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各种储能方式的分析比较

时间:2023-03-15 23:35:35 点击:

储能是将电能转化为其他形式的能量进行存储。基本的储能方式是先将电能转化为其他形式的能量储存在储能装置中,需要时再释放出来。

根据能量转换的特点,电能可以转化为动能、势能和化学能。在中国,电源转换系统公司专门从事能量转换,经验丰富。要进一步了解,您可以阅读排名前 10 的电源转换系统公司文章。

储能的目的主要是实现电力在供电端、输电端和用户端的稳定运行。具体应用场景包括:

  1. 应用于电网削峰填谷、平滑负荷、快速调整电网频率等领域,提高电网运行效率,确保其稳定性和可靠性;
  2. 应用于新能源发电领域,降低光伏、风力发电系统瞬时大变化对电网的影响;
  3.  应用于新能源汽车充电站,降低新能源汽车大规模瞬时充电对电网的冲击,享受峰谷电价差。

储能系统实现电能的充放电

目前市场上的储能方式主要有物理储能方式和电化学储能方式。根据能量转换方式的不同,储能可分为物理储能方式、电化学储能方式和其他储能方式:

储能系统实现电能的充放电

 

  • 物理储能

物理储能是储能方式的一种,包括抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能,其中抽水蓄能容量大、度电成本低是目前物理储能中应用最广泛的储能方式。

  • 电化学储能

电化学储能 是近年来发展较快的一类储能方式,主要包括锂离子电池储能、铅酸电池储能和液流电池储能;其中,锂离子电池具有循环特性好、响应速度快等特点。 

  • 其他储能方式

其他储能方式还有超导储能和超级电容储能,由于制造成本高等原因,目前应用较少。

物理储能和电化学储能

储能主要应用于电网输配电及辅助服务、可再生能源并网、分布式及微电网、用户侧各部分。在电网输配电及辅助服务方面,新能源储能技术的主要作用是电网调峰、加载、启动和缓解输电拥塞,延缓输配电网升级改造。

物理储能和电化学储能

 

在可再生能源并网方面,主要采用储能方式平滑可再生能源输出,消纳多余电量减少“弃风弃光”,即时并网。在分布式和微电网方面,储能主要用于稳定系统出力,作为备用电源,提高调度灵活性;在用户侧,储能主要用于工商业调峰填谷、需求侧响应、能源成本管理等。

储能应用场景广泛

世界储能市场继续稳步发展,累计装机容量达到179.1GW。储能产业起步早、发展稳步。截至2010年底,储能累计装机容量达到135GW。

2010-2015年期间,受整体经济下行影响,整体装机增速放缓。至2015年,累计装机容量达到144.8GW;2016-2018年,受成本下降和政策推动的双重刺激,储能行业发展迅速,截至2018年底累计装机容量达到179.1GW。

储能装机容量持续攀升

抽水蓄能占据绝对优势,电化学储能发展迅速。数据显示,截至2018年底,抽水蓄能占全球装机容量的94.3%,占据绝对优势地位。此类储能方式达到3.7%,熔盐储热、压缩空气等其他储能方式在多元储能市场中占比较低,分别仅为1.5%和0.2%。

储能装机容量持续攀升

 

与世界市场类似,中国市场以抽水蓄能为主。据CNESA统计,截至2018年底,抽水蓄能占我国储能总装机容量的95.8%,电化学储能方式与其他储能方式并存,占比3.4%。热能储能市场占比0.7%,而飞轮储能和压缩空气储能市场占比不足0.1%。

数据显示,我国储能装机主要分布在西北和华东地区,合计占总装机的49%。其中,西北地区主要集中在新疆、甘肃两省,华东地区主要集中在江苏、浙江等省。此外,西南地区、华南地区和华北地区的储能装机占比预计分别为14%、12%和15%。

西南地区主要集中在云南省,华南地区主要集中在广东省,华北地区主要集中在山东、山西和中国。内蒙古等省。华中和东北地区的储能装机容量很小,占总量的5%。储能装机主要集中在湖南和辽宁两省。

电化学储能锂离子电池持续上涨

锂离子电池占全球储能方式装机量的近90%。中国后来居上,占全球储能方式装机容量的17.3%。电化学储能起步晚,锂离子电池助推中国奋起直追。我国电化学储能虽然起步较晚,但装机容量一直保持在较高水平。2011年,其在中国的装机容量仅为40.7MW。

电化学储能锂离子电池持续上涨

 

到2017年,累计装机容量达到389.3MW,是2011年的9.6倍。2018年是行业整体爆发的一年。受益于电网侧项目的快速推进和电池成本的逐步下降,2018年我国新增投运682.9MW,同比增长464.4%,累计投运规模达到1.073GWH。首次突破GW级,是2017年累计运营总规模的2.8倍。

从电池类型来看,锂离子电池占比70%,铅酸电池因成本低廉,仍受市场欢迎,占比27%。中国电化学储能市场以锂离子电池储能为主,铅酸电池储能是重要组成部分。

2018年中国电化学储能新增装机容量分布中,锂离子电池占装机容量的70.6%;铅蓄电池是电化学储能市场的重要补充,占新增装机容量的27.2%。剩下的液流电池、超级电容、钠硫电池等储能方式合计仅占2.2%。

中国化学储能的发展

在中国,锂电池储能方式占比70%,铅酸电池占比接近30%。锂离子电池用途广泛。与传统电池相比,锂离子电池不含铅、镉等重金属,无污染,不含有毒物质。它们还具有能量密度高、工作电压高、重量轻、体积小等特点。

中国化学储能的发展

 

广泛应用于消费电子、新能源汽车动力电池和储能领域。锂离子电池电芯主要由四大材料组成:正极材料、负极材料、电解液和隔膜。

从电芯到最终完整的电池组,主要有两个步骤:

  1. 将一定数量的电芯串并联组装成电池模组;
  2. 电池模组加上热管理系统、电池管理系统(BMS)和一些结构件组成一个完整的电池组,也称为电池包。

锂离子电池产业链涉及上游有色金属材料、中游电池材料和电芯,以及下游动力电池、消费类电池和储能电池应用。锂电池技术路线较多,储能更注重安全性和长期成本。与动力锂电池相比,储能用锂电池对能量密度的要求更为宽松,但对安全性、循环寿命和成本的要求更高。

从这一点来看,磷酸铁锂电池是现阶段各类锂离子电池中较为适合储能的技术路线,目前已投建的锂电池储能项目也大多采用该技术. 三元电池的主要优点是能量密度高,但循环寿命和安全性相对有限,更适合作为动力电池使用。

磷酸铁锂由于其高循环次数和良好的稳定性,更适合储能应用。锂离子电池储能技术的应用主要集中在可再生能源的并网和并网侧。从全球范围来看,电网侧是应用最广泛的锂电池储能技术,占比达52.7%,主要用于电网的调峰调频。

可再生能源并网占比28.9%,分布式和微电网、用户侧分别占比13.2%和5.2%。中国市场略有不同,可再生能源并网应用占比最高,达到37.7%。其次是电网侧应用、用户侧和微电网,占比分别为25%、22.1%和13.2%。