中國儲能網(wǎng)訊：1月6日，國家能源局發(fā)布了《新型電力系統(tǒng)發(fā)展藍皮書（征求意見稿）》，這是我國官方發(fā)布的首部關于新型電力系統(tǒng)建設文件，清晰擘畫了2023-2060年新型電力系統(tǒng)發(fā)展藍圖，為我國新型電力系統(tǒng)建設指明了發(fā)展道路。
藍皮書重點從源網(wǎng)荷儲各環(huán)節(jié)挖掘核心技術與重大裝備的發(fā)展?jié)摿Γ渲幸裁鞔_了新型儲能在技術裝備領域的發(fā)展路線。
《藍皮書》在規(guī)?；?、高安全性新型儲能技術裝備領域方面提出：
重點開展長壽命、低成本及高安全的電化學儲能關鍵核心技術、裝備集成優(yōu)化研究，提升鋰電池安全性、降低成本，發(fā)展鈉離子電池、液流電池等多元化技術路線。大力推動壓縮空氣儲能、飛輪儲能、重力儲能等技術向大規(guī)模、高效率、靈活運行方向發(fā)展。
國內(nèi)新型儲能將以多技術路線并存的方式發(fā)展，各儲能技術路線將圍繞高安全性、低成本、高性能以及高環(huán)保性四個方向發(fā)展?！端{皮書》提出了新型儲能六大技術路線，都有哪些特點、具備怎樣的發(fā)展?jié)摿δ兀?
圖片鋰電池儲能
據(jù)CNESA數(shù)據(jù)，截至2022年9月底，中國已投運新型儲能項目累計裝機規(guī)模6663.4MW，其中鋰離子電池儲能累計裝機規(guī)模5950.42MW，占比89.30%。鋰離子電池是目前技術比較成熟，發(fā)展勢頭最為迅猛的電化學儲能。鋰離子電池無疑是未來新型儲能發(fā)展的C位技術路線。
鋰離子電池由正極、負極、隔膜和電解液組成，目前主流產(chǎn)品正極常用鎳錳鈷三元材料或磷酸鐵鋰，負極多為石墨等碳素材料。鋰離子電池具有能量密度大、沒有記憶效應、充放電快速、響應速度快、配置靈活、建設周期短等優(yōu)點，廣泛應用于風電光伏等新能源發(fā)電側、電網(wǎng)側、用戶側儲能項目。
2.產(chǎn)業(yè)鏈
鋰離子儲能產(chǎn)業(yè)鏈，由上游設備商，中游集成商和下游應用端組成。其中設備包括電池、EMS、BMS、PCS、熱管理等；集成商包括儲能系統(tǒng)集成和EPC；應用端主要由電源側、電網(wǎng)側、用戶側組成。
鋰電池儲能產(chǎn)業(yè)鏈全景圖
3.發(fā)展方向
鋰離子電池，尤其是磷酸鋰鐵電池，從安全性、能量密度、成本、發(fā)展路徑等方面性價比最高的技術方向。鋰離子儲能電池材料體系以磷酸鐵鋰為主，鋰電池正在向大容量方向持續(xù)演進。
根據(jù)工信部要求，儲能型電池能量密度≥145Wh/kg，電池組能量密度≥110Wh/kg。循環(huán)壽命≥5000次且容量保持率≥80%。當前的電化學儲能尤其是鋰電儲能技術進入了一個新變革周期，大電芯、高電壓、水冷/液冷等新產(chǎn)品新技術逐漸登上舞臺，儲能系統(tǒng)向大容量方向在持續(xù)演進，同時鈉離子電池在未來憑借成本優(yōu)勢可能占據(jù)一席之位。
儲能電池技術趨勢
鈉電池儲能
1.工作原理
鈉離子電池是一種依靠鈉離子在正負極間移動來完成充放電工作的二次電池。鈉離子電池工作原理與鋰離子電池“搖椅式”原理相似，充電時，鈉離子從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負極；放電時則相反，與鋰離子電池的工作原理相似。
近年來由于鋰離子電池的核心原材料碳酸鋰價格飛漲，就原材料方面而言，鈉資源儲量大且分布廣泛，原材料價格較為低廉，鈉離子電池性能較為優(yōu)良，在交通領域和大規(guī)模儲能領域表現(xiàn)出了一定的潛力。
2.性能分析
鈉離子電池與磷酸鐵鋰電池定位較為相近。
磷酸鐵鋰電池的能量密度主要在150-210Wh/kg，三元鋰電池的能量密度則更高，超過200Wh/kg，而目前主流鈉離子電池的能量密度普遍在100-200Wh/kg，整體不及鋰電池，但與磷酸鐵鋰電池的能量密度區(qū)間存在部分重疊，遠遠超出鉛酸電池。鈉離子較大的體積還會造成循環(huán)性能的不穩(wěn)定，現(xiàn)階段鈉電池的循環(huán)壽命普遍在2000-3000次，遠高于鉛酸，但較磷酸鐵鋰電池3000-6000 次的循環(huán)壽命仍存在差距。綜合來看，鈉離子電池與磷酸鐵鋰電池的性能指標最接近，定位較為相似。
3.產(chǎn)業(yè)鏈
鈉離子電池主要由正極、負極、隔膜和電解液組成，和鋰離子電池的生產(chǎn)設備基本可實現(xiàn)兼容，降低了產(chǎn)業(yè)化難度。
我國鈉離子電池產(chǎn)業(yè)鏈還處于初級階段，產(chǎn)業(yè)布局尚不成熟。鈉離子電池產(chǎn)業(yè)鏈結構與鋰電類似，包括上游資源企業(yè)、中游電池材料及電芯企業(yè)。
圖源：國泰君安
液流電池儲能
1.工作原理
液流電池目前有：全釩液流電池、鐵鉻液流電池、鋅溴液流電池、鋅鐵液流電池、全鐵液流電池、多硫化鈉溴液流電池、鋰離子液流電池、鋅鎳液流電池等多種技術。
全釩液流電池，是其中最為成熟、最可能實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化的技術路線。
全釩液流電池，是一種以金屬釩離子為活性物質(zhì)的液態(tài)氧化還原可再生電池。全釩液流電池正、負極活性物質(zhì)，分別儲存在獨立的電解液儲罐中。在對電池進行充、放電時，正負極電解液在離子交換膜兩側進行氧化還原反應。同時，通過電堆外泵的作用，儲液罐中的電解液不斷送入正極室和負極室內(nèi)，以維持離子的濃度，實現(xiàn)對電池的充放電。
釩液流電池具有有著系統(tǒng)安全性高、壽命長、易擴容、項目建設周期短、選址靈活等優(yōu)點，是大規(guī)模長時儲能頗具發(fā)展前景技術路線之一。
2.成本分析
全釩液流電池儲能系統(tǒng)的初次投資成本，隨儲能時長的增加而不斷降低。
據(jù)張華民在《全釩液流電池的技術進展、不同儲能時長系統(tǒng)的價格分析及展望》一文的分析：當儲能時長為1小時的情況下，液流電池儲能系統(tǒng)的初次投資成本為7500元/kWh，但當儲能時長延長到4小時后全釩液流電池儲能系統(tǒng)的總價格為3000元/kWh?？梢?，全釩液流電池儲能系統(tǒng)工作時間越長，單位kWh價格越低。
全釩液流電池的電解液可再生循環(huán)使用，其殘值較高。從全生命周期成本來看，以儲能時長為4小時的釩液流電池儲能系統(tǒng)為例，實際成本為1875元/kWh；當儲能時長為10小時，實際成本僅為1020元/kWh。
3.產(chǎn)業(yè)鏈
全釩液流電池產(chǎn)業(yè)鏈初步形成，包括上游原材料供應商、中游釩電池集成商、下游EPC及用戶等。上游涉及電堆及電解液制備原材料，包含V?O?、離子交換膜、電極、雙極板等；中游涉及電解液、電堆的制備與電池的制造，其中電解液價值量占比40%~80%、離子交換膜占電堆成本的30%-40%。電池制造與儲能系統(tǒng)集成已有大連融科、國潤儲能、北京普能、上海電氣、偉力得等多家全釩液流電池產(chǎn)業(yè)龍頭企業(yè)。
圖源：中信證券
4.發(fā)展?jié)摿?
目前國內(nèi)已有百兆瓦級全釩液流儲能電站投運。
能源電力說統(tǒng)計了2019年至今20個全釩液流儲能項目，其中百兆瓦時級以上項目10個。
2022年9月20日，國內(nèi)首個開工的GWh級全釩液流儲能電站開工——察布查爾縣25萬千瓦/100萬千瓦時全釩液流電池儲能項目。2022年5月，總建設規(guī)模200MW/800MWh的大連液流電池儲能調(diào)峰電站國家示范項目一期并網(wǎng)投運，項目位于遼寧大連市沙河口區(qū)，一期建設規(guī)模100MW/400MWh。
壓縮空氣儲能
1.工作原理
壓縮空氣儲能是一種以空氣為儲能介質(zhì)的物理儲能方式。
工作原理是：當電力過剩時，將空氣壓縮儲存到地下儲氣洞穴里（洞穴可以是鹽穴、報廢礦井、儲氣罐、山洞、過期油氣井、新建儲氣井等），將電能轉(zhuǎn)化為壓縮空氣勢能。當需要用電時，高壓空氣經(jīng)過加熱，進入膨脹機，變成常壓的空氣，在此過程中帶動發(fā)電機發(fā)電，空氣壓縮勢能轉(zhuǎn)化成電能輸出。
壓縮空氣儲能，具有規(guī)模大、壽命長、建設周期短、站址布局相對靈活等優(yōu)點，有望成為抽水蓄能在大規(guī)模儲能電站領域的重要補充。
2.成本分析
從目前已建成和在建的項目來看，10兆瓦的系統(tǒng)效率可達60%以上，百兆瓦級別以上的系統(tǒng)設計效率可以達到70%，先進壓縮空氣儲能系統(tǒng)效率能夠逼近75%。造價成本上，根據(jù)中國科學院熱物理研究所公開數(shù)據(jù)，100MW的壓縮空氣儲能，初建成本在4000-5000元/kW，1000元/kWh，度電成本在0.15-0.25元之間。
3.產(chǎn)業(yè)鏈
壓縮空氣儲能的產(chǎn)業(yè)鏈，上游為設備、資源供應，核心核心設備包括空氣壓縮機、透平膨脹機、蓄熱換熱系統(tǒng)等，此外還需要儲氣鹽穴資源等；中游為技術提供與項目建設；下游為電網(wǎng)系統(tǒng)，壓縮空氣儲能電站接入電網(wǎng)系統(tǒng)，服務于工業(yè)用電、商業(yè)用電、居民用電等部門，起到調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相、儲能、事故備用等關鍵作用。
4.發(fā)展?jié)摿?
據(jù)CNESA數(shù)據(jù)，截至2022年9月底，中國已投運壓縮空氣儲能在新型儲能中的占比是2.9%，裝機規(guī)模約193.24MW。
效率的提升以及成本的下降，是壓縮空氣儲能商業(yè)化發(fā)展的基礎。
能源電力說根據(jù)公開數(shù)據(jù)，不完全統(tǒng)計了山東、河南、河北、江蘇、浙江、廣東等12省備案、簽約、在建、投運壓縮空氣儲能項目合計35個，多為推進中項目；其中25個有公開規(guī)模數(shù)據(jù)，這25個項目合計規(guī)模已超8.2GW；壓縮空氣儲能頗有蓄勢待發(fā)的發(fā)展勢頭，相信2023將是大功率壓縮空氣儲能項目快速上馬的一年。
飛輪儲能
1.工作原理
飛輪儲能，一種通過旋轉(zhuǎn)“陀螺”來儲能的物理儲能技術。
工作原理是：利用高速旋轉(zhuǎn)的飛輪所擁有的慣性來儲存能量。充電時，飛輪電動機加速旋轉(zhuǎn)，把電能轉(zhuǎn)換為飛輪的機械動能并儲存起來；放電時，由高速旋轉(zhuǎn)的飛輪帶動發(fā)電機，將機械動能轉(zhuǎn)換為電能。
飛輪儲能系統(tǒng)具有響應快、壽命長、溫度適應性好、效率高、容量大、對環(huán)境友好等優(yōu)點。
2.發(fā)展?jié)摿?
據(jù)CNESA數(shù)據(jù)，截至2022年9月底，中國已投運飛輪儲能項目累計裝機量僅6.66MW。
相比于其他儲能技術，目前飛輪儲能成本仍較高，裝機規(guī)模在儲能市場中的占比還是很小。但材料主要是鋼材和電子元器件原材料成本較低，大規(guī)模制造后成本下降；此外，設備可精確測量和控制機械損耗很小，維護成較低。
飛輪儲能目前主要應用在：電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻、軌道交通、航空航天、軍工、UPS電源、儲能式電動汽車充電樁等領域。
2023年，值得關注的是飛輪儲能在電網(wǎng)調(diào)頻中的應用。
在電網(wǎng)調(diào)頻過程中，飛輪系統(tǒng)可隨著電網(wǎng)的變化快速、有效地進行有功/無功補償，平抑波動負荷，緩沖發(fā)電輸出瞬變，為電網(wǎng)穩(wěn)定性保駕護航。飛輪儲能對電網(wǎng)調(diào)頻的價值更多的是陪伴作用，目前比較常見的應用是與火電及其他機組配合進行調(diào)峰調(diào)頻，作為陪伴式的輔助調(diào)節(jié)手段。
2021年11月寧夏靈武電力光火儲耦合22MW/4.5MWh飛輪儲能工程開工，在600MW火電機組配置22MW/4.5MWh飛輪儲能進行調(diào)頻，提高火電機組精準靈活性。
△靈武項目飛輪儲能平面效果圖
在部分省份發(fā)布的新型儲能示范項目中，也出現(xiàn)了百兆瓦級的飛輪儲能示范項目，如河北省的河北建投新能源圍場飛輪儲能示范項目、國合節(jié)能設備有限公司貝肯（石家莊）井陘飛輪儲能示范項目容量規(guī)模均達100MW；此外也有飛輪儲能與磷酸鐵鋰、鈉離子等的混合儲能示范項目。
重力儲能
1.工作原理
重力儲能，是利用建筑物、山體、地形等高度差，通過將“重物”運上運下，實現(xiàn)電能和重力勢能之間的轉(zhuǎn)換，進而儲電與發(fā)電。目前重力儲能形式有：“搬磚儲能”、礦井儲能、活塞式儲能、軌道機車儲能、纜車儲能等。
2022年，國內(nèi)首個采用重力儲能技術開發(fā)商Energy Vault公司解決方案的重力儲能示范項目在江蘇如東開工，項目規(guī)模25MW/100MWh，預計將于2023年初投入商業(yè)運營。
如東重力儲能示范項目效果圖
2022年1月30日，中國天楹旗下控股子公司AtlasRenewableLLC與重力儲能技術開發(fā)商Energy Vault公司簽署了《技能答應運用協(xié)議》，EV公司授權Atlas在中國區(qū)(含香港和澳門)獨家運用答應技能建造和運營重力儲能體系設備。
中國天楹引進的EV公司重力儲能技術方案是“Energy Vault Resiliency Center”（EVRC）。EVRC原理是：采用建筑機械流程和能源管理系統(tǒng)來儲存和釋放電力。當可再生能源發(fā)電高時，EVRC利用能量將30噸的磚塊“搬”到高處，將勢能存儲起來，當需要電時，EVRC通過控制磚塊下降，將動能釋放回電網(wǎng)。EVx是EVRC系統(tǒng)的模塊化建筑磚，每個EVx建筑磚可以轉(zhuǎn)化電量10MWh，可通過磚塊的疊加，實現(xiàn)儲能的靈活配置。
2.發(fā)展?jié)摿?
“搬磚儲能”系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率為80%-90%，壽命達25-40年。據(jù)EV公司公開數(shù)據(jù)，重力儲能項目初始投入成本在3000元/kWh左右，度電成本在0.5元/kWh左右，具備一定成本優(yōu)勢。
除了江蘇如東項目，2022年以來，中國天楹與貴州畢節(jié)人民政府、內(nèi)蒙通遼市人民政府、湖北省宜昌市人民政府、中國投資協(xié)會、三峽建工、中建七局、國家電投、中電建、國網(wǎng)綜能等單位達成戰(zhàn)略合作，合作內(nèi)容均有涉及重力儲能。
畢節(jié)市“風光水儲”一體化能源基地，將建設不低于40萬千瓦時的重力儲能項目；通遼千萬千瓦級風光儲氫氨一體化零碳產(chǎn)業(yè)園，重力儲能規(guī)模2GWh；與國家電投浙江公司協(xié)議中，在長三角地區(qū)獲取不低于1GWh重力儲能項目；與中電建水電公司協(xié)議中，力爭在“十四五”期間在全國共同開發(fā)投資不少于2GW的重力儲能電站。
作為較為“冷門”的新型儲能技術路線，重力儲能具有建設周期短、轉(zhuǎn)換效率高、壽命長、度電成本較低等優(yōu)勢。隨著百兆瓦級項目的落地，重力儲能也將逐漸走上商業(yè)化道路。
2023年，你更看好新型儲能哪一條技術路線呢？
