隨著新能源發(fā)電在電力結(jié)構(gòu)中占比的提升,新型儲能技術(shù)正經(jīng)歷著前所未有的發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計,截至2023年底,中國已累計投運的新型儲能項目裝機規(guī)模達(dá)到了驚人的3139萬千瓦/6687萬千瓦時,其平均儲能時長為2.1小時。而在2023年,新增的裝機規(guī)模更是約2260萬千瓦/4870萬千瓦時,較2022年底增長了超過260%,這一增長近10倍于“十三五”末的裝機規(guī)模。此外,2023年國內(nèi)儲能領(lǐng)域吸引了大量投資,119家初創(chuàng)企業(yè)成功融資,合計融資事件達(dá)142起,融資金額超過230億元,其中超過億元以上的融資事件占比超過30%。這些數(shù)字清晰地展示了儲能行業(yè)在投融資領(lǐng)域的活躍度和吸引力。
新型儲能被譽為“電力系統(tǒng)中的‘充電寶’”,其能夠在用電低谷時儲存電能,而在用電高峰時釋放電能。隨著波動性、間歇性的新能源電力的持續(xù)增長,這種“充電寶”的作用將變得日益關(guān)鍵。同時,為了滿足不同場景的需求,新能源對儲能技術(shù)的選擇也需逐漸多樣化。
電化學(xué)儲能占據(jù)主導(dǎo)地位,多元化發(fā)展尚待突破
新型儲能技術(shù)涵蓋了新型鋰離子電池、液流電池、熔鹽、飛輪、壓縮空氣、氫儲能等多種類型。目前,中國的新型儲能行業(yè)管理體系已初步建立,示范試點建設(shè)也在加速進(jìn)行。隨著產(chǎn)業(yè)規(guī)模的不斷擴大,新型儲能技術(shù)多元化發(fā)展的趨勢也逐步顯現(xiàn)。
然而,盡管新型儲能技術(shù)逐漸步入規(guī)模化發(fā)展階段,且多元化趨勢逐漸顯現(xiàn),但目前來看,電化學(xué)儲能仍然占據(jù)主導(dǎo)地位,其他新型儲能技術(shù)則受到市場和資本的冷遇。據(jù)《中國新型儲能發(fā)展報告2023》顯示,在已投產(chǎn)的新型儲能裝機中,鋰離子電池儲能占比高達(dá)約94.5%。
中國的新型儲能技術(shù)仍處于發(fā)展初期,不同技術(shù)路線的新型儲能所對應(yīng)的產(chǎn)業(yè)鏈成熟度存在較大差異。電化學(xué)儲能之所以“一枝獨秀”,一方面是因為全球電池行業(yè)的高速發(fā)展推動了電池行業(yè)的黃金時代,另一方面則是因為電池的成本經(jīng)過長時間的積累和科技創(chuàng)新,從而推動了電化學(xué)儲能的發(fā)展。
電化學(xué)儲能具有更高的能量密度和更成熟的產(chǎn)業(yè)鏈配套。相較于其他新型儲能技術(shù),電化學(xué)儲能在場景應(yīng)用、技術(shù)、成本、建設(shè)周期、轉(zhuǎn)換效率及選址要求等方面都更具優(yōu)勢,具有高度的靈活性、安全性和性價比。
對于發(fā)展成熟度問題,在電化學(xué)儲能的產(chǎn)業(yè)鏈配套方面,中國已基本實現(xiàn)了國產(chǎn)化。在成本占比較高的變流器及電池環(huán)節(jié),中國整個產(chǎn)業(yè)鏈在全球市場上具備明顯的優(yōu)勢。隨著原材料價格的逐步緩解以及制造成本的快速下降,未來以鋰電池為代表的電化學(xué)儲能有望進(jìn)一步擴大市場份額。
成本競爭與技術(shù)替代性
從不同類型儲能的成本競爭來看,近兩年來鋰電池上游材料價格波動劇烈,碳酸鋰材料價格增幅高達(dá)12倍,導(dǎo)致下游儲能設(shè)備價格上升超過20%。這使得資本對鈉離子電池等材料替代性技術(shù)以及電力系統(tǒng)所需的長時儲能技術(shù)的關(guān)注度持續(xù)高漲。然而自2023年上半年以來,碳酸鋰價格出現(xiàn)暴跌,截至4月中旬,電池碳酸鋰市場價格較年初下降了約66%,鋰電儲能設(shè)備中標(biāo)價格隨之下跌,這對其他儲能技術(shù)路線的應(yīng)用也造成了一定的影響。
新型儲能的多元化發(fā)展
面對新能源發(fā)展和電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的需求,新型儲能的多元化發(fā)展成為必然選擇。國家能源局近期發(fā)布的《關(guān)于加強新型電力系統(tǒng)穩(wěn)定工作的指導(dǎo)意見(征求意見稿)》提出,應(yīng)因地制宜推動各類型、多元化儲能的科學(xué)配置,以形成多時間尺度、多應(yīng)用場景的電力調(diào)節(jié)能力,從而改善新能源出力特性和負(fù)荷特性,支撐高比例新能源外送。
為推動新型儲能的多元化發(fā)展并拓展多種儲能形式的應(yīng)用,應(yīng)結(jié)合各地區(qū)資源條件以及對不同形式能源的需求,推動長時間電儲能、氫儲能、熱(冷)儲能等新型儲能項目的建設(shè)。這有助于促進(jìn)多種形式儲能的發(fā)展并支撐綜合智慧能源系統(tǒng)的建設(shè)。
電化學(xué)儲能、熔鹽儲熱、壓縮空氣、飛輪儲能、氫儲能等眾多儲能技術(shù)路線實際上可以分為容量性和功率型兩類,分別對應(yīng)調(diào)峰和調(diào)頻的需求。具體而言:
- 熔鹽儲熱和壓縮空氣特別適合未來支撐更長時間維度的儲能需求,它們應(yīng)適應(yīng)新型電力系統(tǒng)中新能源高滲透率的特點,甚至能滿足天/季度的儲能需求。
- 飛輪儲能的響應(yīng)速率更高,更適合于調(diào)頻等場景的需求。
- 新興的氫能作為一種化工原料、燃料和儲能形式,其應(yīng)用場景更加廣闊,不僅在儲能領(lǐng)域有應(yīng)用需求,還在化工、交通等領(lǐng)域展現(xiàn)出更廣闊的發(fā)展前景。
由于各種儲能技術(shù)各有優(yōu)缺點且使用場景不同,因此引導(dǎo)市場和資本促進(jìn)儲能的多元化發(fā)展需基于技術(shù)的快速發(fā)展,并結(jié)合地域優(yōu)勢和投資回報率,實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與社會效益的均衡發(fā)展。
隨著新型儲能的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用,鋰電池儲能系統(tǒng)因其出色的能量存儲能力、長久的使用壽命和環(huán)保特性,已經(jīng)在電力儲能領(lǐng)域占據(jù)了重要地位。然而,隨著其普及程度的提升,鋰電池的安全隱患也逐漸浮出水面。特別是氣體泄漏問題,已成為導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸等重大安全事故的潛在風(fēng)險。因此,開發(fā)一套高效的氣體檢測與預(yù)警系統(tǒng),針對鋰電池儲能系統(tǒng)進(jìn)行專門的安全防護(hù),已成為當(dāng)務(wù)之急。
氣體傳感器在儲能安全中的應(yīng)用
事實上,在儲能安全領(lǐng)域,我國已經(jīng)制定了國標(biāo)《電化學(xué)儲能電站安全規(guī)程》(GB/T 42288-2022),并已于2023年7月1日起正式施行。近日,國家標(biāo)準(zhǔn)《電力儲能系統(tǒng) 并網(wǎng)儲能系統(tǒng)安全通用規(guī)范》征求意見。后續(xù)更有一批安全標(biāo)準(zhǔn),如電化學(xué)儲能電站生產(chǎn)安全預(yù)案編制導(dǎo)則(GB/T 42312-2023)、電化學(xué)儲能電站應(yīng)急演練規(guī)程(GB/T 42317-2023)、電化學(xué)儲能電站危險源辨識技術(shù)導(dǎo)則(GB/T 42314-2023)以及電化學(xué)儲能電站檢修規(guī)程(GB/T 42315-2023)將實施。
根據(jù)不同的儲能介質(zhì)和技術(shù)路徑,儲能主要可以被歸類為五大類:機械儲能、電化學(xué)儲能、電磁儲能、熱儲能和氫儲能。其中,電化學(xué)儲能包含了多種電池類型,如鋰電池、鉛酸電池、鈉硫電池和液流電池等,是目前應(yīng)用范圍最廣、發(fā)展?jié)摿ψ畲蟮碾娏δ芗夹g(shù)。
電化學(xué)儲能系統(tǒng)的熱管理是其產(chǎn)業(yè)鏈中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在電化學(xué)儲能中,鋰電池占據(jù)主導(dǎo)地位,因此,鋰電池的熱失控是引發(fā)儲能系統(tǒng)安全事故的主要原因之一。
由于鋰電池?zé)崾Э貢龀鯤2、CO、烷烴類等可燃?xì)怏w,在電池空間設(shè)置可燃?xì)怏w傳感器已逐步成為國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)的要求,例如國標(biāo)GB 51048、美標(biāo)NFPA 855同樣提出相關(guān)要求。
工采網(wǎng)提供一氧化碳傳感器TGS5141,該傳感器具有靈敏度高、可靠性好、壽命長等優(yōu)點,非常適用于電池?zé)崾Э貦z測。
對于氫儲能,盡管氫儲能技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景,但我們也必須正視其存在的安全風(fēng)險。由于氫氣的高能性和易燃性,以及在儲存和運輸過程中可能出現(xiàn)的泄漏問題,氫氣泄漏可能導(dǎo)致能源浪費,并存在引發(fā)火災(zāi)和嚴(yán)重爆炸事故的隱患。因此,目前氫氣主要在大型應(yīng)用場景中使用,并且需要使用專業(yè)性的設(shè)備以確保安全。
對于氫氣儲能安全中氫氣泄漏檢測,工采網(wǎng)推薦半導(dǎo)體氫氣傳感器TGS2616-C00和TGS2615-E00:TGS2616-C00是日本FIGARO研發(fā)的半導(dǎo)體原理傳感器,響應(yīng)快速、功耗低、體積小,TGS2616-C00 內(nèi)含全新開發(fā)的敏感素子,受酒精等干擾氣體的影響極小,而對氫氣具有較高的選擇性。非常適合用于檢測氫氣濃度變化??梢詸z測10-3000ppm范圍的氫氣濃度。
TGS2615-E00是半導(dǎo)體原理傳感器,響應(yīng)快速、功耗低、體積小,TGS2615-E00 為了消除酒精等大分子干擾氣體的影響而設(shè)置了過濾層,顯示出對氫氣極高選擇性的靈敏度特性。一般不帶過濾的傳感器都會受到干擾從而誤報,因此TGS2615-E00非常適用于氫氣泄漏監(jiān)測。
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