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”這個詞匯。今天，儲能，尤其是電化學儲能，已經(jīng)成為這兩個領(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)應用上百年。相對而言，電化學儲能仍是新事物，電化學儲能的定位、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，中國科學院電工研究所儲能技術(shù)研究組組長，他所帶領(lǐng)的團隊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與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應用分會副秘書長，2017年至今，他參與過儲能應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)應更加重視電池的運維和回收等多方面。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際的使用壽命問題，電化學儲能也可能遭遇“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，整個電網(wǎng)側(cè)有較大進展，電網(wǎng)公司作為主導推動了多個項目。另外，很多電池公司，面臨動力電池產(chǎn)能過剩的局面，也想給電池找一個新的應用領(lǐng)域。當然，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)于促進儲能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導意見》，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)計局數(shù)據(jù)，2017年風電和光伏發(fā)電量合計占全國發(fā)電總量的6%，風電成為僅次于火電、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。儲能的多重價值在早期的一些示范項目里面逐漸被挖掘出來，隨著示范和商業(yè)項目的增多，電網(wǎng)系統(tǒng)也會形成使用習慣，儲能將成為剛需。
這里我想強調(diào)一下，未來兩三年也可能會遇到“倒春寒”，原因在于，電化學儲能的安全性和使用壽命還有待實際運行項目的驗證。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)中的應用產(chǎn)生很大的負面影響。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，電化學儲能的壽命和安全性還有待實踐驗證，但電化學儲能的突出優(yōu)點是一次投資額小，建設(shè)周期短，一兩個月就能建好，抽水蓄能電站從規(guī)劃到建設(shè)投運前后差不多需要十年的時間。
總體來看兩者存在互補關(guān)系。抽水蓄能因為是機械式的，所以調(diào)峰調(diào)頻的反應速度要慢一些。電化學儲能體量小，反應速度快，尤其在毫秒到分鐘級別的時間段可以發(fā)揮靈活反應的優(yōu)勢。另外，電化學儲能更多承擔分布式儲能的角色，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，隨著電化學儲能的規(guī)模發(fā)展和規(guī)模互聯(lián)調(diào)度，兩者在小時級別的儲能存在競爭關(guān)系，我們要承認這種小時級別的競爭關(guān)系；但在更長時間級別，比如調(diào)節(jié)十小時以上，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)開始改進產(chǎn)品，重視消防設(shè)計，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質(zhì)性的幫助。
大型儲能電池的安全性能要想有實質(zhì)性的進步，必須實現(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，二次運維成本和三次回收成本。目前運營商普遍不考慮運維成本和回收成本，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，也就是每瓦時多少錢，這個是不對的。
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)計上會有很不一樣的地方。
動力電池應用在車上，用于載客，涉及到人身安全，因此要求當安全事故發(fā)生后能夠給予乘客充分的逃離時間。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)的安全性進行有效控制。
另外一個重要的區(qū)別在于：動力電池應用場景相對單一，而儲能電池的應用場景更為豐富和復雜。儲能應用場景的復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)的峰谷價差儲能，一般需要儲能電池連續(xù)充電或連續(xù)放電兩個小時以上，因此適合容量型電池的應用；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間段快速充放電，所以比較適合功率型電池的應用；而在一些同時需要承擔調(diào)頻和調(diào)峰的應用場景，能量型電池會更適合些，當然，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)進行應用將是未來很長時間內(nèi)儲能市場的主旋律，未來新型儲能電池技術(shù)的研發(fā)方向也應遵循這一規(guī)律，針對特定場景放大其優(yōu)點以獲得未來商業(yè)化應用的可能。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。預計最近三年之內(nèi)，還是以這種情況為主。但是三年以后應該會有針對不同應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。當然，產(chǎn)業(yè)化需要一個過程。
eo：為什么您強調(diào)要脫離小型電池的設(shè)計思路？
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致了高昂的制造成本。
從回收上看，小電池在設(shè)計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，未來報廢電池將難以拆解回收，運輸也是難題，這將給環(huán)境安全和產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來災難。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，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，用以適應不同儲能場景的應用需求。對于大型電池，材料技術(shù)只是其中一個重要方面，但不是全部，還需要綜合考慮結(jié)構(gòu)技術(shù)、制造技術(shù)、應用技術(shù)、運維技術(shù)和回收技術(shù)等多個方面的內(nèi)容，任重道遠。
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)化上都有較大的進步。
我們國家在2000年前后開始規(guī)?；a(chǎn)鋰離子電池，最初主要是引進日韓設(shè)備，相當于從國外的技術(shù)和裝備發(fā)展歷程中截取了一個剖面。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。我們可以在實驗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)一直進口設(shè)備，三四年后設(shè)備落后了，又不得不進口新設(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：認同“從大到小”的思路，但不認同“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，但應用在大規(guī)模儲能電站中存在嚴重問題。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。當然，客觀而言，梯級利用技術(shù)有一定的研究空間，因為儲能電站的使用壽命要求達到十年以上，因此會有一個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重，會給人身和財產(chǎn)安全帶來極大風險，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，因為一旦龐大的灰色產(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)就是一個典型的負面案例，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：抽水蓄能的運行對于電化學儲能是有啟示的。抽水蓄能電站有復雜的運維要求，電化學儲能現(xiàn)在不談運維，但長遠來看肯定需要面對。未來一定會出現(xiàn)運維市場。而且最有可能是出現(xiàn)獨立的第三方運維，這是一個巨大的市場。
電化學儲能電站的運維技術(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、電氣絕緣老化檢測、電連接檢測、溫度壓力傳感維護和電池巡檢技術(shù)等，后者是針對新型儲能鋰電池提出的新的技術(shù)方向。因為理論上講，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行維護延壽。當電池使用一段時間后，可以通過正負極材料表面SEI膜原位修復、電解液的補充和更換等方式對電池性能進行再“激活”，延長儲能鋰電池的實際日歷使用壽命。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行在線再生的可能性。
儲能的價值表現(xiàn)和價格表達之間存在矛盾
eo：對儲能電站的商業(yè)模式和價格機制有何期待？
陳永翀：總體來講，應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。
儲能的價值已經(jīng)逐漸被發(fā)現(xiàn)，但是儲能的價格沒有被很好地表達，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)達國家面臨的問題。我們曾與美國商務部做過交流，在美國存在兩種情況，一種是在垂直管制的電力體系中，儲能的價值可以得到非常好的體現(xiàn)，但價格不明確。因為調(diào)度讓儲能做什么儲能就做什么，所以儲能的價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，儲能價值發(fā)揮有限，但是價格卻能在市場中充分體現(xiàn)。因為對于儲能業(yè)主來說，他可以根據(jù)價格機制判斷儲能裝備何時參與緊急備用、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)揮儲能的價值；在非管制的市場環(huán)境，儲能的價格更能體現(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，儲能價值的價格體現(xiàn)遠遠不夠充分，因此需要結(jié)合電力體制改革，“還原能源的商品屬性”，在價格政策方面盡可能豐富地體現(xiàn)儲能的價值。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)驗教訓，避免出現(xiàn)過度的政策依賴性和補貼依賴性，促進儲能產(chǎn)業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。
