新型儲能技術能否改變鋰離子電池占主導市場的這一狀況？
時間:2020-10-21 10:45來源:儲能網 作者:劉伯洵
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研究表明，儲能行業對鋰離子電池儲能的接受度越來越高，但是其局限性為其他儲能技術在儲能市場競爭提供了一些空間。
在美國，至少有32家公用事業公司計劃到2050年實現無碳排放或實現凈零排放目標，因此需要部署更多儲能系統。
早在2012年，當Stoel Rives律師事務所的合伙人Morten Lund首次參加儲能技術會議時，他對各種儲能技術有了一些了解。
Lund指出，鋰離子電池儲能系統在當時被認為過于昂貴，另外還一些機械式儲能系統，例如抽水蓄能設施和壓縮空氣儲能，還有一種是抽水蓄能的技術，其中涉及垂直鉆井和深井技術。如今有些儲能技術或者已經在市場上消失或者變得無關緊要。
Lund說，“這些儲能技術幾乎都宣稱將成為電池儲能技術的替代品，因為電池儲能系統根本不能解決長時儲能問題。當然，鋰離子電池也是如此。”
但是近年來，電力行業越來越多地傾向于采用電池儲能系統。根據美國能源信息署最近發布的一份調查報告，2010年，美國只部署了7個電池儲能項目，總裝機容量為59MW。截至2018年底，美國正在運營的大型電池儲能系統的總裝機容量為869 MW，儲能總容量為1,236 MWh，而鋰離子電池儲能系統占到90％以上。
杜克能源公司儲能、微電網和熱電聯產開發總經理Zachary Kuznar表示，許多公用事業公司都在制定自己的碳排放目標，而可再生能源發電設施將在其中發揮重要作用。
Kuznar說：“隨著越來越多的太陽能發電和風力發電并入電網，電池儲能系統成為了一種幫助消除可再生能源間歇性的重要資源，此外還有一些持續放電時間更長的儲能技術（例如液流電池等），我認為這將成為至關重要的一環，可以潛在地抵消未來建設某些峰值發電廠的需要。”
美國喬治梅森大學（George Mason）政策與政府學院科學、技術和創新政策中心主任David Hart教授表示，電池儲能行業的快速增長主要由電動汽車行業推動。他指出，在過去的五年中，電動汽車行業的快速擴張以及隨之而來的生產經驗和規模在降低電池單位成本方面發揮了重要作用。
其增長的部分原因與持續放電時間增長有關，當Hart在五年前開始關注和研究儲能系統時，人們當時認為電池儲能系統只能提供1到3個小時的持續放電時間，而現在，4小時持續放電時間是標準配置，并且正在部署6小時和8小時的電池儲能系統。
Hart說，“這與季節性需求之間有很大的差距。但是對于可再生能源整合而言，其規模是不同的。因此，如果鋰離子電池儲能系統能夠經濟可行擴大規模，那將是一個巨大的貢獻。”
公用事業公司注重鋰離子電池的良好條款和條件
今年早些時候，太平洋天然氣和電力公司（PG＆E）向加利福尼亞州的監管機構提出了一項申請，計劃部署五個鋰離子電池儲能項目，這些儲能項目的規�？傆嫗�423MW/1692 MWh，計劃于今年8年開通運營，使該公司合同規定部署的儲能系統裝機總容量超過1GW，儲能總容量超過4GWh。這些電池儲能項目被確定為解決加州電力系統潛在資源充足性短缺問題的更廣泛努力的一部分。
太平洋天然氣和電力公司（PG＆E）能源組合采購和政策高級總監Martin Wyspianski表示，該公司的長期目標與加州到2045年巡邏艇實現電力系統脫碳目標相一致。
Wyspianski補充說：“當我們試圖脫碳或在投資組合中添加可再生能源時，我們需要考慮有哪些技術可以支持電網可靠性，而這就是電池儲能系統發揮重要的地方。”
他指出，能源開發商對鋰離子電池儲能系統的使用越來越滿意，而鋰離子電池儲能系統是太平洋天然氣和電力公司（PG＆E）儲能采購要約報價的主要儲能技術。
公用事業廠商夏威夷電力公司規劃和技術高級副總裁Colton Ching表示，該公司面臨著管理孤島電網的獨特挑戰，這意味著無法通過從附近的公用事業公司獲取電力來平衡其電力系統，為此一直在考慮將儲能部署作為其未來資源組合的關鍵部分。
夏威夷電力公司在今年9月請求該州監管機構批準7項太陽能+儲能項目合同，以及在瓦胡島和毛伊島的獨立部署儲能系統的合同。這些項目計劃在2022年和2023年完成，儲能總容量將近2GWh。
Ching表示，“雖然夏威夷電力公司并沒有確定采用哪種儲能技術，但在各種情況下，我們采購的都是鋰離子電池儲能系統，因為鋰離子電池儲能系統在商業領域占據主導地位。”
Kuznar表示，杜克能源公司（Duke Energy）一直在其服務范圍內為各種應用案例部署儲能系統，為電力系統可靠性較差、處理大量系統需求，以及需要調節頻率的區域電網提供支持。
Kuznar說：“我們已經部署或正在部署的大多數儲能項目都采用的是鋰離子電池，因為從商業角度來看，我們可以在那里獲得很好的條款和條件。”
其他電池技術也在尋求自己的市場份額
但是有些人認為鋰離子電池有不利之處。Stoel Rives公司的Lund說：“鋰離子電池本身存在缺陷，我迫不及待地希望有更好的電池技術出現并對其進行替換，因為它還不夠好。”
Lund補充說，“在使用鋰離子電池時，用戶可能會遇到這樣一個問題，即其使用方式將會影響功能和工作壽命。從某種意義上說，如果每天充放電幾次，其退化和磨損程度要快得多。這個缺陷使得獨立部署的電網規模電池項目難以獲得融資。”
此外，亞利桑那州公共服務公司的一個電池儲能系統于去年4月發生起火并爆炸，引起了人們對鋰離子電池儲能系統安全性的廣泛關注，而鋰離子電池儲能行業正在努力解決這一問題。例如，美國消防協會于去年9月發布了一項新標準，以應對電池儲能系統面臨的火災風險和安全問題。
這些挑戰以及鋰離子電池的持續放電時間較短的限制，為其他類型的電池爭奪未來儲能市場的份額供了空間，其中包括鋅空氣電池。鋅空氣電池生產商Zinc8 Energy Solutions公司總裁、首席執行官兼董事Ron MacDonald表示，鋅空氣電池具有原材料容易獲得、價格具有競爭力，并且不易燃的的優勢。Zinc8公司推出的鋅空氣電池儲能系統的持續放電時間約為8小時，這是市場上最具競爭力的最佳選擇，除了壓縮空氣儲能系統或抽水蓄能項目之外。
他補充說：“鋅空氣電池儲能系統可以將其安裝在任何地方，而其他兩種長時儲能技術則無法實現。”
ICF公司儲能技術高級經理Todd Tolliver表示，鋅空氣電池可能是在某些方面可以與鋰離子電池競爭的唯一一種電池產品。這種電池之所以特別具有吸引力，是因為其電解質的降解速度要比當前的鋰離子電池要慢得多，其性能和特點使其運營成本較低。
Tolliver說，鋅空氣電池儲能系統已經在偏遠地區或難以接近的地方的部署和運營取得了成功，因為不需要太多的監控，并且可以在更長的時間內保持所需容量。
Tolliver說，另一種可能的長時儲能解決方案是液流電池。他說，“液流電池與通常人們想到的電池在本質上有所不同。鉛酸電池或鋰離子電池的電解質主要由固體材料組成，并沒有活動部件，而液流電池基于液體電解質，需要泵送電解質材料并通過離子膜相互作用。
液流電池也具有某些缺點（例如能量密度相對較低），并且不同液流電池廠商推出的產品不多，這意味著一種液流電池可能與另一種液流電池完全不同。但液流電池電解質的降解程序非常有限，可以達到很高的充放電次數，并且比鋰離子電池具有更長的持續放電時間，通常在8到12個小時。
盡管一些公用事業公司越來越多地部署電池儲能系統，但其部署也面臨著一系列挑戰。盡管夏威夷電力公司最近的采購尚未投入運營，但迄今為止，該公司所面臨的挑戰之一是與電池儲能技術相對較新有關，這使得長期簽約成為一項挑戰。
Ching補充說，“在電力采購協議有效期內，我們面臨一些問題，例如對電池更換的不確定性和風險如何規劃和定價？對電池退化率的預測是什么？特別是我們在簽約采購這些資源之后，可能由于電網需求不斷變化，無法確切地得知在多年之后將如何使用電池儲能系統。”
另一個挑戰是如何駕馭儲能項目的監管審批流程。杜克能源公司的Kuznar說，“監管機構習慣于對輸電資產、配電資產或發電資產進行審批。我認為，展示電池儲能系統價值的商業案例是我們必須跳出原有框架去思考的問題。”
Ching指出，儲能技術在過去幾年中獲得了很多關注，但仍處于起步階段。
Ching說，“我認為在儲能技術發展過程中并不會事事順利。在未來幾年里，我們將獲得一些經驗和教訓，這些因素將影響和改變人們對儲能技術的作用、不同儲能技術如何競爭的想法。公用事業公司在規劃電力系統時需要牢記這一點，而不是把一切都押注在某種特定的儲能系統或技術上。如果在現有儲能技術方面投入過多，可能會喪失利用更好儲能技術的機會。”
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