华中科技大学曹元成：2025年实现0.15度电成本时储能电站会上一个台阶

电池系统度电成本和储能系统的循环寿命，PCS等未来规模化了以后可能也会降低。降低的速度不会超过电芯的速度。2025年实现0.15度电成本的时候，这使的储能电站一定会上一个台阶。

——华中科技大学电气与电子工程学院教授曹元成

8月7日-8日由华北电力大学、中国可再生能源学会主办的“第一届中国储能学术论坛暨风光储创新技术大会”在北京召开，北极星储能网对论坛进行全程直播。

在8日“储能材料和安全”分论坛上，华中科技大学电气与电子工程学院教授曹元成分享题为《低成本电力储能系统关键技术分析：从材料到系统》的主题报告

华中科技大学电气与电子工程学院教授曹元成

以下为发言实录：

华中科技大学电气与电子工程学院教授曹元成：我们电气学院在储能方面做的比较早，规模也比较大。储能方面的内容主要材料与器件中心整合高校的联盟。主要有几个大的研究方向，与材料相关的主要是新近储能材料，先进半导体材料，高储能密度电容器和电池超材料及应用。最开始的储能用最早的也是规模最大的就是抽水蓄能，随着社会的发展和技术的发展及能源消费转型的改变出现了一些新的变化。电化学储能发展起来，人家说2018年是电化学储能的元年，2019年可能也是，没有明确的界限。现在回过头再看电化学储能现在的状况和2010年电动汽车的状况非常类似，现在综合比较各方面的指标会发现现在电化学储能在电力里面与2010年左右的电动汽车状况，各指标都是非常相似。但从2010年的电动汽车到现在的电动汽车渗透率超过10%-12%。这个比例用了十几年的时间，电化学储能在电网里的发展可能不需要这么长的时间。电化学储能走在前面，现在存在哪一些问题。结合自己的研究和社会各行业的常规研究，电化学储能要规模化走向成熟的商业应用需要三方面问题需要解决，汇总起来也就是两方面的问题。安全性，现在大家诟病的电化学储能就是安全问题，这是很大的问题。还有就是经济性，这决定商业模式，安全性决定了你能不能上这个项目。经济性决定了项目走多远，有没有竞争力。再生性，现在我们讨论最多的就是电动汽车的回收，但对储能没有明确的标准，也没有明确的规定。随着电化学储能的规模上来以后，还有法律上的空白和标准上的空白。

有了储能以后，电网由刚性变成柔性。电是一个特殊的商品，不生产可以放在这买一个，生产和卖必须同步进行，通过网络连接起来。电的销售和用电的过程有一系列的特点。传统的电网里没有储能，加上了储能以后就相当于有了仓库，有了蓄水池的功能。其实储能的需求不光是做材料或者说电池的人需要有，其实做传统电网和规划的更需要技术来解决电网领域一些传统技术不能解决的问题。储能在电网里应用的效果，往往比电动交通的效果其实还大。有了储能以后，把发电和用电从时间和空间上隔离开。

电能存储的重要性，2010年至今与储能相关的项目都出来，足以说明它在社会经济当中的重要性。我特别想说的是表现很耀眼的电化学储能，所有储能的类型里电化学储能不是占的最多。2018年的储能白皮书，虽然在储能里电化学储能也占了半壁江山，但相对其它的储能来讲比重逐步上涨。我们按照装机容量的增长速度来看，电化学储能是增长最快的，几乎每年都是500%的增长。讲增长速度的话，电化学储能是最快的。

电力技术里存在着一些挑战，机遇包括了国家能源推动能源交通转型，比如国家电动汽车是非常成功的实现了弯道超车。不像传统的燃油汽车一样，我们想用市场换技术，但没有学会技术。现在电动汽车领域，能不能利用市场支撑自己的技术独立发展。我认为到目前为止，电动汽车还是发展比较完美的，至少从世界保有量和销售市场以及技术先进性来讲，电动汽车还是比较成功的。与电动交通相关的就是能源，与能源相关的也有一系列的电力系统和电力体制改革的。电化学储能或者说储能技术需求在未来的发展里，它的重要性会越来越大的。存在的挑战，这个市场其实准备好了，需求规模也有，其实我觉得电化学储能还没有准备好大规模的使用。市场已经在那，市场已经到来了，但问题就是电化学储能的市场还没有做到。国内已经安装了大型储能电站走访调研，我们发现这里存在着很多问题。最典型的问题，除了安全还有标准的问题，大家都是各搞各的没有统一得标准，如果无序的发展对储能的市场是有害的。国家层面应该是主导的作用。为了实现目标有几个关键的技术关键瓶颈、技术攻关、工程化和规模化，这是电化学储能的发展需求。

要实现关键的技术需求有几个关键的技术点，第一位的是安全，一个储能的东西其实本身就是受限的空间里含很大的能量。如果能量不是有序的释放出来，那一定会发生问题。成本的问题，这个东西好，大家都认为很好，但如果买不起也是问题。低成本制造技术里包含了我们的电池是什么东西做的，耗材的成本也是构成了我们电池成本的一部分。锂电池的成本在工程化已经下降了，它的提升空间已经非常小了，最大的成本就是材料。资源再生循环技术，电池资源回收应该也囊括在电化学储能方面。为什么说安全很重要？江苏卫视做的一期节目，着火到底应该怎么灭火。每一个人知道锂电池着火到底应该怎么做。空姐在飞机上的充电宝着火了，倒了一杯水火更大了力。锂电池灭火没有锂电池普及的快。锂电池灭火的科普知识不够，锂电池着火非常快，根本没有时间反应不像其它的着火。到底为什么会着火，最主要的因素就是电解液反应。电解液再配上三元材料容易危险。一个电池的内部具备了燃烧的三个要素，不需要外面的来隔绝我的氧气，自己内部就可以产生很大的压力。这就是说电池用水也好，用其它的灭火的也好，其实对它没有用的，至少对火灾的降温上没有效果。分解电压的问题，这是很多电解质面临的问题。储能电站的报道，这是5兆瓦的储能电站有火灾。储能电站爆发以后不像电动车冒烟就算了，它的冲击力和危害非常大。特斯拉松下的电池推算出安全系数是百万分之一，一百万个电池有一个是有质量问题，这是公认的全球电池做的最好的。一百个电站十年之内肯定有一个会焚烧，特斯拉的电动汽车概率也是很准，特斯拉现在全世界每年平均每个月一定会烧掉一辆车，误差统计不是很大。多层次的安全保障，这是业态电池（存量电池）来讲的。除了材料以外，还有电气系统和辅助系统以外，我们还有很多的管理运维系统。

新型储能电池。液态电池本身是不安全的，能不能想办法做出安全的电池。固态电池最主要的就是循环次数少，度电的成本低。固态电池从凝胶，到固态再到先进生产工艺，这是一般通用的技术路线方案。我们不光对电解质的材料进行分析，我们在材料领域和固态电池制备技术领域都进行研究。最近开发一款非常好的产品，它的阻燃效果也是非常好的。

低成本材料体系。唯一能降的就是正极和负极方面降低成本，使电池实现低成本。我们做一些很有意义的尝试，通过磷酸铁锂制备工艺的改进和原材料的筛选，找到了可以低成本制备的工艺路线。我们做了指标分析，有的指标达到了欧美标准，我们可以做到四毛二一度电。

资源回收，现在不包括储能。以前为什么说没有考虑储能的问题，因为以前的电池大部分都是梯次利用的。上面电动汽车做完了以后，我们做梯次利用。随着新电池成本的下降，梯次利用不会有市场。我始终认为梯次利用是一个阶段性的技术方案，最终的储能一定会利用新电池而不是梯次电池。安全性的问题，成本也没有优势。如果新的电池5毛钱或者说6毛钱一瓦时，这比梯次利用的电池成本还低。2012年在英美和德国，欧洲的策略产能是一万枚，只回收了八千枚，你只能卖八千枚，迫使电池生产企业进行回收。欧洲的电池回收率非常高，哪一个超市的垃圾筒和路边都会看到垃圾筒边上还有垃圾筒，专门放电池。欧洲有两种垃圾分类，一个是绿色，一个是棕色，绿色是可回收的，棕色是不可利用的。很多的时候还有一个很小的，那是专门回收电池。不同的电池制造商为了得到配额，它会到处想办法把废电池收起来，因为拿到了废电池以后就会拿到卖新电池的指标。电动汽车的目标是实现全生命周期的环保。电化学储能大部分没有用了以后，电化学储能电池的主体责任是谁？未来电化学储能大规模上的话，这一定是很重要的领域。应该纳入电池回收体系，整个储能的电池应该也进入到电池回收再循环体系。这是我们追求的终极目标，如果可以在大循环里做一部分的工作，也是很有意义的事情。美国提出2025年电池的回收95%。一块电池过来以后实现95%的循环利用，这已经不得了的事，对社会的可持续发展至少有技术保障。商业回收效益倒逼每个系统成本的降低，工程领域没有多少空间可以降的，唯一降低的就是规模化。电池系统度电成本和储能系统的循环寿命，PCS等未来规模化了以后可能也会降低。降低的速度不会超过电芯的速度。2025年实现0.15度电成本的时候，这使的储能电站一定会上一个台阶。

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