为什么要发展储能?
中国在太阳能和风能发电以及光伏和风电产业方面均位列世界第一,但这些可再生能源发电存在不可储存、不可转运、不稳定的缺点。
电力系统的电能产生、传输、消费是同时完成的,发电、供电、用电过程之间必须保持动态平衡,即发多少电,就要用多少电。然而,风能、太阳能是一种没有确切形状的特殊物质,人们无法准确地通过控制风力、阳光来达到发电和用电的平衡。
以风力发电为例,只有风速达到一定级别才能进行发电,发电量随着风力级别而变化。一般情况下,半夜发电量最大,正午发电量最低,这和人类社会的用电需求正好是相反的,很容易导致电力需求高峰时电力不足,而在用电需求低谷时则电力过剩的情况。有关数据表明,风电日波动幅度最高可达 80%,而光伏日波动幅度最高则可达到 100%。此外,它们还存在季节性的周期变化。
随着双碳目标的推进,风电、光伏等新能源电力系统的建设浪潮如火如荼。然而,如果遇到无风无光的极端天气,如何保障稳定的电力供应无疑成为了一个巨大挑战。
与此同时,我国每年弃电超过500亿度!所谓弃电就是把发出来的电白白丢掉而不并入电网,2020年,全国主要流域弃水电量约301亿千瓦时,全国弃风电量约166亿千瓦时,全国弃光电量52.6亿千瓦时,弃电总数为519.6亿千瓦时!按1度电0.59元计算,我国全年浪费掉的新能源电高达306亿元!
一方面,风能、太阳能发电存在不稳定性;另一方面,“弃风弃光”现象又导致了巨额经济损失。要如何确保电力系统稳定、高效地运行已成为当下社会迫切需要解决的命题之一。
因此,储能的概念应运而生,它可以解决风能和太阳能等可再生能源的不可储存和不可控制问题,从而达到电力供需的平衡,电力系统的稳定性、经济性问题及电能质量问题均可以迎刃而解。
所谓储能技术,是将不易储存的能量转换成为更方便使用或者更经济的能量形式进行存储,并在未来需要能量供应时以特定的能量形式将存储的能量释放出来的技术。储能技术有助于解决可再生能源的不稳定性问题,提高能源的使用效率,为可再生能源的发展提供更加稳定、可靠的支撑。
常见的储能技术主要包括机械储能、电气储能、电化学储能、化学储能和热储能。其中,电化学储能是最受关注且发展迅速的储能技术,也就是我们常说的“电池储能”。电池储能非常灵活,不容易受到地理环境的限制,投资可大可小,非常适用于小型光电、风电等分布式发电站。
发展钠电池,缓解锂矿“卡脖子”的困境
目前,电化学储能中发展最为成熟的是锂离子电池技术。但近年来,市场对于钠离子电池取代锂离子电池的呼声日渐高涨。
锂矿资源全球分布不均,南美洲的玻利维亚、阿根廷、智利三国拥有全球58%的锂资源,而我国锂资源占有率仅为全球的6%。
中国是全球动力电池产能最大的国家,为了维持这一重要地位,我国势必需要进口大量锂资源,这意味着我国锂资源的供应存在安全隐患。
2011年,南美三国提出组建南美洲锂矿生产国组织“锂佩克”、掌握锂定价权的提议;2023年3月,玻利维亚总统表示,计划与阿根廷、智利、秘鲁合作“制定一项政策,以确保四国在主权条件下作为锂供应商的地位”。如果锂矿生产国成功“抱团”,掌握锂资源定价,很有可能会导致垄断,这将极度不利于我国动力电池产业的健康发展。
所以,发展能够替代锂的资源,迫在眉睫。
钠是在地壳中含量第六高的元素,地壳丰度为2.36%,远高于锂元素的0.0065%,且在世界范围内分布均匀,再加上钠离子电池与锂离子电池的技术原理相通、性能相近、生产工艺也类似,因而钠离子作为储能原材料纷纷被各国提升日程,发展钠电池的战略意义不言而喻。
有多重优势的钠电池高度适配储能的应用
钠离子电池并非新生事物,相对于锂离子电池而言,钠离子电池具有以下优点:
1)高低温性能好:钠离子电池正常工作温度范围在-40℃-80℃,高温放电容量超过额定容量100%,部分产品在-20℃下容量保持率能够达到 88%,显著优于磷酸铁锂 60-70%左右的容量保持率;
2)安全性高:锂离子电池在挤压、穿刺、短路、过充等条件下极易出现大量副反应,从而导致热失控。而钠离子电池经历短路、针刺、挤压等测试后,无起火、无爆炸等现象,其安全性更稳定。
在各种应用场景中,储能系统必须包含高安全性、优秀的高低温性能及长循环寿命等特性。钠离子电池的性能特点与与这些要求高度契合,使得它在储能领域具有很大的潜力。例如,户用家储对电池的安全性要求比较高,电力储能和通信储能(尤其是冬夏温差较大的地区)需要电池有优秀的高低温性能来抵抗寿命的衰减……因此,钠离子电池已成为目前储能技术的研究热点。
尽管如此,钠离子电池储能技术仍没有被大规模普及。这主要是因为钠离子电池储能具有很高的技术壁垒——钠离子电池目前面临的最大困难是正极材料的选择。锂离子电池目前已经确定了镍钴锰/镍钴铝三元结构、磷酸铁锂结构,而钠离子电池的正极材料目前还处于研发阶段。正极材料的不确定性,使得目前钠离子电池的研究成本较高。然而,随着科研工作的不断深入和技术的发展,钠离子电池的未来发展潜力巨大,很可能会成为储能领域的重要选择。
强强联合抢滩钠离子电池
日前,京能新能源与江苏传艺科技有限公司(以下简称“传艺科技”)共同研发和生产钠离子电池,持续深入推进钠离子电池在储能场景的应用。
传艺科技是一家在深交所A股发行上市的国家级高新技术企业,自2018年进入钠离子电池行业以来,以钠离子储能及智能微电网技术作为核心驱动力,组建了一支由5位国内外材料领域顶尖院士、9位博导、50位博士团队构成的电力储能研究院。传艺科技研发生产的钠离子电池产品单体能量密度 150Wh/kg-160Wh/kg,已经达到超过5000次的循环寿命,可以满足A00级车、小动力车、两轮车和储能的客户使用需求,各项测试技术参数处于行业领先地位,充分展现了传艺科技在行业中的卓越实力和丰富的钠离子电池研发经验。
作为专精特新小巨人企业、国家高新技术企业、国家电能变换与控制工程技术研究中心产学研基地,京能新能源自2012年初创以来,就以太阳能的研发和应用为主要业务,在储能领域具有强大的技术研发团队和雄厚的技术实力。近几年来,京能新能源和国内工程机械领头羊企业——三一重工在充电、换电等领域达成了全面深度合作,京能新能源的研发技术和品牌影响力进一步得到了提升。
目前,京能新能源已成长为一站式光储充换电设备整体方案提供商,产品线广泛涵盖“充电桩、换电站、光储充、云平台”等多个领域,业务范围遍及亚洲、非洲、欧洲、南美、北美等国家。然而,京能新能源并未满足于此,而是积极拓展业务范围,聚焦能源的高效利用,以前瞻性的眼光进行全局性谋划,致力于构建“光、储”多能互补的能源格局,推动新型能源体系的建设。
京能新能源和传艺科技的合作,可谓是强强联合。通过共享技术和资源,双方可以提高研发效率和生产能力,加速在钠离子电池储能领域的产学研成果转化。此外,双方的合作还将加快推进实施钠离子电池大规模储能示范项目,共同推动钠离子电池储能产业的规模化发展,为构建新型能源体系提供强有力的技术支撑。
储能行业的市场前瞻
在能源领域快速发展的今天,储能行业的前景备受关注。随着碳中和政策的推进和电力市场需求的增长,储能政策支持力度加大。今年1月份工信部等六部委发布了《关于推动能源电子产业发展的指导意见》中重点提及了新型储能产品是新能源系统压舱石,提出新型储能产品及技术供给能力提升行动,明确了锂离子电池、锂电材料及装备、钠离子电池等新型储能技术及产品的具体发展方向。
随着电力市场需求的增长和能源结构的升级,相信钠离子电池储能行业将迎来更多的发展机遇和更为广阔的市场前景。有证券公司做出市场预测:到 2030 年,钠离子电池的实际出货量或将达 347GWh。照此推算,2024年至 2030 年期间,钠电池出货量复合增长将达到 58.1%。这无疑为钠离子电池储能行业擘画了一副美好的蓝图。
面对未来广阔的市场前景和日益激烈的市场竞争,京能新能源将始终保持敏锐的市场洞察力和前瞻性思维,持续加大研发投入和技术创新力度。通过与传艺科技等优秀企业的紧密合作,共同推动钠离子电池等新型储能技术的发展和应用,为构建新型能源体系、推动能源革命作出更大的贡献!
