在新能源為主體的新型電力系統(tǒng)構(gòu)建中，新型儲(chǔ)能正在迎來(lái)全新的歷史使命。2022年7月，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局發(fā)布了關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見，提出到2025年，新型儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模將達(dá)到3000萬(wàn)千瓦以上，2030年實(shí)現(xiàn)新型儲(chǔ)能全面市場(chǎng)化發(fā)展。
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作為最早一批關(guān)注儲(chǔ)能的早期投資機(jī)構(gòu)，險(xiǎn)峰自2021年初先后投資了云儲(chǔ)、大鋅、理谷等一批儲(chǔ)能領(lǐng)域的初創(chuàng)企業(yè)；此外，我們也與業(yè)內(nèi)知名科研學(xué)者、產(chǎn)業(yè)專家保持著密切互動(dòng)。
在剛剛過去的12月里，險(xiǎn)峰聯(lián)合甲子光年、36氪、清華大學(xué)THU碳中和研究協(xié)會(huì)進(jìn)行了一場(chǎng)名為《新型儲(chǔ)能技術(shù)的現(xiàn)狀與走向》的直播連線，本次活動(dòng)中：
我們請(qǐng)到了：
中國(guó)電力科學(xué)研究院資深專家 來(lái)小康 中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán) 資深儲(chǔ)能專家 楚攀 大連化物所研究員 劉濤 西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院教授 王鵬飛我們聊到了
當(dāng)前新型儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 不同儲(chǔ)能技術(shù)的特點(diǎn)與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用前景、商業(yè)模式比較 未來(lái)新型儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)格局展望 對(duì)儲(chǔ)能方向投資創(chuàng)業(yè)的建議從行業(yè)特征來(lái)看，儲(chǔ)能和電動(dòng)車很不一樣，電動(dòng)車更關(guān)注能量密度，而儲(chǔ)能關(guān)注三個(gè)要素：長(zhǎng)壽命、低成本、高安全。對(duì)于以鋰電為代表的化學(xué)儲(chǔ)能來(lái)說，長(zhǎng)壽命相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)，低成本隨著規(guī)模提升也會(huì)逐步解決，最難解決的還是安全性問題。
可以說正是為了破解安全問題，才誕生出了不同的儲(chǔ)能技術(shù)路徑，比如從本征角度出發(fā)，衍生出了固態(tài)電池或者水系電池；再比如干脆打破整個(gè)體系，由此衍生出液流電池和物理壓縮空氣儲(chǔ)能。
在我看來(lái)，鋰電相當(dāng)于一把非常漂亮的瑞士軍刀，各個(gè)功能都不錯(cuò)，但有了瑞士軍刀不代表我們不要剪刀、改錐或水果刀；從這個(gè)角度講，我認(rèn)為未來(lái)一定會(huì)有其他儲(chǔ)能新技術(shù)崛起的機(jī)會(huì)，但相比于鋰電池這把瑞士軍刀，新技術(shù)一定要某一點(diǎn)上特別突出好用，而且沒有致命的短板——如果性能上不去，或者用起來(lái)太麻煩，有物理極限，那這種技術(shù)可能就不會(huì)有太大前景。
現(xiàn)階段我不會(huì)對(duì)哪項(xiàng)技術(shù)特別青睞，但我認(rèn)為新技術(shù)需要考慮到長(zhǎng)時(shí)間尺度的儲(chǔ)能問題。新能源的兩大難題的就是波動(dòng)性和間歇性，波動(dòng)性就是白天有云飄來(lái)飄去，間歇性就是白天有太陽(yáng)晚上沒有，現(xiàn)在我們儲(chǔ)能技術(shù)可以解決白天一朵云飄過來(lái)的問題，但晚上沒電暫時(shí)還沒有解決，只能靠一些常規(guī)化的石能源頂上，以后可再生能源高比例了，間歇性問題會(huì)越來(lái)突出，這就是未來(lái)必須要解決的問題。
險(xiǎn)峰：物理儲(chǔ)能、液流和水系電池，您比較看好或不看好哪個(gè)技術(shù)？它們具體的產(chǎn)業(yè)化難度如何？
來(lái)小康：物理壓縮空氣對(duì)地質(zhì)條件有一定要求，比如當(dāng)?shù)匾写罅康膸r穴資源，一定要大規(guī)模使用才能夠成本可控。
液流電池在長(zhǎng)時(shí)間尺度上有優(yōu)勢(shì)，鋰離子和鈉離子電池因?yàn)橥坎茧姌O的限制，很難能堅(jiān)持十小時(shí)以上，但液流電池可以做到非常持久，不過它的問題是成本，我們知道能源是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，能源必須要足夠便宜，制造業(yè)才有競(jìng)爭(zhēng)力，如果太貴了肯定沒有市場(chǎng)。
路徑方面，現(xiàn)階段沒人能判斷誰(shuí)會(huì)勝出，原則上還是要“突出強(qiáng)項(xiàng)，彌補(bǔ)短板”，這里我提兩個(gè)方向供參考。
一是支撐技術(shù)，比如高通量計(jì)算、先進(jìn)制備技術(shù)、分析測(cè)評(píng)技術(shù)、電池管理技術(shù)，傳感技術(shù)。支撐技術(shù)是儲(chǔ)能的基礎(chǔ)，舉個(gè)例子，有了可靠的傳感技術(shù)，電池安全預(yù)警才有可能實(shí)現(xiàn)，而這些技術(shù)在過去是相對(duì)容易被忽略的。
二是集成技術(shù)，比如電池組怎么集成，冷卻消防怎么集成，和電網(wǎng)結(jié)合后，構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)、跟網(wǎng)型技術(shù)以及后面彈性電網(wǎng)所需的黑啟動(dòng)技術(shù)、即插即用技術(shù)等，都是很重要的環(huán)節(jié)，相關(guān)的產(chǎn)業(yè)鏈很長(zhǎng)，市場(chǎng)也非常巨大。
未來(lái)，儲(chǔ)能領(lǐng)域一定能跑出一批成功的企業(yè)，但也會(huì)有一批“烈士”，連撫恤金都沒有，我認(rèn)為在技術(shù)路徑的選擇上，一定要先想清楚，你的技術(shù)是不是長(zhǎng)久有效，還只是曇花一現(xiàn)，“鋰電不能包打天下”這沒有錯(cuò)，但這不代表所有電池都能活下來(lái)。
獨(dú)立儲(chǔ)能電站是個(gè)很新的事物，它的一個(gè)重要特點(diǎn)就是單體項(xiàng)目的建設(shè)規(guī)模很大，我記得中國(guó)最早的百兆瓦時(shí)儲(chǔ)能電站出現(xiàn)在2018年，當(dāng)時(shí)還是非常罕見的，但僅僅過了3年，到2021年的時(shí)候，百兆瓦時(shí)就已經(jīng)成了行業(yè)標(biāo)配。
隨著儲(chǔ)能電站規(guī)模的增大，問題也隨之而來(lái)——100/200MWh的儲(chǔ)能電站，需要非常多的電池進(jìn)行串并聯(lián)，不斷升壓、增大電流，提升功率，這就對(duì)電路設(shè)計(jì)以及交流側(cè)、直流側(cè)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化提出了需求，也由此誕生了6種解決方案：
最常見大儲(chǔ)能解決方案的是集中式（也有人稱為低壓式）。它的結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單、投資成本也最低，后續(xù)安裝、運(yùn)維成本都很便宜，對(duì)運(yùn)維人員要求也不高，這是它的優(yōu)勢(shì)。
但這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并不是為大規(guī)模儲(chǔ)能設(shè)計(jì)的，在它誕生的時(shí)候，項(xiàng)目規(guī)模一般不超過20MWh，當(dāng)放大到百兆瓦時(shí)規(guī)模，就會(huì)出現(xiàn)越來(lái)越多的問題，比如直流拉弧、直流側(cè)的并聯(lián)容量損失、并聯(lián)環(huán)流等等。這些問題已經(jīng)嚴(yán)重影響了集中式儲(chǔ)能電站的安全和效率。雖然集中式解決方案的缺點(diǎn)很多，但基于歷史慣性，目前，集中式依然是市場(chǎng)上增量最大、占有率最高的解決方案。
第二種方案叫交流側(cè)多分支并聯(lián)，市場(chǎng)上俗稱“大組串”。它的做法很巧妙，將集中式逆變器分散為組串式逆變器，將直流側(cè)的并聯(lián)，轉(zhuǎn)化為交流的的并聯(lián)，且每個(gè)組串式逆變器串聯(lián)的電池簇規(guī)模更小、集成度更高、模塊化更強(qiáng)，消除了集中式方案的三大隱患，運(yùn)維方面也更靈活更簡(jiǎn)單了。
現(xiàn)在這種直流側(cè)的電池簇已經(jīng)做成了標(biāo)品，比如寧德時(shí)代的372度的電池柜，就能和大組串方案完美契合，交流側(cè)的并聯(lián)數(shù)量可以達(dá)到16個(gè)，一個(gè)小的儲(chǔ)能單元可以做到5MWh以上，效率（與集中式相比）能提高4%以上，在市場(chǎng)上也非常受到關(guān)注，有可能成為明年的大儲(chǔ)主流方案之一。
第三個(gè)方案的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更復(fù)雜，但有個(gè)簡(jiǎn)單的名字，叫智能組串式。它對(duì)電池簇的控制精度更高，不僅分模塊、分區(qū)管理，在每個(gè)電池包上還有額外的優(yōu)化器。智能組串式最大的優(yōu)勢(shì)是對(duì)電芯的兼容性比較強(qiáng)，可以用一致性較差的電芯做一套功能不錯(cuò)的系統(tǒng)。它的劣勢(shì)是過于復(fù)雜，擁有一級(jí)直流變換和一級(jí)交流變換共兩級(jí)變換，所以效率比較低，只有83-84%左右，成本又比集中式高了15-20%，所以在市場(chǎng)上推廣比較困難，業(yè)主的認(rèn)可度不高。
第四個(gè)方案叫直流側(cè)多分支并聯(lián)，俗稱集散式方案，它與集中式方案最大的區(qū)別是每個(gè)電池簇在并聯(lián)接入直流母線前加了DC/DC隔離，避免了并聯(lián)容量損失和并聯(lián)環(huán)流，比較好的解決了安全問題。但額外的 DC/DC隔離，讓整個(gè)系統(tǒng)多了一層能量損耗，整體的效率表現(xiàn)與集中式相當(dāng)，不如第二種大組串式，除此之外沒有其他優(yōu)勢(shì)。
目前用這個(gè)方案最多的是特斯拉，國(guó)內(nèi)也有一些企業(yè)在跟進(jìn)，但基本是以出海為主，因?yàn)樘厮估诤Ｍ鈨?chǔ)能市場(chǎng)很強(qiáng)勢(shì)，占有率也很高，中國(guó)企業(yè)如果用同一套方案去競(jìng)標(biāo)，價(jià)格還能做到更低，可能是個(gè)不錯(cuò)的競(jìng)爭(zhēng)策略。
第五個(gè)方案在二級(jí)市場(chǎng)關(guān)注度比較高，叫做高壓級(jí)聯(lián)或者高壓直掛，僅從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中也能看出，它跟前四種有很大區(qū)別。
前四種方案，電流從逆變器出來(lái)后再升壓，而高壓直掛是在逆變成交流之后再串聯(lián)（串聯(lián)達(dá)到升壓的目的），這就省去了專門的升壓過程。
高壓直掛的方案中少了升壓環(huán)節(jié)后，效率就會(huì)提升，由于其特殊的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并聯(lián)容量損失、并聯(lián)環(huán)流問題也都不存在了，最終效率可以做到88-90%，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，高度模塊化的難度較大，所以項(xiàng)目的交付速度比較慢，對(duì)后期的運(yùn)營(yíng)維護(hù)的要求也更高。
目前資本市場(chǎng)對(duì)高壓直掛路線比較關(guān)注，不過真正落地的項(xiàng)目還不多，從2022年新增儲(chǔ)能項(xiàng)目來(lái)看，高壓直掛的市占率不超過5%。
第六種方案叫分布式能源塊，它的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和大組串很像，最近兩年才開始應(yīng)用在大儲(chǔ)領(lǐng)域，之前主要用在工商業(yè)側(cè)儲(chǔ)能。
分布式能源塊是將逆變器、電池簇、EMS、BMS等所有功能子單元都集中到一個(gè)單獨(dú)的小機(jī)柜里，大組串有的優(yōu)勢(shì)它都有，而且布置更加靈活，只是因?yàn)楝F(xiàn)在供應(yīng)鏈體系不夠成熟，成本上有劣勢(shì)，但未來(lái)前景值得期待的。
總的來(lái)說，目前各種技術(shù)路徑中，只有第1、2、6三種方案有100MW以上的項(xiàng)目落地，其中分布式能量塊方案在消防上有額外優(yōu)勢(shì)，因?yàn)閱蝹€(gè)機(jī)柜可以做得更小，所包含的電芯數(shù)量也少。當(dāng)然，前5種方案也可以用pack級(jí)的消防方案來(lái)提升運(yùn)行安全，不過成本會(huì)提升。
在我看來(lái)，2023年大儲(chǔ)解決方案中，集中式一家獨(dú)大的局面一定會(huì)被打破，而第二、六種方案都是非常有力的競(jìng)爭(zhēng)者。大儲(chǔ)方面，“大組串”可能是增速最快的技術(shù)路線，從工商業(yè)側(cè)來(lái)看，分布式能量塊的優(yōu)勢(shì)更大一些，因?yàn)楦叨饶K化、部署靈活性以及高運(yùn)行效率，都會(huì)使其具備強(qiáng)大的有競(jìng)爭(zhēng)力。
險(xiǎn)峰：有哪些看好或者不好的儲(chǔ)能技術(shù)路線？
楚攀：2022年，資本市場(chǎng)對(duì)儲(chǔ)能關(guān)注的熱點(diǎn)轉(zhuǎn)移非常快，我記得三四月份時(shí)還在流行重力儲(chǔ)能，就是把一個(gè)25-35噸的混凝土塊，用起重機(jī)吊到高處，通過重力勢(shì)能來(lái)儲(chǔ)能，非常有創(chuàng)意；到七八月份又在炒作熔融鹽儲(chǔ)熱，下半年又陸續(xù)炒液流電池、壓縮空氣和鈉離子電池。
我覺得造成這個(gè)現(xiàn)象的重要原因之一，就是鋰電相關(guān)的投資標(biāo)的都太貴了，投資人都希望在低點(diǎn)進(jìn)去、在高點(diǎn)退出，所以想尋找一些優(yōu)質(zhì)且便宜的標(biāo)的，于是就把其他儲(chǔ)能技術(shù)都挨個(gè)過一遍；此外，就是大家覺得鋰電池儲(chǔ)能的發(fā)展遇到瓶頸了，發(fā)展沒有之前那么好了，進(jìn)入停滯期了。
大部分有這種想法的人，可能都不是做鋰電研發(fā)的，或者和一線研發(fā)人員交流比較少。事實(shí)上，現(xiàn)在鋰電池尤其是磷酸鐵鋰電池處于歷史上最好的發(fā)展時(shí)期，因?yàn)槔碚撃Ｐ驮絹?lái)越成熟，數(shù)據(jù)也越來(lái)越豐富，現(xiàn)在鋰電池研發(fā)已經(jīng)是基于大數(shù)據(jù)的仿真，很多材料和結(jié)構(gòu)在實(shí)驗(yàn)前都已經(jīng)用仿真技術(shù)篩選過了，研發(fā)效率非常高，這種優(yōu)勢(shì)是其他技術(shù)路線所不具備的。
未來(lái)七八年會(huì)是鋰電池，尤其是磷酸鐵鋰發(fā)展的高速發(fā)展期，這種發(fā)展會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)變化，一是鋰電池的一致性越來(lái)越好，差異性會(huì)低于1%甚至0.5%；二是鋰電池壽命會(huì)越來(lái)越長(zhǎng)，現(xiàn)在一線廠家的電芯壽命大概能做到8000次，到2026年預(yù)計(jì)會(huì)到12000次，2030年能做到15000次甚至更多。
壽命的增加一倍，意味著到2030年，鋰電項(xiàng)目的初投資成本會(huì)比2022年便宜一半左右；在不考慮電價(jià)，只看全壽命周期里儲(chǔ)存\釋放電能成本的前提下，未來(lái)鋰電儲(chǔ)能的度電成本大概率會(huì)低于2毛錢——這個(gè)價(jià)格不僅低于所有其他的儲(chǔ)能技術(shù)，僅僅比比抽水蓄能稍貴。但鋰電池儲(chǔ)能在響應(yīng)速度、充放電速度、有功無(wú)功的支撐、都比抽水蓄能做得更好。
希望大家不要忽略鋰電快速發(fā)展的潛力，不要看它目前標(biāo)的絕對(duì)值高，還要關(guān)注它的相對(duì)價(jià)值，還要看到它的增長(zhǎng)空間，或許5年、10年過后，大家回頭再看，會(huì)覺得鋰電池的標(biāo)的好便宜，會(huì)后悔自己當(dāng)時(shí)怎么沒出手。
從這個(gè)角度來(lái)說，留給其他儲(chǔ)能技術(shù)的時(shí)間窗口，可能就是“十四五”、“十五五”了，如果沒能跑出來(lái)，那2030年后就會(huì)面臨鋰電儲(chǔ)能非常強(qiáng)力的全面圍剿。
我不是鈉離子電池專家，只是談?wù)剛€(gè)人的看法。首先，我覺得市場(chǎng)對(duì)于鈉離子電池的期待過于迫切了，希望它在短期內(nèi)就能和鋰離子電池二分天下，但目前看不太樂觀。
事實(shí)上，現(xiàn)在鈉離子電池做的比較好的還是鋰電的巨頭們，這個(gè)結(jié)論可能會(huì)讓一些投資人感到心涼。
因?yàn)閲?guó)內(nèi)鈉離子電池和鋰離子電池的工藝是高度相似的，鋰電巨頭轉(zhuǎn)型做鈉電，無(wú)論是產(chǎn)量還是質(zhì)量，都可以快速超過初創(chuàng)公司，除非鈉離子電池完全突破目前的材料體系，換一套工藝，那新公司可能更有優(yōu)勢(shì)。目前，創(chuàng)業(yè)公司想在鈉離子電池上超過鋰電池巨頭，難度很大，除非出現(xiàn)階躍性的技術(shù)突破。
第二，未來(lái)鈉離子電池在行業(yè)發(fā)展中扮演什么樣的角色？站在鋰電池巨頭的視角，鈉離子電池不是進(jìn)攻型武器而是用來(lái)制衡的防御性武器，是為了反制鋰電上游對(duì)鋰電池企業(yè)的無(wú)休止的壓榨而存在的。鈉電池的發(fā)展可以減輕鋰電池企業(yè)對(duì)鋰資源的依賴，但不是為了取代。
第三，鈉電池的循環(huán)壽命，能量密度、充放電倍率目前看都很難與鋰電池媲美，無(wú)論是用于動(dòng)力還是儲(chǔ)能，短期內(nèi)都難以替代鋰電池。鈉電池為了快速推廣，非常有可能跟鋰電池混搭，組成一套鈉鋰混合動(dòng)力系統(tǒng)，但這種混合動(dòng)力系統(tǒng)什么時(shí)候能成熟起來(lái)也很難說，也許是2024年。
現(xiàn)在有很多人都在講，2023年是鈉電電池的元年，會(huì)有一些兩輪車或者A00級(jí)車大規(guī)模的采用鈉電池動(dòng)力系統(tǒng)，有點(diǎn)偏樂觀。明年（2023年）肯定會(huì)有一些示范應(yīng)用項(xiàng)目，真正規(guī)?；耐茝V可能要到2025年，不過這也都是我的猜測(cè)，僅供參考。
險(xiǎn)峰：在儲(chǔ)能行業(yè)，是否存在一些比較清晰的商業(yè)模式和場(chǎng)景，這些需求會(huì)來(lái)自哪里？
楚攀：對(duì)儲(chǔ)能公司來(lái)說，能不能存活下來(lái)，選取的切入點(diǎn)很重要，比如選擇做電芯、BMS或者EMS，這些領(lǐng)域的創(chuàng)業(yè)公司的生存可能會(huì)比較艱難。
電芯未來(lái)十年的格局已經(jīng)基本定了，能上市的公司基本都已經(jīng)上市，沒上市的可能也比較難上市了；而BMS、EMS或者溫控這些，在儲(chǔ)能系統(tǒng)中占比低、價(jià)值低、話語(yǔ)權(quán)也低，雖然儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全非常重要，但還不是決定性環(huán)節(jié)，很難出現(xiàn)快速增長(zhǎng)的公司。
相比之下，逆變器是電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域技術(shù)門檻最高的一環(huán)，如果技術(shù)方面有優(yōu)勢(shì)，特別是能開發(fā)出用于幾百兆甚至吉瓦級(jí)大型儲(chǔ)能項(xiàng)目的逆變器，這樣的團(tuán)隊(duì)可能比較有機(jī)會(huì)。
目前，最有前景的儲(chǔ)能創(chuàng)業(yè)公司，可能還是具備核心研發(fā)能力的儲(chǔ)能系統(tǒng)集成公司，比如剛剛提到了六種技術(shù)路線，如果一個(gè)公司具有很強(qiáng)的研發(fā)能力，能夠研發(fā)出新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，成為一個(gè)技術(shù)路線的原創(chuàng)或者領(lǐng)頭羊，這種公司會(huì)在市場(chǎng)上長(zhǎng)期存活且可能做大。
現(xiàn)在很多公司進(jìn)入儲(chǔ)能領(lǐng)域，切入點(diǎn)基本都是儲(chǔ)能系統(tǒng)集成，比如原來(lái)做電芯、風(fēng)電、光伏的，都開始做系統(tǒng)集成。長(zhǎng)久看，哪種公司可以活下來(lái)呢？一類是有成本優(yōu)勢(shì)，比如電芯企業(yè)轉(zhuǎn)型做儲(chǔ)能系統(tǒng)集成，因?yàn)殡娦菊純?chǔ)能系統(tǒng)成本的60%，只要技術(shù)方案做的還可以，就可以靠著成本優(yōu)勢(shì)活下來(lái)；第二類就是有很強(qiáng)的研發(fā)能力，特別是研發(fā)儲(chǔ)能逆變器的，能不斷推出新拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和先進(jìn)儲(chǔ)能解決方案的，此類型的公司就可以吃到技術(shù)紅利，也會(huì)發(fā)展的不錯(cuò)。
這兩類公司未來(lái)發(fā)展前景都很不錯(cuò)。關(guān)于儲(chǔ)能創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)的配置，首先專業(yè)配置要齊全，比如必須要有在電力電子方面深厚積累的帶頭人，然后有做電氣一次、電氣二次、熱管理、結(jié)構(gòu)方面以及比較強(qiáng)的產(chǎn)品經(jīng)理和銷售，一個(gè)精干的團(tuán)隊(duì)，10-20人左右，就能把公司運(yùn)營(yíng)得不錯(cuò)。
險(xiǎn)峰：如何看待EMS的技術(shù)門檻和創(chuàng)業(yè)機(jī)會(huì)？
楚攀：EMS不難做，本質(zhì)上就是一套工業(yè)控制軟件，需要設(shè)計(jì)者理解電化學(xué)儲(chǔ)能電站運(yùn)行原理以及一些電網(wǎng)控制原理及標(biāo)準(zhǔn)，有一定的技術(shù)門檻，但不高，其復(fù)雜程度要比大型工業(yè)系統(tǒng)的控制簡(jiǎn)單很多。
如果一家創(chuàng)業(yè)公司只做EMS，未來(lái)遇到的競(jìng)爭(zhēng)肯定會(huì)越來(lái)越大，但如果可以拓展業(yè)務(wù)，把大型儲(chǔ)能項(xiàng)目的運(yùn)維服務(wù)也納入進(jìn)來(lái)，通過更先進(jìn)的算法，幫甲方獲得更多利潤(rùn)，起步早的話還是有機(jī)會(huì)做大的。現(xiàn)在這種類型的公司還不多，已經(jīng)看到有團(tuán)隊(duì)在做類似的事情了。
險(xiǎn)峰：如何評(píng)價(jià)壓縮空氣技術(shù)路線？
楚攀：這幾年壓縮空氣儲(chǔ)能有很多新進(jìn)展，不過核心還是如何解決成本和效率問題，目前它的單位千瓦造價(jià)還在7000-8000，未來(lái)至少要降到6000以下才具備競(jìng)爭(zhēng)力；同時(shí)，全系統(tǒng)的電到電的循環(huán)效率也要提升到70%以上，才會(huì)具備不錯(cuò)的競(jìng)爭(zhēng)力和發(fā)展前景。
壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)展面臨一個(gè)比較大的限制是儲(chǔ)氣，如果想低成本發(fā)展，大容量的地下儲(chǔ)氣場(chǎng)所必不可少，一個(gè)“300MW?5小時(shí)”的壓縮空氣項(xiàng)目需要的儲(chǔ)氣空間超過50萬(wàn)立方，這要求儲(chǔ)氣場(chǎng)所必須有較大的埋深，比如地下400米以下，還要有很好的密封性。
若這些問題都能解決，壓縮空氣還是很有前景的。
這張圖大家想必不會(huì)陌生，很多人都引用過。其中，橫坐標(biāo)代表不同儲(chǔ)能技術(shù)系統(tǒng)輸出功率，越往右就是系統(tǒng)功率越大，縱坐標(biāo)是放電時(shí)長(zhǎng)，越往上越適合長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能，因此未來(lái)可以做成大規(guī)模儲(chǔ)能的種子選手，也就是右上角的這幾個(gè)。
抽水蓄能不必多說，目前占比在90%以上，是絕對(duì)主力；液流電池、壓縮空氣、鋰離子/鈉離子電池、鉛碳電池也很適合規(guī)模儲(chǔ)能。鈉硫電池本來(lái)也很合適大規(guī)模儲(chǔ)能，但這些年由于安全問題，已不太受關(guān)注。
電化學(xué)儲(chǔ)能這幾年的發(fā)展速率是高于抽水儲(chǔ)能，從原來(lái)不足10%到現(xiàn)在超過10%，未來(lái)占比會(huì)更多。各種電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)中，鉛酸/鉛碳電池肯定是成本最低的，它最大的問題還是壽命和循環(huán)次數(shù)，我們國(guó)家的鉛回收技術(shù)還是比較成熟的，所以環(huán)保不是大問題，但循環(huán)壽命確實(shí)是大短板。
鋰離子電池整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈都很成熟、系統(tǒng)效率也比較高，成本方面大家也接受，是目前除了鉛酸電池外最經(jīng)濟(jì)的選擇，循環(huán)壽命上可以做到五六千次，但安全性是其短板，也是目前研究的熱點(diǎn)。鈉離子電池資源豐富，是鋰離子電池很好的補(bǔ)充，但尚處于示范應(yīng)用階段，離大規(guī)模應(yīng)用還需要一段時(shí)間。液流電池在安全性、長(zhǎng)壽命方面都有其本質(zhì)上的優(yōu)勢(shì)，比較適合大規(guī)模儲(chǔ)能，但一方面效率不如鋰電高，目前成本偏高也限制了其大規(guī)模應(yīng)用。
對(duì)于哪種儲(chǔ)能技術(shù)最有前景，目前還很難做出確定性的結(jié)論，還需要時(shí)間來(lái)通過各個(gè)示范項(xiàng)目的應(yīng)用結(jié)果來(lái)決定。國(guó)家發(fā)改委和能源局在3月份發(fā)布的十四五新型儲(chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案中明確了推動(dòng)多元化技術(shù)開發(fā)，開展鈉離子電池、新型鋰離子電池、鉛碳電池、液流電池、壓縮空氣，氫（氨）儲(chǔ)能等關(guān)鍵核心技術(shù)裝備和集成優(yōu)化設(shè)計(jì)研究，同時(shí)也集中攻關(guān)超導(dǎo)、電容儲(chǔ)能以及下一代高能量密度儲(chǔ)能技術(shù)等等。這些肯定是考慮了很多方面的因素，才最終選出了上面這些新型儲(chǔ)能技術(shù)來(lái)突破，所以各種技術(shù)都還有機(jī)會(huì)，目前很難說哪個(gè)可以跑出來(lái)。
我個(gè)人比較看好的是液流電池，我們大連化物所也主要是聚焦在這個(gè)領(lǐng)域。液流電池有很多體系，其中技術(shù)成熟度最高的是全釩液流電池，利用釩離子的價(jià)態(tài)變化，實(shí)現(xiàn)電能化學(xué)能之間的相互轉(zhuǎn)換。
液流電池的短板主要是效率和成本，目前的示范系統(tǒng)能效也就是75%左右，但它最大的優(yōu)勢(shì)就是長(zhǎng)壽命和安全性。
因?yàn)槿C液流是水系電池，所以本質(zhì)安全，無(wú)爆炸著火隱患；另外它的功率和容量是解耦的，可以靈活獨(dú)立設(shè)計(jì)，規(guī)模也可以做的比較大，從10千瓦做到百兆瓦，非常適合做長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能，只要把電解液罐里電解液的體積加大就可以實(shí)現(xiàn)容量增大，儲(chǔ)能時(shí)間越長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)性也越好，因?yàn)楣β蕟卧梢圆蛔?。此外，響?yīng)速度也好，循環(huán)性能也好，這些都是液流電池的優(yōu)勢(shì)，因此它非常適合中長(zhǎng)時(shí)，甚至超長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能。
為什么全釩液流電池的壽命長(zhǎng)呢？這是因?yàn)檫@種電池的活性物質(zhì)都儲(chǔ)存在電解液里，電極只是發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的場(chǎng)所，電極材料本身是不參與反應(yīng)的，不發(fā)生相變，循環(huán)次數(shù)可以達(dá)到一萬(wàn)六千次以上，壽命可以長(zhǎng)達(dá)25年。而且，電解液可以無(wú)限循環(huán)下去，就是說電池過了25年壽命后，電解液仍然可以回收再利用，回收再利用方法很簡(jiǎn)單，只要調(diào)平價(jià)態(tài)就好，這是因?yàn)殡娊庖阂遭C離子水的狀態(tài)儲(chǔ)存，沒有發(fā)生別的化學(xué)反應(yīng)，與鋰電池回收技術(shù)相比非常簡(jiǎn)單，所以我認(rèn)為全釩液流電池在大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。
成本方面，全釩液流電池前幾年比較貴的時(shí)候五六千/kWh，現(xiàn)在已經(jīng)可以降到三千以內(nèi)了，未來(lái)隨著技術(shù)的進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)鏈的進(jìn)一步完善還有下降空間。目前五氧化二釩價(jià)格基本穩(wěn)定在12萬(wàn)一噸左右，電解液大概在1200-1300左右，算下來(lái)全釩液流電池成本最低可以做到2000多塊錢，考慮到它的超長(zhǎng)壽命，所以生命周期經(jīng)濟(jì)性還是很有優(yōu)勢(shì)的。
此外，中國(guó)釩儲(chǔ)量、產(chǎn)量都是世界第一，不會(huì)有被卡脖子或者需要海外找礦的問題，我們是可以實(shí)現(xiàn)自主可控的。而且，需求量來(lái)說，由于釩可以永久循環(huán)利用下去，只要頭20來(lái)年保持電解液的投入，后期就可以循環(huán)起來(lái)，只需要更新功率單元就可以，所以從整個(gè)生命周期來(lái)看，它的經(jīng)濟(jì)性不是問題。
而且，如果從商業(yè)運(yùn)營(yíng)模式上進(jìn)行創(chuàng)新，電解液變售為租的話，全釩的一次性投資成本還可以下降一半多，也就是才1000元/kWh左右，這就很有成本優(yōu)勢(shì)了。目前業(yè)界已經(jīng)開始探索這種模式，對(duì)未來(lái)全釩的推廣很有推動(dòng)意義。
當(dāng)然，從長(zhǎng)期看，全釩的經(jīng)濟(jì)性不一定是最好的。因此尋找更低成本的活性物質(zhì)一直是我們的目標(biāo)，這些年也陸續(xù)推出了鐵鉻液流電池、鋅基液流電池，在電解液成本上都更有優(yōu)勢(shì)，但整個(gè)電池技術(shù)較全釩相比不是十分成熟，還有一些關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題有待突破。如果未來(lái)獲得突破的話，液流電池技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性短板將會(huì)補(bǔ)上，加上其安全性和長(zhǎng)壽命的優(yōu)勢(shì)，那它在規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域就非常有前景了。
我主要介紹下今年比較火的鈉離子儲(chǔ)能。
雖然鈉離子看起來(lái)比鋰離子要新，但其實(shí)人類對(duì)二者的研究幾乎是同時(shí)起步的，1870就有科學(xué)家在發(fā)表了鈉離子相關(guān)的學(xué)術(shù)文章，到1991年，日本索尼率先將鋰離子電池商業(yè)化，但因?yàn)闆]找到合適的正負(fù)極材料以及電解液關(guān)鍵材料，鈉離子的相關(guān)研究就擱置了，直到2010年前后，科學(xué)家才找到了幾條主流的技術(shù)路線，鈉離子才重啟產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
當(dāng)然，今年鈉離子電池能受到如此多的青睞，主要原因還是碳酸鋰價(jià)格攀升。眾所周知，鋰資源在世界上儲(chǔ)量少，且主要在南美洲，我國(guó)又是動(dòng)力電池的大市場(chǎng)，對(duì)資源需求量很高，這就催生了大家對(duì)新型電池技術(shù)探索。碳酸鋰接近60萬(wàn)元每噸，而碳酸鈉1噸只需要2000-3000元，這是天然的成本優(yōu)勢(shì)，因?yàn)橘Y源豐富，所以原料價(jià)格低。
與鋰離子相比，鈉離子的工作原理、電化學(xué)儲(chǔ)能機(jī)制大體相同，只是因?yàn)殁c原子比鋰大一些，因此電池質(zhì)量/體積能量密度都不如鋰離子，但鈉離子電池也是基于離子在正負(fù)極材料的相互轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)電能化學(xué)能變化，所以理論上循環(huán)壽命也是可以接近鋰離子電池的。
在性能方面，鈉離子肯定沒法跟鋰離子正面PK，但鈉離子有兩個(gè)優(yōu)勢(shì)，一是耐低溫，在東北內(nèi)蒙西藏這些寒冷地區(qū)，不會(huì)出現(xiàn)容量衰減、充放電變慢的問題；二是安全性也比較好，適合在低速電動(dòng)車、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域使用。
2015年之后，世界各國(guó)都開始了對(duì)鈉離子電子的產(chǎn)業(yè)化研究，到今天全球大概有幾十家鈉離子電池公司，中國(guó)也是其中布局較早的。
我國(guó)鈉離子電池從2021年以來(lái)都處于高速發(fā)展的狀態(tài)，也涌現(xiàn)了很多專注做鈉離子電池的初創(chuàng)公司，比如中科院胡勇勝老師創(chuàng)辦的中科海納，上交馬紫峰老師創(chuàng)辦的鈉創(chuàng)新能源，包括寧德時(shí)代，最近也推出了純鈉離子電池電芯的產(chǎn)品，但目前產(chǎn)業(yè)鏈上下游還不太成熟的。
和鋰電有三種正極材料一樣，鈉電也有三種正極材料，由此也分出了三種技術(shù)路線：層狀氧化物+硬碳、均勻離子+硬碳，普魯斯藍(lán)類似物+硬碳。
其中，層狀氧化物和與三元鋰的原理類似，均勻離子與磷酸鐵鋰的原理類似，所以互相之間有比較好的產(chǎn)業(yè)鏈轉(zhuǎn)化基礎(chǔ)；普魯士藍(lán)類似物是鈉離子電池特有的體系，需要特定的研發(fā)基礎(chǔ)和產(chǎn)業(yè)化配套，個(gè)人認(rèn)為產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程會(huì)慢一點(diǎn)。
從這個(gè)角度來(lái)說，正極材料是決定鈉電池商業(yè)化關(guān)鍵，選擇什么正極材料很大程度上決定了電芯的能量密度和成本，目前各家企業(yè)技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的主要差異：比如中科海納做的是銅鐵錳氧化物+硬碳，寧德的首代產(chǎn)品是普魯斯白+硬碳，而鈉創(chuàng)新能源是O3型成狀氧化物+硬碳。
這三條路線各有優(yōu)劣：比如層狀氧化物理論比容量比較高，合成工藝比較簡(jiǎn)單，但由于鈉離子層狀比較大造成之間間距比較大，成空氣穩(wěn)定性比較差，材料表面的材檢問題需要關(guān)注；離子化合物循環(huán)壽命較長(zhǎng)，且工作電壓高，所以比較適合在儲(chǔ)能領(lǐng)域應(yīng)用，但能量密度相對(duì)低一些。
普魯士藍(lán)類似物是是一種染料，所以制造成本相對(duì)低，作為一個(gè)嵌鈉機(jī)制，具有高比容量，且離子在這種立方晶體結(jié)構(gòu)框架里擴(kuò)散比較快，但內(nèi)含氫根，如果合成過程中控制得不好會(huì)產(chǎn)生氫酸，對(duì)生存設(shè)備工藝比較高，寧德時(shí)代和natron energy都是采用這種技術(shù)路線。從性能/成本/工藝等綜合考慮，如果能夠成功量產(chǎn)，可能會(huì)是最接近市場(chǎng)化的材料技術(shù)路線。
中科海納采取銅鐵錳層狀氧化物正極+煤基軟碳負(fù)極材料，能做到電芯能量密度大于145瓦每公斤，工作溫區(qū)零下40-80度，循環(huán)壽命最新可以做到4500圈，他們也做了很多全國(guó)首個(gè)儲(chǔ)能電站、儲(chǔ)能汽車的示范項(xiàng)目，在安徽阜陽(yáng)有1G瓦時(shí)量產(chǎn)線的投產(chǎn)。
寧德時(shí)代也在2021年發(fā)布了鈉離子電芯產(chǎn)品，采取的是普魯士白+硬碳技術(shù)路線，能量密度說是能到160瓦時(shí)每公斤，零下20度還能保持90%容量，循環(huán)壽命3000次，快充15分鐘能達(dá)到80%以上，但材料中結(jié)晶水等可能還有些環(huán)保問題，所以這次在發(fā)布會(huì)上他們也提出一個(gè)全新的ab電池互換的技術(shù)方案。
鈉創(chuàng)新能源在南昌投建了鈉離子電芯線，主要采取O3鐵錳正極材料體系，也做了年產(chǎn)5000噸級(jí)正極材料和電解液的生產(chǎn)線規(guī)劃，也在研發(fā)雙輪電動(dòng)車和綜合能源系統(tǒng)，電芯能量密度說是可以做到130-160瓦公斤，也能達(dá)到5000次循環(huán)壽命。
險(xiǎn)峰：鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化瓶頸在哪里？如何看待鈉電上車的前景以及發(fā)展速度？
王鵬飛：之前鈉電發(fā)展速度慢，是因?yàn)闆]找到合適的正極材料，當(dāng)時(shí)很多人覺得鈉電只要把鋰離子換成鈉離子就行了，但從研發(fā)角度遠(yuǎn)沒有這么簡(jiǎn)單。
比如鋰電的鈷酸鋰、磷酸鋰三元材料，如果只是把鋰換成鈉，很多結(jié)構(gòu)都無(wú)法合成；或者即使能合成出來(lái)，電化學(xué)特性、循環(huán)壽命、性能指標(biāo)也都會(huì)特別差。因此雖然鋰電、鈉電的工作原理相似，但核心材料體系是完全不一樣的，需要研發(fā)人員長(zhǎng)時(shí)間探索。
對(duì)于鈉離子電池發(fā)展的預(yù)判，我跟和楚攀老師的觀點(diǎn)一致，也認(rèn)為鈉離子不會(huì)替代鋰離子，而是鋰離子電池的有力補(bǔ)充，因?yàn)榍罢咴谀芰棵芏壬虾茈y跟三元電池PK，最終能不能產(chǎn)業(yè)化，還要看成本、循環(huán)壽命和安全指標(biāo)。
很多媒體都說，2023年會(huì)成為鈉離子電池的量產(chǎn)元年，我覺得技術(shù)成熟不會(huì)這么快，還有很多問題需要解決，比如鈉離子成本占優(yōu)勢(shì)，但循環(huán)壽命和安全能不能達(dá)標(biāo)，還需要等到電芯產(chǎn)品以及儲(chǔ)能電站開始批量應(yīng)用時(shí)候才能知道。
另外，正負(fù)極核心材料在大規(guī)模生產(chǎn)中的工藝問題，以及電解液組裝電芯匹配的問題，包括電芯設(shè)計(jì)制造、電池集成是使用圓柱形、方形軟包還是其他形態(tài)，很多地方還都需要優(yōu)化。而由于鈉離子電池的能量密度小于鋰離子，兩者在充放電特性、電壓模式、熱量分布都有區(qū)別，需要有針對(duì)性開發(fā)BMS系統(tǒng)。
因此，在這些性能指標(biāo)規(guī)格、測(cè)試方案標(biāo)準(zhǔn)都還沒有完全定下來(lái)之前，鈉離子電池要得到市場(chǎng)的認(rèn)可，還是需要一段時(shí)間的，2023是比較樂觀的估計(jì)，但任何產(chǎn)業(yè)化周期都需要資本市場(chǎng)和政策導(dǎo)向，我還是持保守態(tài)度。
至于能不能上車，個(gè)人觀點(diǎn)鈉鋰電池還是比較適合低速電動(dòng)車的，類似于對(duì)能量密度要求不高，但對(duì)安全和或成本要求較高的一些場(chǎng)景，可能會(huì)是一個(gè)不錯(cuò)的機(jī)會(huì)。
關(guān)鍵詞： 技術(shù)路線 循環(huán)壽命 能量密度
