电池储能技术研究与市场现状

电池储能技术研究与市场现状

刘彤

广州市电力工程设计院有限公司 广东广州 510000

摘要：电能的大规模储存和调用，是近年来电力系统发展的重点研究方向。理论上，储能技术是指通过利用化学或物理的方法将一次能源产生的电能存储起来，并在需要时释放利用。随着电池储能技术条件的不断成熟，电化学储能电站的建设也在大力推进，如深圳、东莞等地均有电池储能电站已实现并网运行[1]。电池储能作为大规模储能系统的重要形式之一，具有调峰、调谷、调频、调相和事故备用等用途。与常规电源相比，大规模储能电站不仅能够适应负荷的快速变化，使得电力系统的运行更加安全、稳定，还可以优化电源结构，实现节能降耗和绿色环保，提高总体经济效益[2]。

关键词：电池储能；国内外储能应用现状；

一、现有储能形式分类

随着对储能技术研究的不断深入，当下国内外的储能形式主要分为四类，分别为机械储能、电磁储能、氢储能和电化学储能四种。

机械储能可分为抽水蓄能、飞轮储能、压缩空气储能。其中抽水蓄能适用于大规模储能，技术条件成熟。但响应速度慢，同时在地理条件上有局限性；飞轮储能寿命长，比功率高，无污染；压缩空气储能适于大规模储能，技术成熟，但效率较低，受地理条件限制，依赖化石燃料燃烧。

电磁储能可分为超导磁储能和超级电容储能，其中超导磁储能响应速度快，比功率高，但需要低温环境条件，成本高；超级电容储能响应速度快，比功率高，但其成本高，比能量低，不适宜大规模运用。

氢储能目前仍然缺乏实际工程参考，其规模无上限，效率低，响应速度慢，投资高，尽管氢能清洁环保，但其氢储能规模化任重道远。

电化学储能主要分为铅酸电池、液流电池、钠硫电池、锂离子电池等储能形式。其中铅酸电池技术条件成熟，成本低，但寿命短，而且存在环保问题；液流电池寿命长，可深度放电，便于组合，环境性能好，能量密度稍低；钠硫电池比能量和比功率高，需要高温环境条件，运行安全问题有待改进；至于锂离子电池，目前在市场上大量使用，具有比能量高，循环特性好的优点，但其仍然存在成组寿命有待提高和安全问题有待改进等问题。电池储能系统（BatteryEnergyStorageSystem，简称BESS）即是一种大规模电化学储能形式，是一个利用采锂电池/铅电池作为能量储存载体，一定时间内可进行电能存储和一定时间内可进行电能释放供应的系统，具有平滑过渡、削峰填谷、调频调压等功能。目前储能系统主要由储能单元和监控与调度管理单元组成：储能单元包含储能电池组（BA）、电池管理系统（BMS）、储能变流器（PCS）等；监控与调度管理单元包括中央控制系统（MGCC）、能量管理系统（EMS等）[3]。

图1-1房式储能站

二、国内外储能应用现状

截至2019年2月，各地区和国家的兆瓦级储电项目概况（包括在运项目和计划建设项目）如下图所示。其中，美国领先，其次是欧盟各国（尤其是英国、德国）、澳大利亚、日本、中国和韩国[4]。

图2-12019年世界各国兆瓦级储能电站项目概况

国外储能发展迅速、装机规模较大的国家有美国、德国、日本等，主要应用在电网调频辅助服务，消纳新能源及微网项目；德国、英国、日本等地用户侧储能聚合模式也得到了发展。美国为了应对储气库泄漏难题，2017年在加州投运了104.5MW的储能项目，并制定了2024年达到强制采购量为1.825GW的采购计划。

国内储能电站规模急剧增加，根据2018年底统计数据，已建、在建及规划的电厂联合电池储能调峰调频项目约27个，总计规模为260MW，主要盈利模式为储能厂商与电厂分享调频收益。2022年度，就南方电网一家2022年度已勘察电网侧独立储能项目50个，规模为8383MW/16627MWh，与此同时，广东梅州五华河东电网侧独立电池储能项目以及海南海口110KV药谷站电网侧独立电池储能项目成功落地开工，并预计2023年内实现并网运行。南方电网率先在深圳宝清建立起国内首座兆瓦级锂电池储能站，这是目前世界上单机功率最大、输出电压最高、无变压器高压并网的大容量电池储能系统2MW/2MWh，在大容量电池储能关键技术研究上迈出了关键一步。与国内外同类技术比较，深圳宝清储能电站所运用的高压储能系统在整体性能及能量转换、电池均衡等性能指标处于国际领先水平。其储能系统（BESS）整体性能指标、能量转换指标、电池管理指标较国内外各储能电站均处于国际领先水平，电池系统也处于国际先进水平[5]。

三、电化学储能发展总体趋势

目前电化学储能已具备建成百兆瓦级储能电站的技术条件，目前储能电站所用电池基本能达到循环寿命5000次，系统成本1.5元/Wh的条件，储能技术发展已进入商业化应用的拐点，就南方电网管辖区域五省范围内已有深圳宝清储能电站、黎贝储能电站、芙蓉储能电站等一系列储能电站已投产使用。

利用电化学储能形式的储能电站优势明显，具有运行可靠、工况灵活、可四象限运行、响应和调节速度快、效率高等一系列优点，可在电网发输配用各环节中发挥调峰填谷、调频、调压、事故备用等作用；同时储能站建设周期短，受地址限制少，较抽水蓄能电站选址难来说更具优势。

全球储能市场累计装机量将从2019年的11GW/22GWh增至2050年1,676GW/5,827GWh，未来三十年期间全球储能项目投资额预计可达6620亿美元。从目前至2050年期间，预计全球储能市场将以18%的年复合增长率增长。到2050年，中国、美国和印度的储能部署累计规模占比约36%，其他领先的储能市场地区和国家包括东南亚、日本、澳大利亚、德国伊比利亚、韩国和英国市场。到2050年，全球电网级储能项目占比约70%，其余约四分之一为居民及工商业用户侧储能[6]。

图3-1全球储能累计装机量

尽管储能电站建设如火如荼，但是储能发展仍然存在瓶颈。目前电池储能系统价格依然过高，产品性能参差不齐，部分参数虚高，不适宜电力系统储能应用，如大功率长时间输出受限；同时市场机制不成熟，商业模式单一，国内众多储能厂家存在盈利困难；储能电站标准体系不完善，安全事故时有发生，安全标准亟待建立。

四、结论

总体来看，目前全球储能市场广大，储能技术日趋成熟，大容量电池储能关键技术研究已获得突破，电化学储能电站大规模投产已是大势所趋。在大力做好电化学储能电站建设的同时，我们也要做好大规模动力电池的梯次利用，这可以缓解大量电池直接进入回收利用所带来的产业压力，也能延长动力电池使用寿命，充分发挥其能量价值，从而间接降低动力电池及电池储能的成本。更要从系统、装备到标准，开展储能安全技术研究，确保电化学储能电站安全健康运行。

参考文献：

[1]王科、陆志刚、陈满等：《深圳宝清电池储能电站监控系统集成设计与实现》，《机电信息》2014年第06期，第115-116页。

[2]汪鹏：《储能技术在新能源电力系统的应用研究》，《中国石油和化工标准与质量》2022年第24期，第172-174页。

[3]赵玮：《储能技术在大规模新能源并网中的应用》，《电子技术》2022年第10期，第270-271页。

[4]凌光芬：《各类储能技术度电成本分析》，《中国工业和信息化》2022年第12期，第29-34页。

[5]付凌云、张韩、郭继强等：《新时代下新能源储能技术创新发展问题研究》，《中国设备工程》2022年第20期，第249-251页。

[6]袁新烨：《新型电力系统特征与储能技术应用分析》，《集成电路应用》2022年第12期，第110-111页。