中國儲能網(wǎng)訊：十年前，中國的電力行業(yè)和電池行業(yè)還沒使用“儲能”這個(gè)詞匯。今天，儲能，尤其是電化學(xué)儲能，已經(jīng)成為這兩個(gè)領(lǐng)域大大小小論壇上的常見議題。在電力領(lǐng)域，抽水蓄能作為最成熟的物理儲能技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用上百年。相對而言，電化學(xué)儲能仍是新事物，電化學(xué)儲能的定位、產(chǎn)品需求、發(fā)展條件是什么？這是電力行業(yè)面臨的新課題。本刊記者專訪中國科學(xué)院陳永翀研究員，探討儲能行業(yè)的發(fā)展方向。
陳永翀，中國科學(xué)院電工研究所儲能技術(shù)研究組組長，他所帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)目前致力于新一代儲能電池技術(shù)的開發(fā)。陳永翀也是中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應(yīng)用分會副秘書長，2017年至今，他參與過儲能應(yīng)用分會組織的近百家企業(yè)調(diào)研。
對于儲能電池的研發(fā)，陳永翀認(rèn)為，專門的儲能電池會成為未來的趨勢。除了電池本體技術(shù)外，行業(yè)應(yīng)更加重視電池的運(yùn)維和回收等多方面。2018年以來，儲能行業(yè)出現(xiàn)很多積極的變化。他認(rèn)為，儲能的春天已經(jīng)到來，但如果不能有效解決安全性問題和實(shí)際的使用壽命問題，電化學(xué)儲能也可能遭遇“倒春寒”。
鋰電儲能安全性在及格線上下
eo：2018年以來，儲能行業(yè)有哪些新變化？
陳永翀：2018年，整個(gè)電網(wǎng)側(cè)有較大進(jìn)展，電網(wǎng)公司作為主導(dǎo)推動了多個(gè)項(xiàng)目。另外，很多電池公司，面臨動力電池產(chǎn)能過剩的局面，也想給電池找一個(gè)新的應(yīng)用領(lǐng)域。當(dāng)然，政策層面也有積極信號。2017年國家發(fā)改委等五部委發(fā)布《關(guān)于促進(jìn)儲能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》，2018年一些地方政府也出臺了支持儲能發(fā)展的政策。主要是這三個(gè)方面。
eo：電網(wǎng)儲能正在成為電力系統(tǒng)的“剛需”嗎？
陳永翀：我認(rèn)為可以這么理解。根本原因在于我國新能源電力的快速發(fā)展，根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，2017年風(fēng)電和光伏發(fā)電量合計(jì)占全國發(fā)電總量的6%，風(fēng)電成為僅次于火電、水電的第三大類型電源。另外，隨著電化學(xué)儲能成本的快速下降，儲能在原來缺乏競爭力的領(lǐng)域也逐漸擁有競爭力。儲能的多重價(jià)值在早期的一些示范項(xiàng)目里面逐漸被挖掘出來，隨著示范和商業(yè)項(xiàng)目的增多，電網(wǎng)系統(tǒng)也會形成使用習(xí)慣，儲能將成為剛需。
這里我想強(qiáng)調(diào)一下，未來兩三年也可能會遇到“倒春寒”，原因在于，電化學(xué)儲能的安全性和使用壽命還有待實(shí)際運(yùn)行項(xiàng)目的驗(yàn)證。萬一安全問題沒解決好，或者產(chǎn)品質(zhì)量頻繁出現(xiàn)問題，會對儲能在電網(wǎng)中的應(yīng)用產(chǎn)生很大的負(fù)面影響。所以我們說儲能的春天已經(jīng)到來，但天氣乍暖還寒。
eo：如何看待抽水蓄能與電化學(xué)儲能在電力系統(tǒng)中的關(guān)系？
陳永翀：抽水蓄能需要一次性高額投資，民營企業(yè)基本上沒有辦法去介入，但抽水蓄能壽命長，安全性高，對環(huán)境友好。電化學(xué)儲能的電池回收問題還沒有很好的解決辦法，這會是未來規(guī)模發(fā)展的重要制約因素。與此同時(shí)，電化學(xué)儲能的壽命和安全性還有待實(shí)踐驗(yàn)證，但電化學(xué)儲能的突出優(yōu)點(diǎn)是一次投資額小，建設(shè)周期短，一兩個(gè)月就能建好，抽水蓄能電站從規(guī)劃到建設(shè)投運(yùn)前后差不多需要十年的時(shí)間。
總體來看兩者存在互補(bǔ)關(guān)系。抽水蓄能因?yàn)槭菣C(jī)械式的，所以調(diào)峰調(diào)頻的反應(yīng)速度要慢一些。電化學(xué)儲能體量小，反應(yīng)速度快，尤其在毫秒到分鐘級別的時(shí)間段可以發(fā)揮靈活反應(yīng)的優(yōu)勢。另外，電化學(xué)儲能更多承擔(dān)分布式儲能的角色，在微網(wǎng)和分布式電網(wǎng)中可以發(fā)揮重要作用；而抽水蓄能電站是集中式儲能，主要在跨區(qū)域大電網(wǎng)中發(fā)揮削峰填谷的作用。
在未來，隨著電化學(xué)儲能的規(guī)模發(fā)展和規(guī)?；ヂ?lián)調(diào)度，兩者在小時(shí)級別的儲能存在競爭關(guān)系，我們要承認(rèn)這種小時(shí)級別的競爭關(guān)系；但在更長時(shí)間級別，比如調(diào)節(jié)十小時(shí)以上，除非未來有新型大容量低成本的儲能電池開發(fā)出來，才有可能與抽水蓄能競爭。
eo：如何評價(jià)鋰電池儲能的安全性？
陳永翀：如果打分的話，目前儲能用鋰電池的安全性能在及格線60分上下的水平。合格的磷酸鐵鋰電池高于60分，一些做得不好的磷酸鐵鋰電池和三元電池可能達(dá)不到60分。
現(xiàn)在業(yè)內(nèi)對安全的重視程度還不夠，我們也擔(dān)心一旦出現(xiàn)規(guī)模性的事故爆發(fā)，行業(yè)的發(fā)展將會遇到重大挫折甚至倒退。行業(yè)已經(jīng)開始改進(jìn)產(chǎn)品，重視消防設(shè)計(jì)，增加安全消防措施，但目前在這方面還沒有很好的辦法，外在的消防措施很難有實(shí)質(zhì)性的幫助。
大型儲能電池的安全性能要想有實(shí)質(zhì)性的進(jìn)步，必須實(shí)現(xiàn)電池內(nèi)部可控，這也是我們研發(fā)新型儲能電池很重要的一個(gè)研究方向。不能等到電池冒煙起火再解決儲能系統(tǒng)的安全問題，未來一定要從內(nèi)部控制電池變化，徹底解決電池短路造成的熱失控問題，這方面需要電池技術(shù)的顛覆性創(chuàng)新與突破。
專門的儲能電芯會成為趨勢
eo：儲能對于電池有哪些不同于動力電池的需求？
陳永翀：第一，儲能電池的發(fā)展目標(biāo)是“低成本，長壽命，高安全，易回收”，對于能量密度沒有直接的要求，而動力電池在滿足安全性的前提下對能量密度有比較直接的要求。第二，無論是循環(huán)次數(shù)還是實(shí)際的使用年限，儲能電池的壽命要求都要比動力電池長。比如家用的電動汽車，如果兩到三天充一次電，使用六到八年，只需要循環(huán)一千次左右，但儲能的循環(huán)次數(shù)壽命要求遠(yuǎn)不止于此，一般要求具有十年以上的日歷使用壽命。
第三，成本要求也不一樣，儲能需要更便宜的電池。儲能電池的成本包括一次采購成本，二次運(yùn)維成本和三次回收成本。目前運(yùn)營商普遍不考慮運(yùn)維成本和回收成本，但以后一定會考慮?，F(xiàn)在大家討論成本只談一次采購成本，也就是每瓦時(shí)多少錢，這個(gè)是不對的。
第四是安全性。動力電池和儲能電池對于安全性都有很高要求，但具體到安全性的設(shè)計(jì)上會有很不一樣的地方。
動力電池應(yīng)用在車上，用于載客，涉及到人身安全，因此要求當(dāng)安全事故發(fā)生后能夠給予乘客充分的逃離時(shí)間。儲能電站主要涉及到電力系統(tǒng)的安全性，在系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)方面還有待技術(shù)突破，需要從大型儲能電池內(nèi)部對電池和系統(tǒng)的安全性進(jìn)行有效控制。
另外一個(gè)重要的區(qū)別在于：動力電池應(yīng)用場景相對單一，而儲能電池的應(yīng)用場景更為豐富和復(fù)雜。儲能應(yīng)用場景的復(fù)雜性決定了儲能電池技術(shù)的多元化發(fā)展方向。例如，電力調(diào)峰、離網(wǎng)型光伏儲能或用戶側(cè)的峰谷價(jià)差儲能，一般需要儲能電池連續(xù)充電或連續(xù)放電兩個(gè)小時(shí)以上，因此適合容量型電池的應(yīng)用；對于電力調(diào)頻或平滑可再生能源波動的儲能場景，則需要儲能電池在秒級至分鐘級的時(shí)間段快速充放電，所以比較適合功率型電池的應(yīng)用；而在一些同時(shí)需要承擔(dān)調(diào)頻和調(diào)峰的應(yīng)用場景，能量型電池會更適合些，當(dāng)然，這種場景下也可以將功率型與容量型電池配合一起使用。
所以，理論上說應(yīng)用場景不同，就需要不同的儲能產(chǎn)品。針對特定場景選擇合適的儲能電池技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用將是未來很長時(shí)間內(nèi)儲能市場的主旋律，未來新型儲能電池技術(shù)的研發(fā)方向也應(yīng)遵循這一規(guī)律，針對特定場景放大其優(yōu)點(diǎn)以獲得未來商業(yè)化應(yīng)用的可能。專門的儲能電池肯定會成為趨勢?，F(xiàn)在，一些電池企業(yè)覺得儲能電池和動力電池基本面是相同的、差不多，所以會直接把動力電池用在儲能上。預(yù)計(jì)最近三年之內(nèi)，還是以這種情況為主。但是三年以后應(yīng)該會有針對不同應(yīng)用場景的不同儲能電池推出，現(xiàn)在已經(jīng)有企業(yè)在布局。當(dāng)然，產(chǎn)業(yè)化需要一個(gè)過程。
eo：為什么您強(qiáng)調(diào)要脫離小型電池的設(shè)計(jì)思路？
陳永翀：根本原因是儲能需要大容量或大功率工作的大型電池，如果還是按照小電池的設(shè)計(jì)思路會出現(xiàn)一系列問題。例如，小型鋰電池內(nèi)部采用粘接的薄膜電極結(jié)構(gòu)，這給儲能用大型鋰電池內(nèi)部性能一致性的控制帶來了根本性的難題。另外，薄膜電極高精度的要求也導(dǎo)致了高昂的制造成本。
從回收上看，小電池在設(shè)計(jì)之初并不考慮回收問題，內(nèi)部電極粘結(jié)和外部殼體焊接都很牢固，報(bào)廢回收非常困難。如果大型儲能電池一開始不考慮回收問題，未來報(bào)廢電池將難以拆解回收，運(yùn)輸也是難題，這將給環(huán)境安全和產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來災(zāi)難。因此在儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期，必須從產(chǎn)業(yè)末端存在的問題倒推產(chǎn)業(yè)前端的設(shè)計(jì)，未雨綢繆，高度重視全產(chǎn)業(yè)鏈的健康可持續(xù)發(fā)展。
大型儲能電池需要一些根本性的、顛覆性的創(chuàng)新突破，用以適應(yīng)不同儲能場景的應(yīng)用需求。對于大型電池，材料技術(shù)只是其中一個(gè)重要方面，但不是全部，還需要綜合考慮結(jié)構(gòu)技術(shù)、制造技術(shù)、應(yīng)用技術(shù)、運(yùn)維技術(shù)和回收技術(shù)等多個(gè)方面的內(nèi)容，任重道遠(yuǎn)。
eo：中國在鋰電池研發(fā)制造上與日韓還存在哪些差距？
陳永翀：由于新能源汽車的發(fā)展，中國鋰離子電池制造從規(guī)模上、研發(fā)上以及設(shè)備國產(chǎn)化上都有較大的進(jìn)步。
我們國家在2000年前后開始規(guī)模化生產(chǎn)鋰離子電池，最初主要是引進(jìn)日韓設(shè)備，相當(dāng)于從國外的技術(shù)和裝備發(fā)展歷程中截取了一個(gè)剖面。日韓在此領(lǐng)域有長期的研發(fā)積累，因此對于技術(shù)及裝備整體發(fā)展的思路，我們相對來說會有所欠缺。
盡管現(xiàn)在設(shè)備的國產(chǎn)化率已經(jīng)比較高了，但涉及關(guān)鍵的設(shè)備或者某些關(guān)鍵的部件，還是需要依賴日韓。所以中國要想改變這個(gè)局面，一定要有創(chuàng)新的思路，特別需要一些原創(chuàng)的、顛覆性的電池技術(shù)，比如專門針對儲能的大型電池，與此結(jié)合開發(fā)相應(yīng)工藝和國產(chǎn)裝備。
技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化是非常艱難的。我們可以在實(shí)驗(yàn)室合成高性能的材料，但是還不夠，還需要用材料做成電池，最后要形成自動化的產(chǎn)線。工藝裝備方面我覺得我們還比較欠缺，需要大力加強(qiáng)技術(shù)研究與產(chǎn)業(yè)裝備的結(jié)合，否則我們很難改變這種局面：企業(yè)一直進(jìn)口設(shè)備，三四年后設(shè)備落后了，又不得不進(jìn)口新設(shè)備，始終只能跟在后面，賺取相對微薄的生產(chǎn)利潤。
不認(rèn)同“從小到大”的梯級利用
eo：如何看待梯級利用電池用于儲能？
陳永翀：認(rèn)同“從大到小”的思路，但不認(rèn)同“從小到大”的梯級利用。也就是動力電池退役后，可以用在一些對于電池容量和規(guī)模要求更低的場景中，但應(yīng)用在大規(guī)模儲能電站中存在嚴(yán)重問題。儲能電站電池需要專門的儲能電池，而不是動力電池，更不可能是退役后的動力電池。當(dāng)然，客觀而言，梯級利用技術(shù)有一定的研究空間，因?yàn)閮δ茈娬镜氖褂脡勖筮_(dá)到十年以上，因此會有一個(gè)新舊電池混用的服役階段，新舊電池混用技術(shù)和梯級利用技術(shù)有相似之處。
即使是動力電池“從大到小”的梯級利用，也需要相關(guān)機(jī)構(gòu)出臺政策法規(guī)，及早規(guī)范。否則，動力鋰電池領(lǐng)域也可能像鉛酸電池一樣出現(xiàn)回收亂象，形成灰色的回收產(chǎn)業(yè)鏈，大量的退役鋰電池重新流入市場，以次充好。如果僅僅是性能不好倒也沒有太大危害，但舊電池的安全問題會更嚴(yán)重，會給人身和財(cái)產(chǎn)安全帶來極大風(fēng)險(xiǎn)，甚至給一些家庭帶來毀滅性打擊。我們不能夠等問題出現(xiàn)后再加以重視解決，因?yàn)橐坏嫶蟮幕疑a(chǎn)業(yè)鏈形成后，是很難從根源鏟除問題的，鉛酸電池的非法回收產(chǎn)業(yè)就是一個(gè)典型的負(fù)面案例，目前有70%多的鉛酸電池都是不正規(guī)回收，已經(jīng)給我們國家的水質(zhì)和土壤環(huán)境造成了巨大破壞。
eo：儲能電站運(yùn)維是否會成為儲能的新課題和新市場？
陳永翀：抽水蓄能的運(yùn)行對于電化學(xué)儲能是有啟示的。抽水蓄能電站有復(fù)雜的運(yùn)維要求，電化學(xué)儲能現(xiàn)在不談運(yùn)維，但長遠(yuǎn)來看肯定需要面對。未來一定會出現(xiàn)運(yùn)維市場。而且最有可能是出現(xiàn)獨(dú)立的第三方運(yùn)維，這是一個(gè)巨大的市場。
電化學(xué)儲能電站的運(yùn)維技術(shù)包括系統(tǒng)的電氣維修技術(shù)和電池的在線再生技術(shù)。前者包括環(huán)境腐蝕修護(hù)、電氣絕緣老化檢測、電連接檢測、溫度壓力傳感維護(hù)和電池巡檢技術(shù)等，后者是針對新型儲能鋰電池提出的新的技術(shù)方向。因?yàn)槔碚撋现v，除了電池活性顆粒內(nèi)部晶格紊亂問題以及集流體的腐蝕脫落問題，儲能鋰電池的其他界面問題都有可能通過在線再生的方式進(jìn)行維護(hù)延壽。當(dāng)電池使用一段時(shí)間后，可以通過正負(fù)極材料表面SEI膜原位修復(fù)、電解液的補(bǔ)充和更換等方式對電池性能進(jìn)行再“激活”，延長儲能鋰電池的實(shí)際日歷使用壽命。例如，新型鋰漿料儲能電池的漿料厚電極形態(tài)賦予了其在使用期進(jìn)行在線再生的可能性。
儲能的價(jià)值表現(xiàn)和價(jià)格表達(dá)之間存在矛盾
eo：對儲能電站的商業(yè)模式和價(jià)格機(jī)制有何期待？
陳永翀：總體來講，應(yīng)該把儲能放在電力體制改革的大框架里面，脫離開電力體制改革方向單獨(dú)來談儲能不合適。儲能是新能源電網(wǎng)重要的不可或缺的配角，但并不是主角。因此，儲能政策和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，一定要放在電力體制改革的框架里考慮，或者說，儲能的發(fā)展取決于能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的程度和電力體制改革的深度。
儲能的價(jià)值已經(jīng)逐漸被發(fā)現(xiàn)，但是儲能的價(jià)格沒有被很好地表達(dá)，兩者之間存在矛盾。這不僅是我們面臨的問題，也是美國等發(fā)達(dá)國家面臨的問題。我們曾與美國商務(wù)部做過交流，在美國存在兩種情況，一種是在垂直管制的電力體系中，儲能的價(jià)值可以得到非常好的體現(xiàn)，但價(jià)格不明確。因?yàn)檎{(diào)度讓儲能做什么儲能就做什么，所以儲能的價(jià)值得到比較充分的發(fā)揮。另一種是在完全市場化的電力系統(tǒng)中，儲能價(jià)值發(fā)揮有限，但是價(jià)格卻能在市場中充分體現(xiàn)。因?yàn)閷τ趦δ軜I(yè)主來說，他可以根據(jù)價(jià)格機(jī)制判斷儲能裝備何時(shí)參與緊急備用、調(diào)頻還是調(diào)峰，但如果虧錢就不會參與。也就是說，在電力管制的場景，更能發(fā)揮儲能的價(jià)值；在非管制的市場環(huán)境，儲能的價(jià)格更能體現(xiàn)。
儲能是新能源領(lǐng)域技術(shù)產(chǎn)業(yè)的第三次爆發(fā)。目前，儲能價(jià)值的價(jià)格體現(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠充分，因此需要結(jié)合電力體制改革，“還原能源的商品屬性”，在價(jià)格政策方面盡可能豐富地體現(xiàn)儲能的價(jià)值。政策是輔助，市場是主體，要充分吸取光伏產(chǎn)業(yè)和新能源汽車產(chǎn)業(yè)政策制定方面的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，避免出現(xiàn)過度的政策依賴性和補(bǔ)貼依賴性，促進(jìn)儲能產(chǎn)業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。
