储能赛道被成本泼了一道“冷水”,新型储能材料能否为储能换一个便宜的打开方式?

储能科学谷 2022-12-12
3694 字丨阅读本文需 9 分钟

储能是当下最火热的赛道之一,多省市新能源政策都明确提出,新能源项目需同时搭配储能系统设施建设、并网,但在材料成本上升、行业竞争的压力下,如何助力储能提升收益成为难题。

截至2021年底,全国储能装机规模超4.26GW。中电联最新报告显示,各省规划的新型储能发展目标合计超过60GW,但实际应用中仍存在等效利用系数低、新能源配储系数低等特点,个别项目还存在仅部分储能单元被调用、甚至基本不调用的情况,储能项目的盈利水平不高。

利用率低、运营成本高、安全性没有保障等多方面因素制约着新能源配储的发展。但新能源发电仍面临弃光弃风的困境、对储能的需求依然强劲,这就对储能产品提出了更高要求。

“储能不仅吸引相关产业链入局加速,还有从其他行业入局者纷纷涌入。”事实上,正是由于储能的高成长性,环保行业龙净环保、食品行业南方黑芝麻等关联性不强的企业开始跨界入局。

电化学储能路线不断丰富,行业获得快速发展

需求推动储能行业结构变换,电化学储能获得快速发展。目前新能源装机 规模快速扩张,风、光发电占比日益提升,抽水储能难以完全满足调峰调 频需求。相比之下电化学储能一方面可以解决风光出力随机性和波动性带 来的频率稳定难题,提供调频服务提高电网的可靠性;另一方面能够通过 削峰填谷解决风光出力高峰与负荷高峰错配问题。近年来,电化学储能作 为灵活的储能解决方案,借助国家政策的支撑获得了快速发展。2020 年, 我国电化学储能占比约为 8.3%,至 2021 年占比就已经提升至 11.8%,行 业进入快速发展阶段。

锂离子电池为电化学储能的主流路线,多种技术作为补充发展。目前电化 学储能路线中,锂离子电池尤其是磷酸铁锂电池占据主要市场,但其中发 展相对较早的铅蓄电池在具有较长充放电工作周期的场合仍具备竞争力, 液流电池在电网规模储能方面也有应用场景,钠离子电池虽然现阶段技术 并未成熟,但其原材料来源广泛,低温性能好,具有不断提升的发展空间。

行业空间巨大,电化学储能赛道即将进入高速增长期。2021 年以来,国家 及地方省份相继出台政策确立储能的独立主体身份,并伴随着独立储能的 盈利模式有提升趋势,独立储能的获得了快速的发展,带动了我国发电侧 的储能市场空间大幅提升。根据今年前三季度数据,我国发电侧的储能占 比已经获得明显提升,占比达到 55%,带动了储能市场获得快速发展;而 伴随着我国可再生能源发电占比持续提升,电源侧的储能需求也日渐提升, 叠加未来电价的市场化趋势,用户侧也将获得持续发展,新型储能市场需 求有望快速提升。

根据 CNESA 预测,我国未来 5 年的新型储能市场将获得高速发展,复合 增速将维持在 50%以上,预计到 2026 年乐观状态下储能市场的累计装机 将达到 79.5GW,带动储能电池材料获得高速发展。

正极材料跟随需求开启高速增长

锂电储能建设加速,带动磷酸铁锂需求量快速提升。截至 2021 年底,中 国已投运电力储能项目累计装机规模 46.1GW,占全球市场总规模的 22%, 同比增长 30%。其中,抽水蓄能的累计装机规模最大,为 39.8GW,同比 增长 25%,所占比重与去年同期相比再次下降,下降了 3 个百分点;市场 增量主要来自新型储能,累计装机规模达到 5729.7MW,同比增长 75%。 而从新型储能装机结构来看,锂离子电池装机量占比为 89.7%,而第二位 的铅蓄电池仅占 5.9%。

安全性和稳定性带动磷酸铁锂的储能应用快速释放,未来还有进一步提升 的空间。国家能源局在 22 年 6 月发布的《防止电力生产事故的二十五项重 点要求(2022 年版)(征求意见稿)》中明确指出:中大型电化学储能电站不 得选用三元锂电池、钠硫电池,不宜选用梯次利用动力电池。政策方面对 于储能电池安全性的重视使得现阶段磷酸铁锂的性能优势更为突出,推动 磷酸铁锂储能电池装机量继续提升。同时伴随磷酸铁锂新增产能的快速释 放,产品的价格有一定程度的缓和,性价比仍有改善空间。

2025 年国内储能领域磷酸铁锂需求量有望接近 90 万吨。由于磷酸铁锂电 池在安全性、循环性能以及性价比方面的显著优势,国内在储能领域使用 的锂离子电池绝大部分都采用磷酸铁锂正极。根据高工锂电数据,2022 年 上半年中国储能电池出货量达到 44.5GWh,已经接近 2021 年全年的水平, 而预计 2025 年储能电池出货量将达到 390GWh,对应的磷酸铁锂出货量 有望达到 90 万吨。

镁合金储能潜力被挖掘

据科技日报,目前,在镁金属的研究和加工方面我国已经处于领先水平,重庆大学国家镁合金工程技术研究中心建有世界上最大的镁电池研究团队和镁固态储氢团队,已开发多种镁离子电池和储氢密度高达6.1wt%、高安全性的新型储氢材料。

早在今年8月份,西班牙巴塞罗那举行的第79届世界镁业大会上,重庆大学国家镁合金材料工程技术研究中心联合广东国研、广东省科学院等单位合作完成的“镁离子电池”项目荣获2022年国际“镁未来技术奖”。这为镁离子电池替代锂电池增加了新的可能,激发了业界新的期待。

镁合金具有良好的能源特性,纯镁的理论储氢量高达7.6%,作为电池负极材料可以使电池具有很高的理论比容量(2.22Ah/g),因此作为储氢材料和电池负极材料展现出巨大的潜力。镁合金应用的产业定位主要有汽车、轨道交通、建筑、3C、休闲和健康、军口、能源等重要行业。

重庆大学材料科学与工程学院教授黄光胜介绍,试验结果表明,他们研发的镁—普鲁士蓝电池、镁硫电池、镁硫化铜电池、镁二氧化钒电池的能量密度均已经高于磷酸铁锂电池,特别是镁硫电池。目前他们已经与企业合作开始批量生产。

中国工程院院士潘复生曾表示,相对于锂而言,镁基储能材料存在资源储量丰富、成本低、安全性能高等优势,在新一代储能材料方面极具潜力,同时还是环保且高能量密度的电池材料。一旦未来行业技术突破,将成为电池工业的颠覆性革命,市场空间可达万亿元以上。

据华宝证券研报,镁合金作为新兴轻质材料在汽车、3C和航空航天领域的应用逐渐普及,目前全球新生产汽车方向盘骨架基本均采用合金为材料,伴随行业节能减排的要求提升以及材料行业迭代更新,行业发展前景广阔。

新材料加持,规模储能技术成本有望更低

储能是构建以新能源为主体的新型电力系统的关键,液流电池储能技术具有安全、可靠、寿命长、效率高等优势,是规模储能的首选技术。因此,降低成本特别是降低液流电池关键材料——离子传导膜材料的成本,对于推动液流电池的实用化进程尤为重要。

目前,碱性体系液流电池用离子传导膜的研究十分有限,全氟磺酸离子交换膜由于其优异的稳定性,成为目前液流电池乃至碱性体系液流电池的首选膜材料。然而,全氟磺酸离子交换膜存在生产工艺复杂、生产过程中的副产物对环境与人类健康危害较大、价格昂贵,以及在碱性体系下因离子传导率低导致电池效率低等问题。

中国科学院大连化学物理研究所所储能技术研究部李先锋研究员团队在高性能、低成本碱性体系液流电池用膜材料规模化制备及应用方面取得新进展,通过连续卷对卷式制膜工艺,实现了非氟阳离子传导膜的大面积制备,以及其在碱性体系液流电池储能技术中的应用。

“开发低成本、结构可控、制备工艺简单的非氟类阴离子交换膜有望解决这些问题,但在碱性体系下,传统非氟类阴离子交换膜——季胺型阴离子传导膜上的季胺基团会发生霍夫曼消除和亲核取代反应,使得该类膜稳定性较差。”研发人员介绍。

基于对碱性体系离子传导膜结构设计,以及对离子传输机理的深刻认识,研究团队通过亲电取代反应,合成制备出公斤级的磺化聚醚醚酮高分子聚合物树脂,再利用连续卷对卷式制膜工艺,大面积批量制备出非氟阳离子交换膜材料,并实现了其在碱性体系液流电池中的应用。

研究发现,该膜材料的刚性骨架结构及其电荷特性使其具有优异的耐碱稳定性和电导率。该研究有望提高新一代液流电池性能,加速其从实验室走向规模应用,并对降低新一代液流电池储能技术成本、推进液流电池储能技术实用化进程具有积极的促进作用。

国内企业入局储能的正确打开方式?

稳定的商业环境、过硬的产品技术、良性的市场秩序才是一个行业扎稳根基的根本。储能的新基建特性,让其面临着市场10-20年考验,或许要求更多。

而国内发展现状显然与此距离还有点远。

“政策的窗户打开了,喇叭都吹响了,但是门口这一条道还没铺设好,但却吸引了一大群人涌到门口。出来以后,向东向西,上了桥还是下河边,不知道。”

但放眼全球范围,储能的时代正在揭幕,但下一个潮头何时到来,仍是个未知数。马斯克等众多行业大佬对储能寄予厚望。2023年将是储能爆发的元年。

从微观角度来看,作为传统水电公司,现在由于政策环境正在变好,想要建一座储能电站,形成企业新的增长线。尤其伴随当地海上风电、光伏等逐步实际投运,经过实际测算,未来储能电站肯定需求旺盛。但是一个储能电站项目动辄5-6亿元,希望能找到投资方,一起来建这个储能电站。像这样的入局者还很多。

无论光伏、锂电等新能源赛道的企业,亦或是水、煤电及传统行业等赛道企业寻求转型,以做好产品、服务市场为初衷,入局储能或将有一定的胜算。在经济环境如此不确定的当下,“储能”已经被市场视为确定的方向且不可错失的机会。

值得警惕的是,那些投机的故事仍在上演。一些储能公司匆匆成立,另一些则在原来毫不相干的业务里加入储能服务。

据GGII数据显示,2021年9月至2022年9月间,就有3万多家储能公司成立。这些公司里,有一部分是为了跑马圈地成立的。

比如之前有跨界上市公司对外公告入局储能,却立马收到证券问询函。这段时间,入局储能堪称“疯狂”,身边甚至有人放话,“储能变成正在变成90年代的房地产一样火热,再不入局就晚了”。这种极端疯狂,或许只会应验那句“眼见他起高楼,眼见他楼塌了”。

此外,还需要警惕的是,当前便携储能市场竞争已经达到“内卷严重”地步。导致一些行业人士坦言,这个赛道创业者不要轻易碰,很容易把自己“作死”。便携储能赛道的无序化竞争是储能赛道不良发展的一个“缩影”。

对储能行业而言,需要拨开这些混沌,才能真正释放全部能量,成长为下一个举足轻重的朝阳产业。

文章来源: 嵌入式小美老师,数据宝,光明网,未来智库

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