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    全球能源产业正在发生深刻变革,中国正在积极应对。能源结构变化,非化石能源在一次能源消费中占比的不断提升,以及随之带来的能源转型和新一代电力系统发展特征改变,是我国能源革命关键。

    储能兼具电源、负荷双重属性,成为发、输、配、用外的第五环节,是构建我国新一代电力系统必须考虑的“标配”,也是支撑未来我国能源互联网的关键环节。储能渐成刚需。


    产业现状


    储能特点、性能各异。电化学储能因应需求能灵活配置、快速响应,适合大规模应用和批量化生产,在我国已取得实质性进展。


    从技术端看,安全性高、循环寿命长、成本低、能效高是发展方向。经历技术验证、示范应用后,铅炭、全钒、钠硫和锂电成为当前主流,正在迈向商业化推广提速发展阶段,但无论是关键技术指标,还是工程应用经济指标都有待改进。铅炭、锂电积累多、应用普遍,发展势头看好。短期看,铅炭电池性价比高,在用户端削峰填谷已实现经济性,有望快速占领市场;中长期看,锂电适合分布式储能,将与分布式发电共增长。尤其是动力锂电退役潮临近,其梯次利用有望进一步推动锂电储能普及。全钒电池随着技术成熟带来成本不断下降,应用范围有望逐步扩大。


    从装机规模看,截至2017年12月底,中国电化学大规模储能累计装机规模已接近500MW,达到491.1MW,较上年增长了69.6%。第二轮电改加快了售电放开和电价机制调整步伐,《关于促进储能技术与产业发展的指导意见》、《完善电力辅助服务补偿(市场)机制工作方案》等多部储能文件出台,成为2018年储能产业井喷式爆发起点。据不完全统计,仅2018年上半年全国(大陆地区)就增加了814.3MW(含投运、在建和筹建),预计新建和筹建项目的陆续投产将支撑电化学储能维持较高增速。


    从储能工程应用与开发趋势看,单个项目储能规模正在不断扩大,MW级项目成为主流,百MW级、千MW级已开始示范推广。正朝着大容量、能量转换高效、应用成本不断降低方向发展。


    从技术和场景结合的角度来看,新能源规模发电、工商业用户削峰填谷和电力辅助服务市场将最先爆发,成为增长最快细分市场。未来,随着新能源汽车(主要是锂电池动力汽车)发展,移动式储能应用场景正在形成,通过V2G将汽车作为移动式的储能单元与电网互动,并获取收益,发展潜力巨大。作为区域配电网下的灵活单元,微电网能缓解大电网和分布式能源的矛盾,为各种能源更好的调控与高效切入提供了合理模式,实现能源系统综合最优,也为“云存储”创造了盈利和发展空间。


    市场空间


    储能市场空间广阔。市场规模至少千亿级别。至2020年,国内风电与光伏的累计装机规模目标350GW,加之既有项目弃风弃光改善,将给配套电化学储能带来至少7.2GW的装机需求;现货实时交易出现,用户侧储能障碍不断扫清,峰谷电价差地区范围拉大,储能经济性逐步显现,将给电化学储能带来84.98亿kWh容量空间;根据测算,南方电网和国家电网调峰调频电源容量缺口分别得到30.80GW和67.32GW,预计电化学储能将满足其中58.87 GW补缺;为满足全国2020年预计500万辆电动汽车充电需求,充电桩行业发展正当时,其建设进度还需加快,对应充电桩中的储能模块需求约88.4GWh。


    发展趋势


    从化学电池的历史与发展规律来看,其性能提升和成本下降,主要取决于材料的内生性质变,从顶端突破基础理论体系、材料及电池本体等基础核心技术。技术源头进步将引领基于材料本身的定性定量改性、材料体系匹配以及制造工艺优化与质控改善,并传导至全产业链,实现系统性跨越式提升,从而通过规模化效应快速降低成本。


    铅炭。从碳材料种类和添加量上改进;抑制负极析氢反应,提高电池循环寿命;从工艺、制造环节,改善材料接触与界面问题、提高物质稳定性与减少杂质对电池性能影响;解决铅炭电池污染问题。


    锂电。已不局限于材料本身、热力学、动力学、界面反应等基础科学,正朝新材料的开发、新电池结构的设计、全电池的安全性、热行为、服役和失效分析等关键技术迈进,包括:电池组可靠性与一致性技术;高能量密度与高功率密度电池规模生产技术;高性能正负极材料及安全电解液制备技术。还需要在电池系统总体设计技术、电池系统集成与成组技术、电池组测试技术、高容量和良好循环稳定性的电极材料合成技术、电化学体系优化技术、电源管理与热管理技术等方面全面突破。


    液流。研究热点主要在离子交换膜、双极板、电极材料及结构、电解液的组成和浓度等方面。我国在全钒液流电池领域取得了多项原始创新,技术水平国际领先,在高性能、低成本离子交换膜,高稳定性、高浓度、高温度窗口电解液,高韧性双极板材料等关键材料的设计与制造技术,高功率密度,高可靠性电堆的结构设计与制造技术和大规模液流储能系统设计方法及智能控制技术方面取得了重大技术突破,并牵头参与国际相关标准制定。还需要突破的关键技术:高稳定性电解液制备技术;高选择性低成本离子交换膜制备技术;高反应活性电极制备技术;高安全性、低成本非氟离子传导膜规模化制备工艺和批量化生产技术;高功率密度电堆工程化及批量化组装制造技术;高集成度集装箱式电池模块结构设计、集成、制造及管理控制技术。


    钠硫。中国虽已在大容量钠硫电池关键技术和小批量制备上取得了进展,但在生产工艺、重大装备、成本控制和满足市场需求等方面仍进展缓慢,离真正的产业化还有一段距离。需要突破的技术包括:固体电解质研发及制备技术、β-Al2O3陶瓷管批量制备技术、低成本抗腐蚀电极材料研发与制备技术、新型水系钠基储能电池技术、电池组件密封技术、电池制造工艺、电池管理技术、单元模块技术及系统集成技术等。

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