲能市場上的主要技術。
盡管公用事業(yè)規(guī)模儲能系統(tǒng)的部署在2018年的前三個季度略有下降，但預計在2019年仍將增長。電池儲能系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)可再生能源的可變性，并提高可靠性來提供按需供電，從而支持風能和太陽能等可再生能源項目。
各種電池都具有針對特定性能的功能和應用，但是，儲能開發(fā)商的目標是相同的：選擇一種能夠確保儲能系統(tǒng)經(jīng)濟、可靠、高效運行的電池。
鋰離子電池
1991年，索尼公司推出了世界第一款鋰離子電池，主要用于消費類產(chǎn)品。從那時起，鋰離子電池已成為電網(wǎng)規(guī)模儲能系統(tǒng)最廣泛采用的電池技術。鋰離子電池具有處理小規(guī)模應用的多功能性，例如為電動汽車供電；也可以應用在需要數(shù)小時儲能的電網(wǎng)規(guī)模儲能系統(tǒng)中。
鋰離子電池的名字來源于在電極之間轉移的鋰離子，無論是為了儲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（電子進入器件的帶負電電極）而不是金屬鋰，通常采用碳用作陽極（電子離開器件的帶正電電極）。與通過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，因為離子運動使電極結構保持完整。
在鋰電池家族中，還有一些電池供應商提供各種不同的電池產(chǎn)品和設計，并不斷提高能源密度和循環(huán)壽命，降低成本。
對于30分鐘至3小時的持續(xù)儲能，與其他電池解決方案相比，鋰電池具有最佳的能量密度。對于更長時間的持續(xù)儲能，鋰離子電池并不是最具成本效益的選擇，這取決于應用場合，尤其是在考慮壽命成本時。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的儲能系統(tǒng)由Avista公司運營。該系統(tǒng)使用Northern Power公司的FlexPhase轉換器和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，其中包括負載轉移、黑啟動功能、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，相對于其他電池技術，鋰電池可以將功率轉換器的成本降至最低。鋰離子電池的儲能系統(tǒng)（ESS）的效率通常高于使用液流電池或鋅混合電池。
例如，鋰離子電池儲能系統(tǒng)在額定功率下額定運行兩小時，其往返效率為75%至85%。但是，額定運行30分鐘的電池儲能系統(tǒng)的效率可能在65%到75%的范圍內(nèi)。當然，規(guī)模較小的30分鐘電池儲能系統(tǒng)的初始成本較低，其效率更高，在長時間放電運行時壽命更長。
隨著時間的推移，鋰離子電池將會退化，在設計一個20年使用壽命的電池儲能系統(tǒng)時，必須采取一個電池補充、更換和處理策略。雖然鋰離子電池的固態(tài)特性意味著移動部件較少，但這意味著容量相對較小的鋰離子電池與液流或鋅混合電池相比，需要更復雜的監(jiān)控和電池管理系統(tǒng)。
氧化還原液流電池
美國國家航空航天局在20世紀70年代研究了氧化還原液流電池（RFB）在太空計劃中的應用，而將氧化和還原反應的液流電池用于儲能的概念可以追溯到更久遠的年代。
在氧化還原液流電池（RFB）中，兩種化學組分溶解在系統(tǒng)內(nèi)的液體中，并通過離子膜進行分離。該膜促進離子交換和電流流動，同時液體在陽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)生的化學還原和氧化反應將產(chǎn)生的能量存儲在液態(tài)電解質(zhì)溶液中，這就是“氧化還原”的名稱來源。
與鋰離子電池類似，不同的液流電池具有多種不同的化學成分。電網(wǎng)規(guī)模液流電池儲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)電池相比比較獨特，因為其系統(tǒng)的額定功率值取決于所選電堆的大小，并且其儲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，在實踐中，與電堆的額定功率相比，泵送和管理罐所需的基礎設施對于具有4小時或更多時間的儲能系統(tǒng)而言在經(jīng)濟上是可行的。
液流電池的特點是循環(huán)壽命很長，可以達到數(shù)萬次循環(huán)，或在理論上可以達到無限的循環(huán)壽命。例如，在兩個槽之間交換離子時，釩溶液不會發(fā)生降解，并且在系統(tǒng)壽命結束時，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)應用中。
Eos Aurora 1000是一種能夠滿足電網(wǎng)規(guī)模市場需求的儲能系統(tǒng)。它使用鋅混合陰極電池，可以進行擴展和配置，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裝置或所需的占地面積。但是，對于許多儲能項目而言，占地面積并不是影響項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能系統(tǒng)相比，4小時長時儲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小時或更長時間，它們不能執(zhí)行頻率調(diào)節(jié)或其他短期供電任務。實際上，液流電池非常適合長時間的峰值轉換（改變電力來源以減少電網(wǎng)“需求費用”）或需求轉換，以及短期服務。在這種堆疊的使用案例中，具有高循環(huán)壽命的電池儲能系統(tǒng)非常具有價值。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)模儲能用例中具有早期的現(xiàn)場應用。第一批可充電鋅基電池于1996年問世，最終用于為新加坡的中小型客車供電。電動汽車和分布式能源的激增增加了對生產(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)化進程中處于早期階段，因此其成本比其他新興電池技術解決方案還要低。
在鋅混合電池中，多孔陽極由大量鋅顆粒形成的，然后在放電期間實現(xiàn)電解質(zhì)飽和。通過氧化反應在陰極處形成的的氫氧根離子移動到鋅糊中以形成鋅酸鹽，從而釋放出電子，并進入陰極。與液流電池類似，這項技術也適用于4小時儲能解決方案。
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，其中包括電池的補充、更換和處理，因為其儲能容量將會逐漸退化。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％。對于更高的充電和放電速率的應用來說略低，而對于更低的充電和放電速率的應用來說則更高。
預計鋅混合電池在可再生能源應用中具有一定競爭力，例如與太陽能發(fā)電項目配套部署時。它們也適用于具有日常充電和放電周期的調(diào)峰應用。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，并設計最佳的系統(tǒng)和運行策略來決定儲能項目的經(jīng)濟效益。了解不同電池技術的優(yōu)勢和挑戰(zhàn)是用戶做出正確選擇的關鍵。
雖然沒有人確切知道未來哪一種電池將會成為最終獲勝的解決方案，但仍然會有多種選擇。最終用戶希望與交鑰匙供應商和集成商開展合作，這些供應商和集成商可以幫助用戶配置適合其項目的電池儲能系統(tǒng)。
