关于当前电化学储能所面临的一些难点问题解析

什么是电化学储能的难点?太阳的光线出现在生活中的每一个地方，人们的生活已经离不开太阳，太阳能不仅为植物生长提供光源，而且也能为人类提供能源，现在的光伏发电就是很大程度上利用了太阳能。

电化学储能电站通过化学反应进行电池正负极的充电和放电,实现能量转换。传统电池技术以铅酸电池为代表,由于其对环境危害较大,已逐渐被锂离子、钠硫等性能更高、更安全环保的电池所替代。电化学储能的响应速度较快,基本不受外部条件干扰,但投资成本高、使用寿命有限,且单体容量有限。随着技术手段的不断发展,电化学储能正越来越广泛地应用到各个领域,尤其是电动汽车和电力系统中。近年电化学储能装机规模快速发展 主要以锂电池为主，2018年是中国电化学储能发展史的分水岭。一方面是因为电化学储能累积装机功率规模首次突破GW,另一方面是因为电化学储能呈现爆发式增长,新增电化学储能装机功率规模高达612.8MW,对比2017年新增功率规模147.3MW,同比增长316%。截至2019年底,中国电化学储能市场累积装机功率规模为1709.60MW,同比增长59.4%。

尽管电化学储能在发电侧已经有很多示范项目，但在应用方面仍然有许多困难需要克服。在政策和运营层面，主要面临以下几方面的挑战：

一是传统电力市场给储能留下的空间不大。发电侧储能的收益直接来源于电力市场，因此电力市场的总体运行状况对储能的发展有着直接影响。根据国家能源局的数据，截至2020年1月，我国电力装机总量在20亿千瓦左右，2020年1～6月全国总用电量为33547亿千瓦时。这说明我国存在电力生产过剩的情况。同时，我国还不断有用于调峰的火电(燃气机组)、新能源机组上马，装机总量不断上升，导致储能的作用难以体现。

受容量配置规模限制，连续无风或大风天气可能限制储能作用的发挥。一般电化学储能满功率连续充放电时间在1~4小时之间，可有效应对新能源日内波动，但若出现长时间无风或大风等极端天气，储能利用效率可能受到较大限制。通过对西北电网新能源历史出力特性统计分析得出，单一省份极端无风天气最大持续时间达6天，频次最高达3次/年，若联网规模缩小至单个风力发电场，极端无风或持续大风天气可持续数周。风电大发时通常在晚上或夜间，此时负荷较低，与风电消纳匹配性较差，同时三北地区供暖季还存在“以热定电”的另一重矛盾，火电机组调峰能力受限，因此储能需要配置更大的容量进行调峰。与风电相比，光伏发电可预测性更好，且具有一定的规律性，储能可实现定期充放，利用率相对较高;同时光伏发电输出功率较高的时候也是用电高峰的白天，与负荷匹配度较好，只需要配置较小容量的储能即可达到削峰填谷的作用。

目前，全球主要的储能装机分布于美国、西班牙、中国、日本、韩国、德国、英国和澳大利亚等国。我国从‘十一五’期间布局储能技术发展至今，主要科研投入还是围绕在电化学储能领域。

相比欧美国家，我国的电力设施很多都是近些年修建的，基础设施更为“坚强”，具有相当的容纳能力。这就使得电网对储能所提供的辅助服务没有强烈需求。在美国，由于新建电厂的审批控制以及电网的老化，电力公司急需储能来平抑波动和满足扩容需求，在此基础上形成了对储能的大量需求。

在新型压缩空气储能方面，我国与国外的科研机构处于并跑阶段。但在相变储能(热熔岩储能)装置研发以及工程应用方面，我国与美国、西班牙等国的先进水平仍有5-8年差距。

储能技术类型众多，可满足毫秒至数天不同时间尺度的调节需求。调峰介于调频与容量备用之间，调峰辅助服务市场是我国特有的市场品种，本质上是一种电能量市场，在国外归为平衡市场或现货市场，因此电力系统调峰对容量的需求要大于对功率的需求。目前，各类储能技术中，抽水蓄能仍是新能源调峰的首要选择，主要表现为容量大，单个电站规模可达到120~360万千瓦，能量转换效率75%~85%，日调节一般为5~6小时，而电化学储能容量难以达到系统级调峰的规模;抽水蓄能使用寿命长，设计寿命30年，水工建筑物50年以上，而电化学储能寿命周期多为10年左右;抽水蓄能的能量成本约875~1085元/千瓦时，仅为锂离子电池的三分之一，且具有明确的两部制电价回收机制。

不合理的市场定位可能无法达到物尽其用的效果。目前对各电源市场定位的讨论非常激烈。例如，煤电是否在十四五期间由承担基荷的定位转向调峰的定位(保障可再生能源消纳)储能是否要在可再生能源发电领域减少弃风弃光等。

二是储能作为辅助服务市场主体的资格不明确。

储能的价值主要体现在它提供的辅助服务上，因此辅助服务市场的规制对储能的收益有着决定作用。在发电侧，电化学储能是作为发电厂机组的辅助设备运行的。作为机组的附属设备，电化学储能没有辅助服务市场独立的经营资格，由此导致电化学储能的收益具有很高的不确定性。由于很多发电侧的发电和储能是分开管理的，当政策变化时，由于没有主体地位，储能运营商可能没有多少谈判的能力，收益可能会进一步降低。

美国在储能技术领域起步早、投入多、政策支持力度大，阿贡国家实验室、西北太平洋国家实验室、桑迪亚国家实验室、可再生能源国家实验等相关实验室均具备很高的硬件平台水平和研究实验能力，侧重于新型电池材料体系研发、电池工况研究、新型电池本体特性、电池集成方法、储能装置安全性、能效研究和评价等不同领域，基本涵盖了储能电池研究体系的关键材料、本体制造、综合性能分析以及产业化转移等关键环节，但却没能连接贯通成为完整的闭环。

因此，发电侧储能的主体地位是个亟待解决的问题。目前，某些地区已经开始了这方面的尝试。例如，福建晋江的独立储能电站就拿到了“发电业务许可证”，以此为切入点让独立的发电侧储能进入电力市场。但即使如此，储能在市场中的身份和交易机制也不够健全。

仅仅缓解弃风弃光实际上是电化学储能的大材小用。相比煤电，电化学储能具有更强的灵活性，在调频、黑启动、快速调峰领域前景广阔。目前，部分地方为了降低弃风弃光率，将储能作为风电场(光伏电站)建设的必备配套设施。根据行业初步估计，若仅仅依靠电价差获取收益，电化学储能回收成本的电价差要达到0.7元/千瓦时左右。

现货市场在经济学上是指买卖交易即刻生效的市场，是针对期货市场而言。电力市场中，只有实时市场严格满足现货市场的定义。结合电力交易即发即用的特点，在讨论电力现货市场时常把时间尺度扩大到实时交易的日内甚至一日前。现货市场的重要价值在于发现价格，用价格反映供需关系，目前我国八个现货试点省份已经全部进入试运行，随着现货市场的成熟运行，电力电量的商品属性逐步体现，新能源发电边际成本为零，与储能配合可根据价格信号灵活充放电获取更高的电量收益。

以上就是电化学储能的一些难点解析，如果某一天人们能高效利用太阳能，相信能解决很大的能源问题，毕竟太阳能是符合可持续发展战略的，能保证人类的永续发展，需要我们科研人员更加努力。