助力碳中和的新型储能锂电池关键技术深度解

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年4月22日,《巴黎协定》签署5周年之际,世界领导人气候峰会云端召开,中国提出构建“人与自然生命共同体”。7个月前,年9月,中国宣布力争年前实现碳达峰(二氧化碳排放达到历史峰值)、年前实现碳中和(二氧化碳净零排放),这是迄今为止世界各国中作出的最大减少全球变暖预期的气候承诺。

作为全世界最大的发展中国家与碳排放大国,中国在全球气候治理方面肩负起史无前例的责任,也展现出大国担当的勇气。中国需要用仅30年的时间从碳达峰到实现碳中和,碳减排的斜率远远陡峭于欧美国家,未来40年里中国预期一场变革性的能源结构与经济增长绿色转型。

背负起碳中和历史重任的,是今天和明天的青年一代,他们的思想和行动关系着未来。日前,络绎学术Online邀请了多位从事碳中和相关领域研究的青年科学家进行对话,他们从各自研究的角度出发分享了对于碳中和的深入见解(排名不分先后)。

以下内容是本系列第三篇:助力碳中和的新型储能锂电池关键技术深度解读。

电化学储能产业基本面:储能产业处在爆发增长期,电化学储能拐点已至,驱动力充分,安全性问题引起重视。

新型储能产业正在爆发。年4月22日,国家发改委、国家能源局发布《关于加快推动新型储能发展的指导意见(征求意见稿)》(以下简称《指导意见》)。《指导意见》在“提升科技创新能力”方面指出:“坚持储能技术多元化,推动锂离子电池等相对成熟新型储能技术成本持续下降和商业化规模应用,实现压缩空气、液流电池等长时储能技术进入商业化发展初期,加快飞轮储能、钠离子电池等技术开展规模化试验示范,以需求为导向,探索开展氢储能及其他创新储能技术的研究和示范应用”。

同时,《指导意见》给出的产业发展目标是年全国新型储能装机规模达到万千瓦(=3万兆瓦/30吉瓦)以上,年新型储能装机规模基本满足新型电力系统相应需求,这是国家层面首次明确提出量化的储能产业发展目标。根据中关村储能产业技术联盟(CNESA)于年4月发布的《储能产业研究白皮书》,截至年底中国电化学储能累计装机规模达到3.2吉瓦(同比增长超90%,占全市场规模的9.2%,仅次于抽水蓄能),保守预计电化学储能累计规模-年复合增长率(CAGR)将达到57.4%。

图1|中国储能市场格局以及电化学储能累计投运规模-保守预测,单位:兆瓦(图片来源:《储能产业研究白皮书》,中关村储能产业技术联盟)

电化学储能产业的拐点发生在年。根据CNESA的数据,-年,全球电化学储能在电力系统装机规模仅从0.1吉瓦增长至0.9吉瓦,年当年同比增长超%,当年全球新增装机规模达到3.7吉瓦。实际上,相比于抽水蓄能等机械储能方式,电化学储能受地理空间条件影响小,建设周期短,可在电力系统各环节中灵活部署运用,随着其成本持续下降,商业化应用日渐成熟,电化学储能优势愈发明显,发展前景广阔。

同样是在年,国产动力电池龙头宁德时代开始设立储能事业部,发力推动储能业务。年全年宁德时代的储能系统业务收入规模达到19.4亿元,同比增长%+。

图2|国产动力电池龙头宁德时代发力布局储能领域(图片来源:国泰君安研报)

电化学储能中目前最主要的是锂离子电池,年数据显示在中国占比达到88.8%,其他类型还包括铅蓄电池、钠硫电池等。锂离子电池在不同的终端用户场景中也有不同,例如在我国电力系统中储能锂电池以磷酸铁锂电池为主,占比高达95.5%,在全球家用储能产品中,磷酸铁锂电池占比41%,而镍钴锰三元锂电池占比55%。

图3|各类储能技术基本原理和优缺点对比(图片来源:派能科技招股意向书)

根据储能系统接入电网的位置,可以将储能应用场景划分为三个类别:家用储能、工商业储能、电表前端储能。电表前端储能又可分为发电侧、输配电测。它们的功能各有侧重。

图4|储能系统应用场景及功能侧重(图片来源:派能科技招股意向书)

综合来看,电化学储能技术与产业迎来高速发展的驱动力主要来自以下方面:1)锂电池储能成本快速下降,技术经济性快速提升;2)为应对全球气候变化,在碳中和愿景下,全球范围内可再生能源占比不断上升,电网层面需要储能来提升消纳与电网稳定性;3)受益于新能源汽车普及等因素,电力自发自用推动家用储能市场快速增长;4)电力市场化与能源互联网持续推进助力储能产业发展;5)政策支持为产业发展创造市场良机。

图5|中国电化学储能产业发展历程(图片来源:派能科技招股意向书)

但在另一方面,近期电化学储能安全事故频发引起行业内外高度


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