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新型储能技术能否改变锂离子电池占主导市场的这一状况?

北极星储能网  来源:中国储能网    2020/10/21 8:53:19  我要投稿  

北极星储能网讯:研究表明,储能行业对锂离子电池储能的接受度越来越高,但是其局限性为其他储能技术在储能市场竞争提供了一些空间。

在美国,至少有32家公用事业公司计划到2050年实现无碳排放或实现净零排放目标,因此需要部署更多储能系统。

早在2012年,当Stoel Rives律师事务所的合伙人Morten Lund首次参加储能技术会议时,他对各种储能技术有了一些了解。

Lund指出,锂离子电池储能系统在当时被认为过于昂贵,另外还一些机械式储能系统,例如抽水蓄能设施和压缩空气储能,还有一种是抽水蓄能的技术,其中涉及垂直钻井和深井技术。如今有些储能技术或者已经在市场上消失或者变得无关紧要。

Lund说,“这些储能技术几乎都宣称将成为电池储能技术的替代品,因为电池储能系统根本不能解决长时储能问题。当然,锂离子电池也是如此。”

但是近年来,电力行业越来越多地倾向于采用电池储能系统。根据美国能源信息署最近发布的一份调查报告,2010年,美国只部署了7个电池储能项目,总装机容量为59MW。截至2018年底,美国正在运营的大型电池储能系统的总装机容量为869 MW,储能总容量为1,236 MWh,而锂离子电池储能系统占到90%以上。

杜克能源公司储能、微电网和热电联产开发总经理Zay Kuznar表示,许多公用事业公司都在制定自己的碳排放目标,而可再生能源发电设施将在其中发挥重要作用。

Kuznar说:“随着越来越多的太阳能发电和风力发电并入电网,电池储能系统成为了一种帮助消除可再生能源间歇性的重要资源,此外还有一些持续放电时间更长的储能技术(例如液流电池等),我认为这将成为至关重要的一环,可以潜在地抵消未来建设某些峰值发电厂的需要。”

美国乔治梅森大学(George Mason)政策与政府学院科学、技术和创新政策中心主任David Hart教授表示,电池储能行业的快速增长主要由电动汽车行业推动。他指出,在过去的五年中,电动汽车行业的快速扩张以及随之而来的生产经验和规模在降低电池单位成本方面发挥了重要作用。

其增长的部分原因与持续放电时间增长有关,当Hart在五年前开始关注和研究储能系统时,人们当时认为电池储能系统只能提供1到3个小时的持续放电时间,而现在,4小时持续放电时间是标准配置,并且正在部署6小时和8小时的电池储能系统。

Hart说,“这与季节性需求之间有很大的差距。但是对于可再生能源整合而言,其规模是不同的。因此,如果锂离子电池储能系统能够经济可行扩大规模,那将是一个巨大的贡献。”

公用事业公司注重锂离子电池的良好条款和条件

今年早些时候,太平洋天然气和电力公司(PG&E)向加利福尼亚州的监管机构提出了一项申请,计划部署五个锂离子电池储能项目,这些储能项目的规模总计为423MW/1692 MWh,计划于今年8年开通运营,使该公司合同规定部署的储能系统装机总容量超过1GW,储能总容量超过4GWh。这些电池储能项目被确定为解决加州电力系统潜在资源充足性短缺问题的更广泛努力的一部分。

太平洋天然气和电力公司(PG&E)能源组合采购和政策高级总监Martin Wyspianski表示,该公司的长期目标与加州到2045年巡逻艇实现电力系统脱碳目标相一致。

Wyspianski补充说:“当我们试图脱碳或在投资组合中添加可再生能源时,我们需要考虑有哪些技术可以支持电网可靠性,而这就是电池储能系统发挥重要的地方。”

他指出,能源开发商对锂离子电池储能系统的使用越来越满意,而锂离子电池储能系统是太平洋天然气和电力公司(PG&E)储能采购要约报价的主要储能技术。

公用事业厂商夏威夷电力公司规划和技术高级副总裁Colton Ching表示,该公司面临着管理孤岛电网的独特挑战,这意味着无法通过从附近的公用事业公司获取电力来平衡其电力系统,为此一直在考虑将储能部署作为其未来资源组合的关键部分。

夏威夷电力公司在今年9月请求该州监管机构批准7项太阳能+储能项目合同,以及在瓦胡岛和毛伊岛的独立部署储能系统的合同。这些项目计划在2022年和2023年完成,储能总容量将近2GWh。

Ching表示,“虽然夏威夷电力公司并没有确定采用哪种储能技术,但在各种情况下,我们采购的都是锂离子电池储能系统,因为锂离子电池储能系统在商业领域占据主导地位。”

Kuznar表示,杜克能源公司(Duke Energy)一直在其服务范围内为各种应用案例部署储能系统,为电力系统可靠性较差、处理大量系统需求,以及需要调节频率的区域电网提供支持。

Kuznar说:“我们已经部署或正在部署的大多数储能项目都采用的是锂离子电池,因为从商业角度来看,我们可以在那里获得很好的条款和条件。”

其他电池技术也在寻求自己的市场份额

但是有些人认为锂离子电池有不利之处。Stoel Rives公司的Lund说:“锂离子电池本身存在缺陷,我迫不及待地希望有更好的电池技术出现并对其进行替换,因为它还不够好。”

Lund补充说,“在使用锂离子电池时,用户可能会遇到这样一个问题,即其使用方式将会影响功能和工作寿命。从某种意义上说,如果每天充放电几次,其退化和磨损程度要快得多。这个缺陷使得独立部署的电网规模电池项目难以获得融资。”

此外,亚利桑那州公共服务公司的一个电池储能系统于去年4月发生起火并爆炸,引起了人们对锂离子电池储能系统安全性的广泛关注,而锂离子电池储能行业正在努力解决这一问题。例如,美国消防协会于去年9月发布了一项新标准,以应对电池储能系统面临的火灾风险和安全问题。

这些挑战以及锂离子电池的持续放电时间较短的限制,为其他类型的电池争夺未来储能市场的份额供了空间,其中包括锌空气电池。锌空气电池生产商Zinc8 Energy Solutions公司总裁、首席执行官兼董事Ron MacDonald表示,锌空气电池具有原材料容易获得、价格具有竞争力,并且不易燃的的优势。Zinc8公司推出的锌空气电池储能系统的持续放电时间约为8小时,这是市场上最具竞争力的最佳选择,除了压缩空气储能系统或抽水蓄能项目之外。

他补充说:“锌空气电池储能系统可以将其安装在任何地方,而其他两种长时储能技术则无法实现。”

ICF公司储能技术高级经理Todd Tolliver表示,锌空气电池可能是在某些方面可以与锂离子电池竞争的唯一一种电池产品。这种电池之所以特别具有吸引力,是因为其电解质的降解速度要比当前的锂离子电池要慢得多,其性能和特点使其运营成本较低。

Tolliver说,锌空气电池储能系统已经在偏远地区或难以接近的地方的部署和运营取得了成功,因为不需要太多的监控,并且可以在更长的时间内保持所需容量。

Tolliver说,另一种可能的长时储能解决方案是液流电池。他说,“液流电池与通常人们想到的电池在本质上有所不同。铅酸电池或锂离子电池的电解质主要由固体材料组成,并没有活动部件,而液流电池基于液体电解质,需要泵送电解质材料并通过离子膜相互作用。

液流电池也具有某些缺点(例如能量密度相对较低),并且不同液流电池厂商推出的产品不多,这意味着一种液流电池可能与另一种液流电池完全不同。但液流电池电解质的降解程序非常有限,可以达到很高的充放电次数,并且比锂离子电池具有更长的持续放电时间,通常在8到12个小时。

尽管一些公用事业公司越来越多地部署电池储能系统,但其部署也面临着一系列挑战。尽管夏威夷电力公司最近的采购尚未投入运营,但迄今为止,该公司所面临的挑战之一是与电池储能技术相对较新有关,这使得长期签约成为一项挑战。

Ching补充说,“在电力采购协议有效期内,我们面临一些问题,例如对电池更换的不确定性和风险如何规划和定价?对电池退化率的预测是什么?特别是我们在签约采购这些资源之后,可能由于电网需求不断变化,无法确切地得知在多年之后将如何使用电池储能系统。”

另一个挑战是如何驾驭储能项目的监管审批流程。杜克能源公司的Kuznar说,“监管机构习惯于对输电资产、配电资产或发电资产进行审批。我认为,展示电池储能系统价值的商业案例是我们必须跳出原有框架去思考的问题。”

Ching指出,储能技术在过去几年中获得了很多关注,但仍处于起步阶段。

Ching说,“我认为在储能技术发展过程中并不会事事顺利。在未来几年里,我们将获得一些经验和教训,这些因素将影响和改变人们对储能技术的作用、不同储能技术如何竞争的想法。公用事业公司在规划电力系统时需要牢记这一点,而不是把一切都押注在某种特定的储能系统或技术上。如果在现有储能技术方面投入过多,可能会丧失利用更好储能技术的机会。”


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