電化學(xué)儲能技術(shù)成熟,適合大規(guī)模應(yīng)用和批量化生產(chǎn)，在我國已建成投運的新型儲能項目中占比高。當(dāng)前，鋰離子電池、液流電池、鈉離子電池等多種類型的電化學(xué)儲能技術(shù)快速發(fā)展，應(yīng)用越來越廣泛。
電池材料類型多樣
電化學(xué)儲能以可逆電化學(xué)反應(yīng)實現(xiàn)電能與化學(xué)能的相互轉(zhuǎn)化，通過電池完成能量儲存、釋放與管理，其技術(shù)類型多樣。電化學(xué)儲能技術(shù)成熟，具有高能效、配置靈活、不受地域限制、可同時向系統(tǒng)提供有功和無功支撐等優(yōu)勢，適合大規(guī)模應(yīng)用和批量化生產(chǎn)，產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景好。電化學(xué)儲能在電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻中應(yīng)用廣泛，覆蓋了電廠側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)，運行控制簡單，可以實現(xiàn)無人操作。
在眾多儲能技術(shù)中，電化學(xué)儲能技術(shù)發(fā)展速度相對較快。常見的電化學(xué)儲能技術(shù)主要有鋰離子電池、液流電池、鈉離子電池、鉛酸(炭)電池等類型。
截至2024年年底，全國已建成投運的新型儲能項目累計裝機規(guī)模達7376萬千瓦/1.68億千瓦時，其中，電化學(xué)儲能占比超九成。電化學(xué)儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)企業(yè)競爭格局迅速演變、技術(shù)路線競爭激烈等特征。隨著電化學(xué)儲能規(guī)模不斷擴大，研究人員正積極探索電池安全研究，推進電化學(xué)儲能電池技術(shù)進步，規(guī)范電池系統(tǒng)設(shè)計和生產(chǎn)制造。
鋰離子電池
電池儲存電能的能力取決于荷質(zhì)比。元素的荷質(zhì)比(即單位質(zhì)量所對應(yīng)的電荷量)越大，在有限空間或質(zhì)量中儲存的電能越多。在無毒無害且具有電化學(xué)活性的元素當(dāng)中，鋰元素是荷質(zhì)比最高的固體元素，這種特性讓鋰成為高能量密度電池的一種基本元素。
現(xiàn)代鋰離子電池的正負極均由鋰離子可以嵌入和脫嵌的材料構(gòu)成，充放電過程伴隨著鋰離子在正、負極之間往返嵌入和脫嵌。
工程化應(yīng)用的鋰離子電池目前主要有磷酸鐵鋰電池、三元鋰離子電池、鈦酸鋰電池等類型。磷酸鐵鋰電池正極材料是較為穩(wěn)定的橄欖石，具有較好的循環(huán)性能和安全性能。當(dāng)前，我國大中型鋰離子電池儲能電站使用的主要是磷酸鐵鋰電池。
2024年，湖北省沙洋縣鋰離子電池儲能示范項目(也稱“荊門新港儲能電站項目”)入選國家能源局公布的56個新型儲能試點示范項目名單。該項目是國網(wǎng)湖北綜合能源服務(wù)有限公司投資建設(shè)的電化學(xué)儲能電站，建設(shè)容量達5萬千瓦/10萬千瓦時，可儲存電量10萬千瓦時，于2022年12月31日投運并網(wǎng)。電站投運后提高了沙洋片區(qū)電網(wǎng)的靈活調(diào)節(jié)能力。
目前，鋰離子電池儲能聚焦大容量電芯、大規(guī)模集成、寬溫域運行、長壽命使用等目標(biāo)快速迭代，技術(shù)水平持續(xù)提升。2024年，全國鋰離子電池總產(chǎn)量達11.7億千瓦時，同比增長24%，其中，儲能型鋰離子電池產(chǎn)量達到2.6億千瓦時，約占全國鋰離子電池產(chǎn)量的22%。
液流電池
長時儲能對保障新型電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行非常重要，液流電池儲能時長基本在4小時以上，部分項目儲能時長達6小時，是大規(guī)模長時儲能的首選技術(shù)之一。
液流電池技術(shù)路線多樣，涉及全釩、鋅鐵、鐵鉻等十余種，其中，釩系化合物因價態(tài)豐富，物理、化學(xué)特性適宜，成為主要研究方向。現(xiàn)階段，全釩液流電池已進入商業(yè)化初期階段。
2022年10月，大連液流電池儲能調(diào)峰電站作為我國首個百兆瓦級全釩液流電池儲能調(diào)峰電站投運。該電站使用我國自主開發(fā)的全釩液流電池儲能技術(shù)，主要是為電網(wǎng)提供調(diào)峰、調(diào)頻等輔助服務(wù)。2024年，全國新增全釩液流電池儲能裝機規(guī)模約56萬千瓦，市場規(guī)模突破40億元，帶動了電解液、電極、隔膜和雙極板等關(guān)鍵材料產(chǎn)能建設(shè)。
當(dāng)前，我國液流電池產(chǎn)業(yè)鏈初步建立。隨著液流電池儲能的應(yīng)用規(guī)模不斷擴大，國產(chǎn)化離子交換膜的技術(shù)突破及工程驗證，產(chǎn)業(yè)的規(guī)模效應(yīng)有望帶動產(chǎn)業(yè)鏈配套能力不斷增強，系統(tǒng)成本也有望進一步降低。
鈉離子電池
鈉離子電池工作原理類似鋰離子電池，通過鈉離子在正負極之間的移動進行能量存儲和釋放。相比鋰離子電池，鈉離子電池能量密度略低，但其材料成本可降低30%～40%，且具有零下40攝氏度至80攝氏度的寬溫域性能，適合儲能電站等場景。鈉離子電池可細分為鈉硫電池、鈉鹽電池及鈉—空氣電池。其中，鈉硫電池因具備高能量密度以及良好的循環(huán)穩(wěn)定性，在大規(guī)模儲能應(yīng)用領(lǐng)域，如電網(wǎng)級儲能、電動汽車等方面應(yīng)用效果較好。
2024年6月30日，大唐湖北10萬千瓦/20萬千瓦時鈉離子新型儲能電站科技創(chuàng)新示范項目一期工程建成投運，投產(chǎn)規(guī)模5萬千瓦/10萬千瓦時。該電站一期工程儲能系統(tǒng)由42套儲能電池倉和21套升壓變流一體機組成，系統(tǒng)效率可達80%以上，選用185安時大容量鈉離子電芯，配套建設(shè)一座110千伏升壓站。
鉛酸(炭)電池
鉛酸電池發(fā)展至今，已超過160年，是一項成熟的電池技術(shù)，應(yīng)用于工業(yè)、通信、交通、電力系統(tǒng)等場景。然而，鉛酸電池因含鉛及鉛酸液等物質(zhì)，可能導(dǎo)致大氣、水體、土壤污染?，F(xiàn)階段，鉛酸電池在電力系統(tǒng)大規(guī)模應(yīng)用主要受限于能量密度、循環(huán)壽命和環(huán)境污染，未來鉛酸電池的發(fā)展需要加強關(guān)鍵性能指標(biāo)的提升。
鉛炭電池與傳統(tǒng)鉛酸電池相比，電解液、正極等基本相似，主要差異在于負極結(jié)構(gòu)的不同。鉛炭電池兼具鉛酸電池和超級電容器的特點，近年來在儲能領(lǐng)域逐漸受到關(guān)注。國家電投集團投資建設(shè)的浙江湖州綜合智慧零碳電廠“和平共儲”項目，儲能裝機容量10萬千瓦/106.1萬千瓦時，2023年5月項目一期已正式并網(wǎng)運行，是目前世界上規(guī)模最大的鉛炭儲能電站。2024年1月，該項目入選國家能源局新型儲能試點示范項目。
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