鋰電池儲(chǔ)能其效率與能量優(yōu)勢(shì)已得到了廣泛的認(rèn)可 但應(yīng)用方面的研究仍然不夠

無論哪種形式的儲(chǔ)能在電網(wǎng)（發(fā)、輸、配、用）應(yīng)用中所發(fā)揮的作用基本一致，既是作為提高電網(wǎng)可靠性和韌性的有效手段。儲(chǔ)能在電網(wǎng)中應(yīng)用最早開始于20世紀(jì)初，已有100多年的歷史，最傳統(tǒng)、應(yīng)用規(guī)模最大的儲(chǔ)能就是抽水蓄能，目前正朝著電化學(xué)分布式儲(chǔ)能模式發(fā)展。

圖1 儲(chǔ)能裝置在智能電網(wǎng)中的作用

由于電動(dòng)汽車等相關(guān)行業(yè)的帶動(dòng)，鋰電池產(chǎn)業(yè)規(guī)?？焖倥蛎洝r(jià)格快速下降，把鋰電池作為分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用逐漸增多。截至2018年底，中國已投運(yùn)電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目的累計(jì)規(guī)模為1072．7MW，其中鋰電池儲(chǔ)能項(xiàng)目約占60％。

在以建設(shè)柔性智能電網(wǎng)為目標(biāo)的發(fā)展背景下，從提高電網(wǎng)韌性、可調(diào)節(jié)性、靈活性、智能性、獨(dú)立性、降低耦合性等角度出發(fā)，無論哪種應(yīng)用，儲(chǔ)能均是有效手段之一。從目前可選擇儲(chǔ)能元件來說，鋰電池是一個(gè)比較合適的選擇，尤其是對(duì)于用戶側(cè)儲(chǔ)能，鋰電池作為儲(chǔ)能元件的高能量密度、長壽命等優(yōu)勢(shì)逐漸顯現(xiàn)出來。然而目前用戶側(cè)鋰電池儲(chǔ)能應(yīng)用增長緩慢，無論是儲(chǔ)能系統(tǒng)本身的經(jīng)濟(jì)性、安全性還是適用性等方面都有待突破。

一、鋰電池可以省錢嗎

目前用戶側(cè)鋰電池儲(chǔ)能除了削峰填谷賺取峰谷差價(jià)外沒有太多其他收益，經(jīng)濟(jì)回報(bào)途徑單一。削峰填谷經(jīng)濟(jì)性更多地依賴于地區(qū)峰谷電價(jià)，圖3所示為國內(nèi)峰谷價(jià)差分布區(qū)域。從調(diào)研來看，北京峰谷價(jià)差最大，超過1塊錢，因此儲(chǔ)能在峰谷套利方面的應(yīng)用最有優(yōu)勢(shì)。接下來依次是天津、上海、江蘇及廣東?？傮w來說，一線城市及沿海省份更積極推行峰谷電價(jià)，因此用戶側(cè)儲(chǔ)能會(huì)有更好的經(jīng)濟(jì)性。

圖 3儲(chǔ)能削峰填谷經(jīng)濟(jì)區(qū)域劃分

圖 4儲(chǔ)能削峰填谷收益對(duì)比

圖4所示為儲(chǔ)能項(xiàng)目削峰填谷收益率（橫坐標(biāo)為kWh投資成本，縱坐標(biāo)為全生命周期收益率，不同顏色曲線代表峰谷價(jià)差變化）。鋰電池模型考慮了充放電效率、深度、容量衰退，按照4500次循環(huán)次數(shù)，外加1500－2000次梯次利用循環(huán)次數(shù)，并在計(jì)算中考慮了20％的殘值。從圖4中可以看出，即使采用這種理想算法，收益率也不是很可觀（只有當(dāng)峰谷差價(jià)達(dá)到0．7元時(shí)，才出現(xiàn)收益率）。另外目前儲(chǔ)能行業(yè)鋰電池品質(zhì)良莠不齊，業(yè)主和集成商很難對(duì)電池性能做一個(gè)直觀判斷。市場(chǎng)上鋰電池的循環(huán)次數(shù)在3000次～6000次區(qū)間（即使廠家承諾循環(huán)次數(shù)再高，如果只是用于削峰填谷情形，可能電池的循環(huán)壽命沒到，日歷壽命也已經(jīng)到了，這同樣會(huì)降低電池使用效率），并且實(shí)際運(yùn)行情況是否真實(shí)還存在較大疑問。這些均增加了投資者對(duì)鋰電池儲(chǔ)能項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性的疑問，增加了鋰電池儲(chǔ)能在用戶側(cè)應(yīng)用的難度。

二、鋰電池會(huì)更安全嗎

鋰電池就是能量體，特點(diǎn)是高能量密度，因此本身就具有安全風(fēng)險(xiǎn)，能量密度越高，安全風(fēng)險(xiǎn)越大。目前國內(nèi)鋰電池儲(chǔ)能行業(yè)基本排除三元電池，認(rèn)為磷酸鐵鋰電池比較合適也是一個(gè)道理（三元電池能量密度高于磷酸鐵鋰電池，三元電池的安全風(fēng)險(xiǎn)同時(shí)也大于磷酸鐵鋰電池）。

圖 5 電池高能量密度所帶來的爆炸安全隱患

提高鋰電池品質(zhì)，降低電池失控風(fēng)險(xiǎn)是必要的。目前對(duì)鋰電池儲(chǔ)能的安全更多地集中在鋰電池本身，但是儲(chǔ)能系統(tǒng)不只有鋰電池，還有其他系統(tǒng)設(shè)備、保護(hù)設(shè)備等，其安全性問題同樣值得注意。目前更多的業(yè)主和集成商將主要精力關(guān)注于電池本身，反而忽略了外圍設(shè)備和系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)。例如，山西某儲(chǔ)能事故的調(diào)查結(jié)果表明事故原因?yàn)楣潭菟敳繉?duì)外殼持續(xù)放電，而不是電池本身原因。韓國將23起儲(chǔ)能系統(tǒng)事故原因總結(jié)為四方面：電擊保護(hù)系統(tǒng)不良、運(yùn)營操作環(huán)境管理不善、安裝疏忽、集成控制保護(hù)系統(tǒng)管理不善（參見北極星儲(chǔ)能網(wǎng)——電池不背鍋！針對(duì)儲(chǔ)能電站事故原因，韓國提出四大改善措施）。這些均表明，除了選擇品質(zhì)優(yōu)良的鋰電池，其儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全還是存在一定概率的隱患，需要靠更完善更成體系的系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)保證。

三、鋰電池是否適用

首先從屬性角度來看，目前儲(chǔ)能系統(tǒng)在電網(wǎng)中應(yīng)用更多地定義為一個(gè)生產(chǎn)單位。對(duì)于用戶側(cè)儲(chǔ)能而言，其特征與用戶側(cè)運(yùn)行行為緊密，呈現(xiàn)出點(diǎn)多、面廣、量大、分散等特點(diǎn)，是一個(gè)可參與調(diào)節(jié)的用戶側(cè)設(shè)備。如果僅僅定義為一個(gè)生產(chǎn)單位，那么其應(yīng)用約束會(huì)很多。

目前針對(duì)鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)建設(shè)、運(yùn)行、維護(hù)等規(guī)范已經(jīng)相繼建立，但是由于鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)作為一個(gè)新事物出現(xiàn)，相關(guān)指導(dǎo)原則和依據(jù)還有待進(jìn)一步完善。例如：國標(biāo)《GB51048－2014 電化學(xué)儲(chǔ)能電站設(shè)計(jì)規(guī)范》主要是將儲(chǔ)能作為獨(dú)立生產(chǎn)型單位定義，目前用戶側(cè)儲(chǔ)能項(xiàng)目設(shè)計(jì)很難滿足規(guī)范要求。國標(biāo)《GB／T36558－2018 電力系統(tǒng)電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)通用技術(shù)條件》要求鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換效率不應(yīng)低于92％，而實(shí)際上廠家卻很難達(dá)到，國內(nèi)科陸電子CL5231F儲(chǔ)能系統(tǒng)效率為88％，特斯拉Powerpack儲(chǔ)能系統(tǒng)效率為88％～89％。

鋰電池在用戶側(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用，除了鋰電池儲(chǔ)能本身參考規(guī)范外，更多地涉及到與用戶側(cè)既有建筑和設(shè)備的配合，相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范與建筑既有規(guī)范是否匹配、相關(guān)保護(hù)是否可以借助建筑物既有保護(hù)措施等，這些部分無論是設(shè)計(jì)還是實(shí)際應(yīng)用均缺乏參考依據(jù)。以上工作涉及到多學(xué)科知識(shí)融合，需要加強(qiáng)跨專業(yè)領(lǐng)域的交流與協(xié)作。

綜上，鋰電池儲(chǔ)能作為一種新興應(yīng)用模式，其效率與能量優(yōu)勢(shì)已得到了廣泛的認(rèn)可。但鋰電池在用戶側(cè)儲(chǔ)能工程應(yīng)用方面的研究仍然不夠，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范支持亟待補(bǔ)充，并且還需要對(duì)其屬性定義、經(jīng)濟(jì)效益、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及建設(shè)運(yùn)行指導(dǎo)等做進(jìn)一步研究。
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