鋰電池在儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)

梁繼業(yè)，遲浩宇，張洪彥

（ 黑龍江科技大學(xué) 電氣與控制工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150027 ）

0 引言

隨著國(guó)家能源局聯(lián)合國(guó)家發(fā)改委、科技部、工信部聯(lián)合發(fā)布貫徹落實(shí)《關(guān)于促進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》行動(dòng)計(jì)劃，標(biāo)志著我國(guó)儲(chǔ)能戰(zhàn)略已經(jīng)度過(guò)了研發(fā)示范向商業(yè)化過(guò)渡的時(shí)期，以及進(jìn)入到商業(yè)化生產(chǎn)階段。

儲(chǔ)能技術(shù)在電力體制、光伏發(fā)電、軌道交通以及軍工企業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用，是能源戰(zhàn)略領(lǐng)域內(nèi)的核心技術(shù)，在推動(dòng)能源變革和能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)過(guò)程中起著重要的作用。近年來(lái)鋰電池與儲(chǔ)能技術(shù)緊密相連，這也體現(xiàn)了鋰電池在儲(chǔ)能行業(yè)的廣泛應(yīng)用，推動(dòng)了儲(chǔ)能行業(yè)的發(fā)展，帶來(lái)了經(jīng)濟(jì)效益。

根據(jù)《關(guān)于促進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》提出的戰(zhàn)略目標(biāo)，儲(chǔ)能技術(shù)在“十三五”期間實(shí)現(xiàn)研發(fā)示范向商業(yè)化過(guò)渡的過(guò)程，在“十四五”期間實(shí)現(xiàn)商業(yè)化初期生產(chǎn)到規(guī)模化生產(chǎn)的目的[1]。在儲(chǔ)能技術(shù)日趨成熟、逐步走向市場(chǎng)化生產(chǎn)的同時(shí)，將儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)行智能化生產(chǎn)是一項(xiàng)重大的任務(wù)，同時(shí)政府也需要完善相應(yīng)的儲(chǔ)能政策，為推進(jìn)儲(chǔ)能行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化打下良好的基礎(chǔ)。

推進(jìn)儲(chǔ)能和充電一體化建設(shè)，進(jìn)一步促進(jìn)能源產(chǎn)業(yè)和交通供電行業(yè)的融合發(fā)展，使得鋰電池在儲(chǔ)能技術(shù)中的應(yīng)用具有廣闊的發(fā)展前景。

1 相關(guān)政策

早在2005 年，我國(guó)就開(kāi)始重視儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展，根據(jù)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略布局出臺(tái)了《可再生能源發(fā)展指導(dǎo)目錄》，主要針對(duì)儲(chǔ)能電池和地下熱能儲(chǔ)存系統(tǒng)等儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)行了歸列。到2010 年儲(chǔ)能行業(yè)發(fā)展迅猛，儲(chǔ)能技術(shù)首次被寫進(jìn)法案，出臺(tái)的《可再生能源法修正案》對(duì)“電網(wǎng)企業(yè)應(yīng)發(fā)展和應(yīng)用智能電網(wǎng)、儲(chǔ)能技術(shù)”制定了明確的儲(chǔ)能相關(guān)政策，為儲(chǔ)能技術(shù)推向市場(chǎng)化打下了良好的基礎(chǔ)。

2012 年儲(chǔ)能技術(shù)被列入國(guó)務(wù)院“十二五”戰(zhàn)略發(fā)展計(jì)劃，出臺(tái)了《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012-2020）年》、《電力需求側(cè)管理城市綜合試點(diǎn)工作中央財(cái)政獎(jiǎng)勵(lì)資金管理暫行辦法》和《可再生能源“十二五”規(guī)劃》等系列措施，使得儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展邁進(jìn)了新的臺(tái)階[2]?！笆濉币?guī)劃期以來(lái)，儲(chǔ)能技術(shù)逐漸向軌道交通和智能電網(wǎng)等方向傾斜，國(guó)家先后出臺(tái)了《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于進(jìn)一步深化電力體制改革的若干意見(jiàn)》、《關(guān)于促進(jìn)智能電網(wǎng)發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》和《關(guān)于促進(jìn)我國(guó)儲(chǔ)能技術(shù)新產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》等政策，實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，使得儲(chǔ)能技術(shù)逐步向商業(yè)化的方向發(fā)展，旨在帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展。

進(jìn)入到“十四五”時(shí)期，隨著《關(guān)于促進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》的進(jìn)一步修訂，2018 年儲(chǔ)能技術(shù)從初步進(jìn)入商業(yè)化模式已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榇笠?guī)模生產(chǎn)模式，使得儲(chǔ)能技術(shù)結(jié)合鋰電池、超級(jí)電容和光伏電池等載體在軌道交通、智能電網(wǎng)以及軍工企業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。2020 年初，國(guó)家能源局印發(fā)《關(guān)于加強(qiáng)儲(chǔ)能標(biāo)準(zhǔn)化工作的實(shí)施方案》，旨在推進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，使得新興儲(chǔ)能技術(shù)能夠得到標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用。教育部、國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局聯(lián)合印發(fā)的《儲(chǔ)能技術(shù)專業(yè)學(xué)科發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2020—2024 年）》鼓勵(lì)發(fā)展儲(chǔ)能新技術(shù)，解決儲(chǔ)能技術(shù)中的瓶頸問(wèn)題，進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)能源產(chǎn)業(yè)和儲(chǔ)能技術(shù)的高質(zhì)量快速發(fā)展[3]。

2 應(yīng)用現(xiàn)狀

鋰電池由于能量密度高、使用壽命長(zhǎng)的性能在儲(chǔ)能環(huán)節(jié)得到廣泛的應(yīng)用，鋰電池通常作為軌道交通、光伏發(fā)電、智慧電源、備用電源以及軍工供電的儲(chǔ)能容器，與儲(chǔ)能技術(shù)相聯(lián)系。常見(jiàn)鋰電池和其他電池的參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表1[4]。

目前市場(chǎng)常用的鋰電池主要分為磷酸鐵鋰、鈦酸鋰和三元體系等類型。鋰電池結(jié)合儲(chǔ)能技術(shù)，現(xiàn)階段主要應(yīng)用于電動(dòng)汽車的儲(chǔ)能，在光伏儲(chǔ)能、便攜式設(shè)備和不間斷應(yīng)急儲(chǔ)能電源中也有部分應(yīng)用。

2019 年我國(guó)比亞迪、中興派能、陽(yáng)光能源、科陸電子和力信能源等11 家企業(yè)的儲(chǔ)能鋰電池出貨量超過(guò)1 000 MWh，其中比亞迪公司的儲(chǔ)能鋰電池的出貨量超過(guò)1 GWh?，F(xiàn)階段儲(chǔ)能系統(tǒng)主要分為機(jī)械儲(chǔ)能、電氣儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能、熱儲(chǔ)能和化學(xué)儲(chǔ)能等5 類，而電化學(xué)儲(chǔ)能在市場(chǎng)上占據(jù)著較大的比重。截止到2019 年底，我國(guó)投入市場(chǎng)使用的電化學(xué)儲(chǔ)能規(guī)模達(dá)到1.92 GW，預(yù)計(jì)到2022 年底將達(dá)到10 GW，到2023 年底將達(dá)到20 GW[5]。隨著電化學(xué)儲(chǔ)能的逐步推廣，鋰電池儲(chǔ)能占據(jù)著電化學(xué)儲(chǔ)能市場(chǎng)75 %的規(guī)模，在儲(chǔ)能領(lǐng)域鋰電池將會(huì)在市 場(chǎng)上占據(jù)著越來(lái)越大的比重。

表1 電池參數(shù)對(duì)比

鋰電池儲(chǔ)能，能夠有效解決光伏儲(chǔ)能和風(fēng)電儲(chǔ)能的間歇式，能夠?yàn)殡妱?dòng)汽車的續(xù)航提供有力保證。鋰電池在發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能應(yīng)用在光儲(chǔ)電站和風(fēng)儲(chǔ)電站等場(chǎng)合，在用戶側(cè)的儲(chǔ)能應(yīng)用體現(xiàn)在光儲(chǔ)充電站、家庭儲(chǔ)能和備用電源等場(chǎng)合，在變電站的儲(chǔ)能應(yīng)用主要體現(xiàn)在變電站儲(chǔ)能和虛擬發(fā)電廠等場(chǎng)合。

鋰電池應(yīng)用于儲(chǔ)能領(lǐng)域，具備安全、可靠、壽命長(zhǎng)和能量轉(zhuǎn)換效率高的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)為了市場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)性效應(yīng)，高壽命低成本的鋰電池正是市場(chǎng)發(fā)展和技術(shù)突破的方向。見(jiàn)圖2。

3 發(fā)展趨勢(shì)

自“十四五”時(shí)期以來(lái)，儲(chǔ)能技術(shù)由商業(yè)化初步發(fā)展邁向規(guī)?；a(chǎn)，鋰電池儲(chǔ)能邁入了新的發(fā)展階段。在新的時(shí)代背景下，鋰電池儲(chǔ)能將會(huì)向著智能化、標(biāo)準(zhǔn)化和市場(chǎng)化的方向發(fā)展[6-9]。

1）智能化

能源局和發(fā)展改革委號(hào)召開(kāi)展充電設(shè)備與電網(wǎng)的互動(dòng)研究，實(shí)現(xiàn)充電——儲(chǔ)能——用電智能一體化，建立能源互聯(lián)網(wǎng)體系，實(shí)現(xiàn)智能化用電。在鋰電池儲(chǔ)能電動(dòng)汽車中，將會(huì)持續(xù)推進(jìn)停車充電一體化建設(shè)，促進(jìn)能源交通事業(yè)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)新能源汽車動(dòng)力電池的儲(chǔ)能化應(yīng)用[10]。

2）標(biāo)準(zhǔn)化

能源局號(hào)召各部門完成儲(chǔ)能標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)，建立標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)能工作機(jī)制，健全儲(chǔ)能標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)組織，實(shí)現(xiàn)與國(guó)際接軌的標(biāo)準(zhǔn)化儲(chǔ)能體系。鋰電池儲(chǔ)能機(jī)制將會(huì)進(jìn)一步完善統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，從鋰電池型號(hào)和充放電電壓等細(xì)節(jié)進(jìn)行規(guī)范使用標(biāo)準(zhǔn)化。

3）市場(chǎng)化

儲(chǔ)能技術(shù)逐步走向成熟，經(jīng)過(guò)初步的商業(yè)模式經(jīng)營(yíng)之后，將會(huì)朝著大規(guī)模市場(chǎng)化發(fā)展，旨在帶來(lái)更多的經(jīng)濟(jì)效益。鋰電池在電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域所占比重將近75 %，將會(huì)進(jìn)一步進(jìn)行市場(chǎng)化生產(chǎn)，在軌道交通、不間斷供電設(shè)備以及廣泛供電等場(chǎng)合帶來(lái)更多的市場(chǎng)收益。

4 結(jié)語(yǔ)

國(guó)家在儲(chǔ)能方面出臺(tái)了一系列的政策，逐步實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)能系統(tǒng)的市場(chǎng)化，從“十三五”到“十四五”期間儲(chǔ)能技術(shù)開(kāi)始商業(yè)大規(guī)?；瘧?yīng)用，帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。鋰電池在儲(chǔ)能系統(tǒng)中充當(dāng)著“潤(rùn)滑油”的作用，承載著充電——儲(chǔ)能——放電的智能一體化任務(wù)，有著巨大的商業(yè)前景。在鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)迅速發(fā)展帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也存在著巨大的進(jìn)步改善空間，鋰電池儲(chǔ)能的智能化、標(biāo)準(zhǔn)化和市場(chǎng)化發(fā)展將會(huì)成為熱點(diǎn)，為新能源產(chǎn)業(yè)和儲(chǔ)能行業(yè)的長(zhǎng)久發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。