研究 电化学储能与熔盐光热储能初步对比分析

  近期，国家发改委、国家能源局印发了《关于加快推进新型储能发展的指导意见》《“十四五”新型储能发展实施方案》，超20省也已明确储能配置比例，“新能源+储能”开发建设模式初显成效，中国新型储能进入快速发展阶段。在多元储能体系的商业化运行过程中，电化学储能（以锂离子电池为主）及光热发电（配置熔盐光热储能）以灵活方便、技术较为成熟、较易形成规模的特点在国内竞争性配置、大基地建设等多类项目和丰富的商业场景中积极应用。

  本文就电化学储能（锂离子电池）及光热发电（配置熔盐光热储能）两类储能方式，从应用场景、技术性能、经济造价三方面做初步比对，对这两类储能的配置提出建议。

  近年来，高温熔盐蓄热在太阳能热发电的研究和应用在我国也得到了加快速度进行发展，已进入示范和推广阶段。我国先后已有青海德令哈50MW槽式、50MW塔式和甘肃敦煌100MW塔式、共和50MW塔式等8个大容量熔盐蓄热太阳能热电站相继投运。

  根据太阳能光热产业技术创新战略联盟统计，截至2021年底，我国太阳能热发电累计装机容量538MW（含MW级以上规模的发电系统）。在我国已建成的太阳能热发电系统中，塔式技术路线%，线性菲涅耳技术（以下简称线我国部分已并网规模光热电站项目表；数据来源：中国太阳能热发电行业蓝皮书2021

  图2我国已建成太阳能热发电项目中的装机技术类型；数据来源：中国太阳能热发电行业蓝皮书2021

  太阳能热发电（光热发电）作为可再次生产的能源发电的一种，既保留了风电、光伏清洁发电的特点，又具有一定的灵活性，协调了可再次生产的能源发电利用与其出力不确定性之间的矛盾。太阳能光热电站由聚光集热、储热和发电环节构成，不同子系统之间的能量传递由导热流体实现，发电环节基础原理与常规发电机组一致。光热电站的热力循环比普通火力发电具有更加好的可控性和调节能力，达到与燃气机组相近的爬坡速度，光热电站的机组最快可达到16~20%PGN/min，这种快速爬坡能力逐步提升了可调度特性。聚光镜场与光热电站能量流示意图如下图所示。

  储能安全性是大容量储能的一个重要方面，带有二元硝酸盐的储热是一种安全性较高的储热方式。目前，国内单机容量最大的首航高科塔式光热电站储电已达1.7GWh；全球达到了1000GWh。自1982年4月美国SOLAR ONE以来，全球669万千瓦的太阳能热发电装机还未发生过类似锂电爆炸等安全性事故，是一种高安全性的储能方式。

  从系统容量配置角度，太阳能热发电站的装机容量、储能时长和镜场面积与电站的经济性紧密关联。一般来说，为了储存更长时间的能量，就要增加聚光场的面积，这样的一种情况下一次投资的成本就会增加；然而由于储能时长的增加，电站发电量将提高，度电成本则会下降。但针对不一样的气象条件、可用土地面积和电站设计等存在一个最优化的储热值。

  根据4月中关村储能产业技术联盟最新发布的《储能产业研究白皮书2022》，截至2021年底，我国已投运新型储能累计装机规模达到5729.7MW，同比增长75%，其中锂离子电池占比接近90%。2021年新增投运新型储能新增规模首次突破2GW，达到2.4GW/4.9GWh，同比增长54%，锂离子电池有百兆瓦级项目并网运行。

  图1中国电力储能市场累计装机规模（2000-2021） 数据来源：CNESA全球储能项目库

  电化学储能具有单位体积内的包含的能量高、响应时间快、维护成本低、灵活方便等优点，已成为目前大规模储能技术的发展趋势。其中，磷酸铁锂由于具有安全性与循环寿命优势、材料成本的诱惑，是电力储能领域的热门技术和应用最多的锂电技术。但是目前磷酸铁锂电池单个电芯寿命为4000次，电池成组后则只有3000次左右，系统充放电效率约85%左右，1kWh的电池生命周期内放出电量不到2500kWh。

  图5 2021年中国新增新型储能项目接入位置&应用场景分布 数据来源：CNESA全球储能项目库

  2.电化学储能电站站址选择应根据电力系统规划设计的网络结构、负荷分布、应用对象、应用位置、城乡规划、征地拆迁的要求做，并应满足防火和防爆要求，且应通过技术经济比较选择站址方案。站址应有方便、经济的交通运输条件，与站外公路连接应短捷，且工程量小；站址宜靠近可靠的水源。

  2021年电化学储能系统成本约1.5元/Wh左右，是储能经济性的拐点，大电站配储在某些地区具备较强的经济性。假设光伏电站100MW的运营规模，配储20%*2h，循环次数为7000次，每天充放电一次，按照配储后电站4.5元/W的综合成本计算：一类地区发电小时1100h，上网电价为0.51元/kWh，具备经济性；二类地区发电小时为1300h，上网电价为0.42元/kWh，具备经济性；三类地区发电小时为1600h，上网电价为0.36元/kWh，具备经济性。

  1.根据现阶段储能装备的发展现状和发展的新趋势，“十四五”期间，电化学储能仍是电网电源侧、电网测、用户侧的储能发展主力军，并随着未来技术进步、电池成本降低，液流电池以及钠硫电池的规模化应用，电化学储能会在未来电网调峰中发挥巨大作用。建议在“风光火储”“风光水储”等已经具备良好电网调峰调频的一体化项目中配置电化学储能，并积极应用除锂离子电池以外效率更加高、循环寿命更加长的新技术电池，不仅保证收益，也能在具备充足的电网系统调节资源前提下，充分的发挥电化学储能的作用。

  2.依托千万千瓦级可再次生产的能源基地的开发，联合当地政府开发共享储能，并以集中建设开发降低建设和运维成本，以专业的技术团队力量保障电化学储能电站的安全。

  5.当前在基地建设和通道建设当中，电化学储能和光热发电应对的主要应用场景不同。电化学储能一般适用于中短期储能配套（一般为4小时以下），成本基本成线性变化，装机和储电量的配置较为固定；熔盐储热可用于中长期储能（6小时之后），容量越大时成本越低，装机和储电量的配置较为灵活。因此，可根据实际的需求和不同储能形式的特点开展规划工作，并考虑和探索多元混合储能的配置方法。

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