2023年新型储能:六大核心技术路线(一)
一、锂电池储能
据CNESA数据,截至2022年9月底,中国已投运新型储能项目累计装机规模6663.4MW,其中锂离子电池储能累计装机规模5950.42MW,占比89.30%。锂离子电池是目前技术比较成熟,发展势头最为迅猛的电化学储能。锂离子电池无疑是未来新型储能发展的C位技术路线。
截至2022年9月底中国已投运电力储能项目累计装机规模(MW%)
图源:CNESA
锂离子电池由正极、负极、隔膜和电解液组成,目前主流产品正极常用镍锰钴三元材料或磷酸铁锂,负极多为石墨等碳素材料。锂离子电池具有能量密度大、没有记忆效应、充放电快速、响应速度快、配置灵活、建设周期短等优点,广泛应用于风电光伏等新能源发电侧、电网侧、用户侧储能项目。
2.产业链
锂离子储能产业链,由上游设备商,中游集成商和下游应用端组成。其中设备包括电池、EMS、BMS、PCS、热管理等;集成商包括储能系统集成和EPC;应用端主要由电源侧、电网侧、用户侧组成。
锂电池储能产业链全景图
图源:中信证券
3.发展方向
锂离子电池,尤其是磷酸锂铁电池,从安全性、能量密度、成本、发展路径等方面性价比最高的技术方向。锂离子储能电池材料体系以磷酸铁锂为主,锂电池正在向大容量方向持续演进。
根据工信部要求,储能型电池能量密度≥145Wh/kg,电池组能量密度≥110Wh/kg。循环寿命≥5000次且容量保持率≥80%。当前的电化学储能尤其是锂电储能技术进入了一个新变革周期,大电芯、高电压、水冷/液冷等新产品新技术逐渐登上舞台,储能系统向大容量方向在持续演进,同时钠离子电池在未来凭借成本优势可能占据一席之位。
储能电池技术趋势
二、钠电池储能
1.工作原理
钠离子电池是一种依靠钠离子在正负极间移动来完成充放电工作的二次电池。钠离子电池工作原理与锂离子电池“摇椅式”原理相似,充电时,钠离子从正极脱嵌,经过电解质嵌入负极;放电时则相反,与锂离子电池的工作原理相似。
钠离子电池工作原理
近年来由于锂离子电池的核心原材料碳酸锂价格飞涨,就原材料方面而言,钠资源储量大且分布广泛,原材料价格较为低廉,钠离子电池性能较为优良,在交通领域和大规模储能领域表现出了一定的潜力。
2.性能分析
钠离子电池与磷酸铁锂电池定位较为相近。
磷酸铁锂电池的能量密度主要在150-210Wh/kg,三元锂电池的能量密度则更高,超过200Wh/kg,而目前主流钠离子电池的能量密度普遍在100-200Wh/kg,整体不及锂电池,但与磷酸铁锂电池的能量密度区间存在部分重叠,远远超出铅酸电池。钠离子较大的体积还会造成循环性能的不稳定,现阶段钠电池的循环寿命普遍在2000-3000次,远高于铅酸,但较磷酸铁锂电池3000-6000 次的循环寿命仍存在差距。综合来看,钠离子电池与磷酸铁锂电池的性能指标最接近,定位较为相似。
3.产业链
钠离子电池主要由正极、负极、隔膜和电解液组成,和锂离子电池的生产设备基本可实现兼容,降低了产业化难度。
我国钠离子电池产业链还处于初级阶段,产业布局尚不成熟。钠离子电池产业链结构与锂电类似,包括上游资源企业、中游电池材料及电芯企业。