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三元锂电池被“除名”背后:储能如何跨越安全和成本两道坎

来源:环球零碳 | 作者:admin | 分类:分析 | 时间:2022-07-05 | 浏览:23415
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锂电网讯:可再生能源持续增加,全球都在加速布局储能,以平抑新能源增加带来的电力间歇性以及对电网的冲击。

除了跟电网匹配的大型储能,随着市场主体不断追求低碳的脚步,储能产品正逐步走入工厂。在美国、日本、德国等地,储能产品已走入家庭。

新型电力系统的建设,关键在于长时储能的部署,而储能的规模化和产业化,安全和低成本是关键。

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图说:特斯拉家用储能

来源:National Renewable Energy Lab

在中国,近期也不断出台政策,促进和规范储能的发展,并对相关安全标准提出要求。

今年2月,国家发改委、国家能源局发布《“十四五”新型储能发展实施方案》,明确除抽水蓄能以外的其他所有储能技术和形式,即新型储能,到2025年储能由商业化初期步入规模化发展阶段、具备大规模商业化应用条件。

5月,国家能源局综合司发布《关于加强电化学储能电站安全管理的通知》,从电化学储能电站安全管理、电站规划设计安全管理、做好电化学储能电站设备选型、严格电化学储能电站施工验收等七个方面对电化学储能电站安全提出了具体措施。

6月29日,国家能源局又发布《防止电力生产事故的二十五项重点要求(2022年版)(征求意见稿)》。

《意见稿》针对电化学储能电站火灾事故防范,提出了详细要求,包括:

 1)中大型电化学储能电站不得选用三元锂电池、钠硫电池,不宜选用梯次利用动力电池

 2)选用梯次利用动力电池时,应进行一致性筛选并结合溯源数据进行安全评估;

 3)锂离子电池设备间应单层布置,宜采用预制舱式。站房式锂离子电池设备间,单个防火分区电池容量不宜超过6MWh;超过6MWh时,室内应设置固定自动灭火系统;

……

尽管跟电站匹配的中大型储能方式有很多种,包括以抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能为主的机械储能,电磁储能,电化学储能等,但国家连续针对电化学储能做出要求,这次干脆把三元锂电池、钠硫电池踢出中大型电化学储能电站之列,说明政策制定者把储能设备的安全性放在首位考虑。

一方面电化学储能不受自然条件影响,具有能量密度高、工作电压大、循环寿命长、充电速度快等的特点,可以比较方便布置;另一方面,电化学本身就会发生电化学反应,一旦出了故障,不易扑灭。从全球看,尽管储能规范与技术日益成熟,但跟电化学储能相关的火灾事故仍无法幸免。

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2018~2021年间,全球储能系统火灾事故次数日益,期间光韩国就累计27起,最令人震惊。

2019年4月,美国亚利桑那州储能火灾,造成四名消防员受伤;2021年北京大红门储能电站起火爆炸,一名值班电工遇难、二名消防员死亡、一名消防员受伤;2021年7月底,在澳大利亚维多利亚州世界上最大的电池基地之一的特斯拉Megapack储能系统发生爆燃,延烧了四天;今年3月底,中国台湾龙井储能案场也发生失火意外……

不论是全球主要储能系统使用的三元锂电池,或是中国目前主力的磷酸铁锂电池,储能系统都必须回归到最根本的安全,才是发展的基石。

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图说:澳大利亚曾发生特斯拉储能系统火灾

来源:Country Fire Authority

美韩经验:储能安全需持续健全规范

电化学储能系统内有上百至上万颗的电池,一旦起火,处理难度很高,也可能延烧扩大,因此,除了储能产品本身合格、现场维护和管理非常重要外,还必须搭配消防规范,才能有效降低风险。

这方面,可参考和学习美国、韩国等国的规范。

储能失火经验惨痛的韩国,于2018年公告锂离子电池储能系统防火安全指引(KFS 412),之后连续于2019年、2020年公布调查报告。通过一连串管制,2020年与2021年韩国关于储能的事故果然大幅下降。

不过,今年韩国储能火灾再度增加,5月,韩国能源部公布新一轮的储能系统安全措施,从限制电池荷电、定期检查等地方加强防护。

美国的储能规范起源较早,2014年民间检测实验室UL公布全球第一个储能系统安全标准(UL 9540)。《国际消防规范》(IFC)2018版本也纳入储能消防规定。2019年NFPA(美国消防协会)再提出定置型储能系统安装标准(NFPA 855)。

截至今年,这些标准与法规仍持续更新,各州则依当地法规采用。

美国的UL 9540标准,是把储能产品安规跟储能消防规范区分开来,重点不尽相同。产品安规是对储能系统本身的检测,检测项目包括电力、机械、流体、环境等。消防规范则为降低灾害规模,包括储能柜的能量限制、与邻柜的安全距离,消防设备、供水、火灾侦测等项目。

UL于2014年公布UL 9540,也是全球第一个储能系统安全标准。UL是美国的安全检测实验室,非属官方、也非强制性,但其影响力不容小觑。例如,Amazon美国站从2018年起下架未取得UL认证的车充、电池及充电器等产品,作为其网站上电子产品的安全把关。

一套储能系统由电池芯、模块、电池管理、电力转换等子系统组成,UL对各子系统都有不同的认证方式。

其中,UL 9540所指的是整体完成后的“储能系统”的安全标准。不过,要取得这项认证,不仅要通过系统测试,从一开始的设计到各子系统的使用也须全面检视,涵盖面完整,因此被视为最严格的储能系统认证。


高安全和低成本是电化学储能未来

对中国来说,新型储能的发展空间非常广阔。中科院电工研究所储能技术研究组组长陈永翀说,尽管我国的储能装机规模世界第一,但储能与风电光伏新能源装机规模的比例(简称“储新比”)不到7%;相对而言,其他国家和地区的平均储新比已达15.8%。

随着新能源发电规模的快速增加,我国储新比还有很大的增长空间。

电池储能系统集成、安全防护等技术不断升级,液流电池、压缩空气储能等长时储能技术不断突破,得到了越来越多的资本和市场认可,产能和项目规划都在紧锣密鼓进行中。

高工锂电不完全统计,2022年开年以来,国内投扩建储能项目涉及金额达540.44亿元,涉及规模超81GWh。

在整个储能市场规模不断扩大的背景下,随着电化学储能技术的不断进步,应用成本快快速下降,其规模也大幅提高。其中,目前建设的新型储能项目80%以上都是锂离子电池,占比最高;其他类型,例如液流电池、铅酸电池、储热蓄冷等占比较小。

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图说:近年国内化学储能装机规模

来源:英大证券研究所

近5年,锂电池能量密度提高了1倍以上、循环寿命提高了2至3倍、应用成本下降超过60%。

但让业界担忧的是,最近因为原材料价格维持高位,导致储能成本不断上升。储能电池的成本占整个储能系统成本的50%以上,上游原材料价格的持续走高,导致下游储能产业成本进一步承压。

2月,锂电池上游原材料价格维持高位,导致四大关键材料价格难降。其中,磷酸铁锂材料均价达16-17万元/吨,负极材料均价达3.5-4.8万元/吨,9μm湿法隔膜均价达1.3-1.55元/平方米,电解液均价达10-12.05万元/吨。

储能系统成本的上升,导致储能项目中标价格上涨。根据高工锂电统计的招投标价格来看,2月储能系统价格最低为1.41元/Wh,最高达到1.97元/Wh;目前储能系统的平均价格已经上涨到1.8元/瓦时,相比于2021年的1.5元/瓦时,上涨了20%。

不仅如此,加大安全投入也会增加储能项目成本。

为此,专家建议,要加快建立新型储能价格等成本疏导机制。当前有关部门已出台加快推动新型储能发展的指导意见、“十四五”实施方案等,鼓励储能项目通过电力市场疏导成本、获取收益。但目前参与市场的准入条件、交易机制等细则尚未明确,各侧储能缺乏成熟的商业模式,企业安装储能的积极性并不高。

国网能源研究院新能源与统计研究所副所长黄碧斌建议,国家应进一步细化电网侧独立储能参与市场机制,完善电网侧替代性储能价格疏导机制,完善峰谷电价、尖峰电价政策,优化峰谷电价价差,为用户侧储能发展创造空间。

总之,储能要走规模化、产业化、市场化之路,一方面需要鼓励不同技术路线的竞争,另一方面,高安全、低成本、可持续则是共同目标。


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