电化学储能技术分类和抽蓄性能对比电化学储能技术主要包括铅酸电池、锂离子电池、液流电池、钠系高温电池和金属-空气电池等体系。电池的工作原理大致相同：从能量转化角度看，电池是将化学能转化为电能的装置；从化学反应角度看，电池是氧化还原反应中的还原剂失去的电子经外接导线传递给氧化剂，使氧化还原反应分别在两个电极上进行。
一、技术分类
电化学储能技术主要包括种类繁多的二次电池，这里主要介绍应用较多的铅酸电池、锂离子电池、液流电池、钠硫电池等。这些电池多数技术上比较成熟，近年来成为电力系统应用关注的重点并有较多的实际应用。
1、铅酸电池
（1）工作原理
铅酸电池主要由正极板、负极板、电解液、隔板、槽和盖等组成，其基本结构如图1-1所示。正极活性物质是二氧化铅PbO2，负极活性物质是海绵状金属铅Pb，电解液是硫酸，开路电压为2V。
图1-1铅酸电池的基本结构
铅酸电池的正、负两极活性物质在电池放电后都转化为硫酸铅(PbSO4)，铅酸电池单体的额定电压为2V。实际上，铅酸电池的开路电压与硫酸浓度存在着密切关系，而与铅、二氧化铅以及硫酸铅的量无关。铅酸电池在充电终止后，端电压很快下降至2.3V左右，放电终止电压为1.7-1.8V，若在继续放电，将影响电池寿命。铅酸电池的充电温度范围为-20℃~40℃，放电温度范围-20℃~40℃，能量转换效率为70-85%。
铅酸电池的优点：1）投资成本低；2）开路电压与放电深度基本呈线性关系，易于充放电控制；3）单体容量从几十~几千Ah，串并联后用于MW级储能电站时安全可靠；4）回收技术成熟，利用率高。
铅酸电池的缺点：1）比能量低，一般为30~50Wh/kg；2）循环寿命短，一般为500-2000次；充电速度慢，一般>4小时；3）生产过程中会产生含铅的重金属废水，且成酸性，易产生污染。
（2）技术分类
根据电池结构、活性物质和工作原理，铅酸电池分为普通非密封富液铅蓄电池、阀控密封铅酸电池、铅炭电池等。普通铅酸电池使用寿命短、日常维护频繁、存在环保问题等，已逐步被淘汰。
（1）阀控密封铅酸电池。阀控密封铅酸电池的充放电电极反应机理和普通铅酸电池相同，但采用了氧复合技术和贫液技术，电池结构和工作原理发生了很大改变。采用氧复合技术，充电过程产生的氢和氧再化合成水返回电解液中；采用贫液技术，确保氧能快速、大量地移动到负极发生还原反应，提高了可充电电流。氧复合和贫液技术的使用，不仅改善了铅酸电池的效率、比功率、比能量，循环寿命等性能，还减少了维护成本。
（2）铅炭电池。图1-2是铅炭电池的结构示意图，它是将具有电容特性或高导电特性的炭材料（如活性炭、炭黑等）在和膏过程中直接加入到负极，提高铅活性物质的利用率，抑制硫酸盐化，具有循环寿命长和倍率放电性能好等特点。目前，铅炭电池的研究主要集中在炭材料的开发、铅炭配方设计以及电池结构优化三个方面。
图1-2铅炭电池的结构示意图
2、锂离子电池
（1）工作原理
锂离子电池采用了一种锂离子嵌入和脱嵌的金属氧化物或硫化物作为正极，有机溶剂-无机盐体系作为电解质，碳材料作为负极。充电时，Li+从正极脱出嵌入负极晶格，正极处于贫锂态；放电时，Li+从负极脱出并插入正极，正极为富锂态。为保持电荷的平衡，充、放电过程中应有相同数量的电子经外电路传递，与Li+同时在正负极间迁移，使负极发生氧化还原反应，保持一定的电位，如图1-3所示。
图1-3锂离子电池的工作原理
锂离子电池的优点：1）能量密度可达150～200Wh/kg，体积密度可达250～530Wh/L；2）开路电压高，可达3.3～4.2V；3）输出功率大，300～1500W/kg；4）充电效率高，第1次循环后基本上为100%；5）充、放电速度快；6）自放电低，<5%～10%/月；7）使用寿命长，100%DOD充放电可达2000次以上。
锂离子电池的缺点：1）成本高。但电池技术的不断发展有望降低制造成本；2）必须加装有保护电路以防止过充或过放；3）工作温度范围限制在-20℃～60℃。
（2）技术分类
根据正极材料划分，锂离子电池可分为钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂等，如表1-1所示。
表1-1锂离子电池的技术分类
正极材料理论容量
（mAh/g）
实际容量
（mAh/g）
开路电
压（V）
成
本
安全
性
钴酸锂（LiCoO2）274140~160 3.8高一般
镍酸锂（LiNiO2）274190~210 3.7中差
锰酸锂（LiMn2O4）14890~120 4.0低好
磷酸铁锂（LiFePO4）170110~165 3.2低很好钴酸锂材料（LiCoO2）的理论容量为274mAh/g，实际容量大于140mAh/g，开路电压为3.7V。主要优点为充放电电压平稳，循环性能好。主要缺点为：原材料较贵，抗过充电等安全性能差，不适合大型动力电池领域。钴酸锂电池是最早商品化的锂离子电池，工艺成熟，市场占有率高。
镍酸锂材料（LiNiO2）的理论容量为274mAh/g，实际容量为190~210mAh/g，开路电压为2.5~4.2V。主要优点为：镍资源相对丰富，成本低。主要缺点为：合成条件苛刻，循环稳定差，安全性有待提高。由于稳定性，安全性，材料合成困难等方面的缺点，镍酸锂电池的商业应用较少。
锰酸锂材料（LiMn2O4）的理论容量为148mAh/g，实际容量为90~120mAh/g，开路电压为3~4V。主要优点为：成本低、安全性较钴酸锂电池高，在全球的动力电池领域占有重要地位。主要缺点为：理论容量低，循环性能差。新近发展起来的LiMnO2正极材料在理论容量和实际容量两方
面都有较大幅度的提高，理论容量为286mAh/g，实际容量达200mAh/g左右，开路电压范围为3~4.5V，但仍然存在充放电过程中结构不稳定的问题。
磷酸铁锂材料（LiFePO4）的理论容量为170mAh/g，实际容量大于110mAh/g，开路电压为3.4V。主要优点是：循环性能好，容量保持率高，安全性高，放电电压平台稳定。主要缺点是：理论容量不高，低温性能差。
3、液流电池
（1）工作原理
液流电池是一种新型、高效的电化学储能装置，其工作原理如图所示。可以看出，电解质溶液（储能介质）存储在电池外部的电解液储罐中，电池内部正负极之间由离子交换膜分隔成彼此相互独立的两室（正极侧与负极侧），电池工作时正负极电解液由各自的送液泵强制通过各自反应室循环流动从而参与电化学反应。充电时，电池外接电源，将电能转化为化学能，储存在电解质溶液中；放电时，电池外接负载，将储存在电解质溶液中的化学能转化为电能，供负载使用。
图1-4液流电池的工作原理
液流电池的优点：1）额定功率和额定能量相互独立，功率取决于电池堆，能量取决于电解液的储量和浓度，因此电池系统设计灵活，易于模块化组合；2）电池的存储寿命长，电解液可循环寿命，不存在变质问题，只是电池隔膜电阻随时间有所增大；3）电解液可以重复使用和再生利用，因此成本有所下降。
液流电池的缺点：1）需要配置循环泵维持电解液的流动，降低了整体的能量效率；2）液流电池的容量单价较高，甚至与钠硫电池的价格水平不相上下，与同等容量铁锂电池的价格相比缺乏优越性。
（2）技术分类
液流电池较早提出的有Ti/Fe、Cr/Fe及Zn/Fe等体系，比较成熟的是铁/铬体系、全钒（VRB）体系、多硫化钠/溴(PSB)体系和钒/溴体系等。目前，国际上液流电池代表品种主要是VRB体系、Zn/Br2体系和PSB体系。表1-2是几种大规模液流储能电池的特征参数。
表1-2几种液流储能电池的特征参数
System VRB Zn/Br2PSB
开路电压/V 1.4 1.83 1.54-1.61
比能量/(Wh/kg)25-3525-3527
比功率/(W/kg)20-1009020-40
能量密度/(Wh/L)16-336020
工作温度/℃10-5010-5010-50
能量效率/%70-8060-7560-65
寿命/year7-1510-2015-20全钒液流电池的正极活性电对为VO2+/VO2+，负极活性电对为V2+/V3+。
全钒液流电池的工作温度范围有限制，如全钒液流电池低温时低价钒由于溶解度降低析出晶体，高温下五价钒易分解为五氧化二钒沉淀，导致使用寿命下降。
锌溴液流电池的负极活性物质为金属Zn，正极活性物质为溴化物并被多孔隔膜分离，电解液为ZnBr2。充电过程中，负极锌以金属形态沉积在电极表面，正极生成溴单质，贮存于正极电解液的底部。锌溴液流电池的主要技术问题包括：溴和溴盐的水溶液对电池材料具有腐蚀性，充电过程中锌电极上形成枝晶。
4、钠系高温电池
（1）工作原理
熔融盐电池一般采用固体陶瓷作为正负极间的隔膜并起到电解质的作用；电池负极通常是原子量很小、化学活性很高，电极电势很低的碱金属或碱土金属材料；电池正极通常是能与负极反应的盐类物质。工作时，负极放出电子产生金属离子，透过陶瓷隔膜与正极物质反应。
熔融盐电池通常都具备以下特点：
（1）放电特性好。熔融盐电解质的电导率约比水溶液电解质大10倍，因此熔融盐电池能大功率放电，脉冲电流密度高达每平方厘米几十安培，稳态工作电流密度也能达到A/cm2级放电；
（2）熔融盐电池通常具有很高的功率密度和能量密度；
（3）电池内部的工作温度通常比较高，可达300℃以上，具有一定的安全隐患。
（2）技术分类
熔融盐电池主要有钠硫电池（NAS）和钠/氯化镍电池（ZEBRA）两种。
（1）钠硫(NAS)电池是以beta-Al2O3为电解质和隔膜，并分别以Na 和S为负极和正极的二次电池。NAS电池的工作原理如图1-5所示，其充放电过程是可逆的，且整个过程都由浓度扩散作用所控制。
图1-5钠硫电池的工作原理图
钠硫电池的优点：1）能量密度高。理论比能量为760Wh/kg，实际也已大于300Wh/kg；2）功率特性好。可大电流放电，放电电流密度一般可达200～300mA/cm2，瞬间可放出其固有能量的3倍；3）循环寿命长，100%DOD下能耐2500次以上的充放电。
钠硫电池的缺点：1）工作温度在300~350℃，即仅当钠和硫处于液态高温下才能运行。如果陶瓷电解质破损形成电池短路，钠和硫将直接接触发生剧烈的放热反应，产生高达2000℃的高温，导致严重的安全性问题；2）启动和停止需要的时间长，从冷态到可充放电状态或者相反大约需要1-2周的时间；3）由于硫具有腐蚀性，电池护体需要经过严格的耐腐蚀处理；4）运行条件要求高。钠硫电池在使用过程中不能随意发生断电情况，否则会导致电池报废。因此，钠硫电池一般都需要采用柴油发电机做UPS，以确保
电池的稳定。
（2）ZEBRA电池与钠硫电池有许多相似之处：固体电解质都是beta-Al2O3陶瓷材料，负极都是液态金属钠。不同的仅是电极材料，它以分散在NaAlCl4熔盐电解质中的固态镍和氯化镍取代了钠硫电池正极中的液态硫和多硫化钠。在放电时，电子通过外电路负载从Na负极至NiCl正极，而Na+则通过beta-Al2O3固体电解质陶瓷管与氯化镍反应生成氯化钠和镍；充电时在外加电源作用下电极过程正好相反。
ZEBRA电池既保留了钠硫电池原有的一些优点，又另具有一些独特的魅力，主要表现为：
1）开路电压高（300℃时为2.58V）；
2）比能量高（理论上>700Wh/kg，实际达120Wh/kg）；
3）比功率高（180W/kg）；
4）能量转换效率高（无自放电，100%库伦效率）；
5）循环寿命长（>3500次，80%DOD）；
6）可快速充电（30min充电达50%放电容量）；
7）工作温度范围宽（50-350℃的宽广区域）；
8）容量与放电率无关（电池内阻基本上为欧姆内阻）；
9）耐过充、过放电（第二电解质NaAlCl4可参与反应）；
10）无液态钠操作麻烦（电池装配在放电状态）。
5、金属-空气电池
（1）工作原理
金属/空气电池现在使用的电解质大多数为中性或者碱性，电池放电过
程中，正极反应都是氧气的还原。金属/空气电池的理论能量只能以负极金属的能量来衡量。
金属/空气电池的优点：1）高体积比能量；2）放电电压平稳；3）极板寿命长（干态贮存）；4）无生态问题；5）低成本。
金属/空气的缺点：1）依赖于环境条件；2）输出功率有限；3）操作温度范围宽；4）负极腐蚀产生氢；5）碱性电解质碳酸化。
（2）技术分类
金属/空气电池中研究最多的就是锌/空气电池、铝/空气电池、镁/空气电池、锂/空气电池。
（1）锌空气电池是以金属锌为负极、以氧气为正极、用氢氧化钾水溶液为电解质溶液。该电池体系的优点在于理论比能量可达1350Wh/kg，实际比能量约为180~230Wh/kg，是传统铅酸电池的5倍以上。成组的锌空气电池具有良好的一致性，允许深度放电，电池的容量不受放电强度的影响，且适用温度范围宽泛(-20~80℃)，并且具有较高的安全性，可有效防止因短路、泄漏造成的起火或爆炸。另外，由于空气电极的寿命非常长，因此当电池容量用完后，只需更换锌板负极就可实现电池能量的重新补给，即可被设计为“机械式再充电”的二次电池。
（2）铝/空气电池是以铝或铝合金为负极，以空气为正极，以中性或碱性水溶液为电解液而构成的一种空气电池。该电池负极铝的电化学当量很高，为2980Ah/kg，电极电位较负，是除金属锂以外质量比能量最高的轻金属电池材料。铝空气电池的质量比能量实际可以达到450Wh/kg，比功率达到50~200W/kg。但是目前该电池还面临着一些需要解决的问题，第一，金
属铝表面由于存在着一层钝化膜，会抑制铝的失电子氧化反应，导致了铝电极电位的升高，电池电压下降；第二，铝表面的氧化膜遭到破坏又会导致大量析氢，并难以使其溶解停止，导致电池自腐蚀放电严重；第三，空气电极面临着与锌空气电池中相同的问题。
（3）镁/空气电池是以金属镁或镁合金作为负极活性物质，以空气中的氧气作为正极活性物质，氧气通过气体扩散电极到达气-液-固三相界面与镁负极反应而放出电能。该电池体系的优点在于，负极材料镁的储量丰富、价格低廉、无污染，理论能量密度仅次于轻金属锂和铝，因此是电池理想的电极材料。正极活性物质是氧气，若在空气中使用，电池的正极材料在理论上是无限的，因此使电池具有能量密度高、性能稳定的特点。
（4）锂/空气电池是以金属锂作为负极，以空气中的氧气作为正极，采用非水溶液或水溶液作为电解质，通过锂与氧气之间的电化学反应获得能量。锂/空气电池体系的理论能量密度是现有化学电池体系中最高的(H2-O2燃料电池反应除外)，达到11140Wh/kg，与汽油机理论能量密度相接近，是目前高性能锂离子电池理论能量密度的10倍以上。
二、目前主流类型
成本再降低近60%，至1000元/kWh，综合度电成本降至0.26-0.3元/kWh·次。
全钒液流电池：生命周期相对更长，使用寿命可达15年左右；在低温或者极高温的环境下，比铅炭电池和磷酸铁锂电池更加安全可靠。目前，全钒液流电池储能电站成本约为4500元/kWh左右，其中钒电解液成本占电池储能电站成本的60%以上。有预测认为，到2020年度电成本有望降低至2000元/kWh。
三、储能系统组成
1、基本结构
储能系统由储能并网模块、低压接入开关或升压变单元构成，通过储能就地监控（EMS）进行统一管理和控制，如图3-1所示。
图3-1储能系统的基本结构
储能并网模块是储能并网系统的基本组成单元，由储能电池、电池管理系统（BMS）、能量转换系统（PCS）组成。
储能电池是储能系统的能量存储单元，是实现电能存储和释放的载体。储能电池通常是单体电池的组合，其集成过程为：单体电池（Cell）→单元电池（Unit）→电池模块（Block）→电池组（BS）→电池堆（BP）。
BMS负责监视储能本体的运行状态，采集本体的电压、电流、温度等信息，负责对储能电池的运行工况（电压、电流、温度、存贮电量）进行实时监测，完成铁锂电池的均衡保护，根据电池的运行状况调整充放电策略。在电池电压、电流和温度超过报警阈值时向PCS和EMS发出报警信息；在电池电压、电流和温度超过保护阈值时，通知PCS停止功率回路工作，同时切断储能电池的断路器。
PCS是连接电网与储能本体的装置，实现交流与直流的双向转换。在充电状态时，PCS作为整流装置将电能从交流变成直流储存到储能电池中；在放电状态时，PCS作为逆变装置将储能电池储存的电能从直流变为交流输送到电网。同时，与EMS进行信息交互，保证储能并网模块在安全稳定的状态下正常工作。
EMS接收上层电网的调度指令，上传储能并网模块的实时运行数据，完成储能并网模块的实时数据处理、分析、图形化显示、数据存储、调度功率分配、历史数据查询、分析等功能。
2、典型拓扑
大规模储能系统由若干储能并网模块并联组成，通过高压母线汇流再次升压接入更高电压等级，通过储能电站就地监控系统统一管理和控制，其拓扑结构如图3-2所示。
图3-2大规模储能系统的典型拓扑
四、电网电化学储能的技术要求
电网发电、输电、配电、用电各个环节对储能技术都有极大的需求，导致储能技术应用场景复杂、多样，每个应用场景对储能技术能量密度、功率特性成本、寿命、启动及响应时间等特性要求不同。表4-1是不同电网应用场景对电化学储能的技术要求。
表4-1不同电网应用场景对电化学储能的技术要求
五、电化学储能与抽水蓄能的技术指标对比
1、静态特性对比
电化学储能与抽水蓄能的静态特性技术指标对比如表5-1所示。
表5-1电化学储能与抽水蓄能的技术指标对比
2、动态特性对比
抽水蓄能以单台机组为研究对象，电池储能分别从系统级和电站级两个层级进行分析。测试对比结论如下：
（1）抽水蓄能机组的动态运行工况主要包括停机到抽水、停机到发电、
抽水到停机、发电到停机、抽水到发电和发电到抽水共6种工况；电化学储能的动态运行工况主要包括热备用到充电、热备用到放电、充电到放电、放电到充电、变功率运行共5种工况。
（2）抽水蓄能机组为分钟级动态响应：抽水/发电启动响应时间为分钟级（2.5min-7min）；抽水/发电停机响应时间稍短，但仍为分钟级（200ms-3min）；抽水/发电工况转换时间也为分钟级（3-10min）。
（3）铁锂电池储能系统为秒级动态响应：充放电启动响应时间约10ms，调节时间约100ms；充放电转换时间约20-30ms，控制精度小于±2%P N。
（4）全钒液流电池储能电站系统级的充放电启动响应时间<200ms，电站级的充放电启动响应时间<1000ms；充电响应，包括充电启动和放电到充电转换均存在明显的超调现象，超调时间为2000ms；放电响应，包括放电启动和充电到放电转换不存在超调现象，调节时间<20ms。
3、小结
总体上，电化学储能技术在建设周期及布点、动态特性方面显著优于抽蓄技术，但在运行寿命及安全性方面，电化学储能技术仍有很多循环寿命及安全性的问题尚待解决，需要建立安全与环评政策法规及标准体系。
六、存在的问题与发展展望
1、存在问题
随着储能应用的深入，各类企业的多方参与，储能市场已经基本形成了设备供应商、储能系统集成商和项目总包商分工合作共同开拓市场、实施项目的格局。我国储能产业与国际储能产业发展实际相差不远。在新型储能技术研发、成本控制、产品结构、标准体系、安全控制等发面，我国
与国际基本处于同一发展水平。
但我国储能发展也面临着诸多挑战：
（1）从产品本身来说，储能系统技术在系统成本、转换效率、寿命、安全性以及运维和回收等问题方面还有待进一步创新，储能市场迫切需要低成本的、安全可靠的储能电池；
（2）从外部环境来看，储能的政策体系和价格机制还不完善，参与电力市场的机制不健全，储能电站的独立性价值还难以发挥。
2、发展展望
储能下一步的发展与能源变革和电力体制改革息息相关，储能已经开始参与多能互补项目、能源互联网项目和以“储能云+”命名的虚拟电厂示范项目；未来园区建设公司、能源服务公司、售电公司都有望成为储能系统的采购商和集成商，储能系统的应用将更加紧密的与能源和电力市场结合在一起。
我国储能产业还需要政府在管理机构设置、加强研发投入、开展示范项目、扶植重点企业、建立产业机制、发展产业联盟等方面进行部署，协调好储能产业、政策和资本三者的关系，促进中国储能产业健康、可持续的发展。
碳材料在电化学储能中的应用 梁骥，闻雷，成会明，李峰* （中国科学院金属研究所先进炭材料研究部，辽宁沈阳110016） 摘要：电化学储能材料是电化学储能器件发展及性能提高的关键之一.碳材料在各种电化学储能体系中都起到 了极为重要的作用，特别是近期出现的各类新型碳材料为电化学储能的发展带来了新动力，并展现了广阔的应用前景.本文综述了碳材料，特别是以碳纳米管和石墨烯为代表的纳米碳材料，在典型电化学储能器件（锂离子/钠离子电池、超级电容器和锂硫电池等）、柔性电化学储能和电化学催化等领域的研究进展，并对碳材料在这些领域的应用前景进行了展望. 关键词：碳材料；电化学；储能；催化；锂硫；氧还原中图分类号：O646 文献标识码：A 收稿日期：2015-09-11，修订日期：2015-11-04 *通讯作者，Tel:(86-24)83970065，E-mail ：fli@https://www.doczj.com/doc/7211762667.html, 沈阳材料科学国家(联合)实验室葛庭燧奖研金项目、科技部国家重大科技研究计划项目(No.2011CB932604, 2014CB932402)、国家自然科学基金(No.51221264，No.51525206，No.51172239，No.51372253，No.U14012436)、中国科学院 战略性科技先导专项(No.XDA01020304)和重点部署项目(No.KGZD-EW-T06)资助 电化学 JOURNAL OF ELECTROCHEMISTRY 第21卷第6期 2015年12月 Vol.21No.6Dec.2015 DOI :10.13208/j.electrochem.150845 Cite this :J .Electrochem .2015,21(6):505-517 Artical ID :1006-3471(2015)06-0505-13Http ://https://www.doczj.com/doc/7211762667.html, 交通、信息等领域的高速发展，对具有高能量/功率密度、长寿命、安全、廉价以及环境友好等特性的电化学储能器件提出了愈加迫切的需求.为实现电化学储能器件的快速充放电，需提高其功率密度；为增强续航能力，需提高其能量密度；为延长使用寿命，需提高其循环性能；为实现便携性，需轻、薄、可弯折等特性，而影响这些性能的根本因素在于电化学储能材料（电极材料）的特性.因此，研究开发高性能、低成本的电极材料是电化学储能器件研发工作的核心. 目前，高性能电极材料已成为材料和电化学储能应用研究领域的热点，而针对未来的电池系统，如锂硫电池和柔性电池等，电极材料的研究具有更大的科学意义和应用潜力，并受到了广泛关注.然而电化学储能体系十分复杂，诸多热力学和动力学行为（包括化学、物理、力学等行为）在电化学过程中于不同尺度同时发生，这些行为与电极材料的结构和性质密切相关，但由于研究手段的制约，人们对这些行为的认识并不深入.尽管对于电化学储能的材料和器件的研究已经取得较大进展，但迄今尚未取得根本性的突破，目前的电化学储能材料难以满足未来新型电子器件的要求[1]. 碳材料具有结构多样、表面状态丰富、可调控性强、化学稳定性好等优点，同时具有优异的电输运特性和高活性表面，长久以来一直是各类电化学储能器件的理想材料，同时也是电化学储能体系中的关键组分，以活性物质、导电剂、包覆层、柔性基体、电催化剂（载体）等多种形式应用于电化学储能器件/体系中并发挥重要作用.特别是以碳纳米管和石墨烯为代表的新型碳纳米材料，具有优异的导电性、高比表面积和可构建三维网络结构的特点，在电化学储能领域表现出巨大的应用潜力，近年来得到了快速发展[2]. 1碳材料概述 碳材料的发展不断给科学和研究拓展新的领域并带来新的方向.从上个世纪发现的富勒烯、碳纳米管到近期出现的石墨烯和石墨炔一直被广大研究人员和产业部门所关注，形成了持续热点.碳元素在自然界中广泛存在，具有构成物质多样性、特异性特点.作为单质，碳原子可由sp 1、sp 2、sp 3三种杂化方式形成结构和性质完全不同的固体.其中，sp 2杂化的碳原子构成的碳质材料形式最为多样，新型碳材料基本都是以sp 2杂化为主. sp 2杂化的碳材料由石墨片层或石墨微晶构
详解电化学储能在发电侧的应用 随着国家环境保护力度的不断加强，新能源发电装机占比逐渐攀升，我国能源结构正在逐步转型。储能系统因其响应速率快、调节精度高等特点，成为能源行业中提升电能品质和促进新能源消纳的重要支撑手段，受到越来越多的重视。并且由于储能技术的进步、产品质量的提高及成本的不断降低，储能技术已具备商业化运营的条件，尤其是多种电化学储能技术的发展逐步扩展了储能的应用领域。 除了技术的进步，国家政策法规的颁布、电力市场改革的不断深化，也促进了电化学储能技术的应用推广。本文从数据的角度概要分析了储能在全球电力行业中的应用现状，对国内电化学储能产业政策和标准的发展进行了总结，并介绍了电化学储能的种类、技术路线以及系统集成关键技术。除此之外，针对发电侧，重点从功能、政策和应用项目等方面论述了电化学储能技术在大规模新能源并网、辅助服务及微电网等有商业价值的应用场景。最后对电化学储能技术在未来能源系统中的前景和发展趋势做了展望，并在促进储能商业化运营及推广方面对储能企业提出了发展建议。 目前，我国电力生产和消费总量均已居世界前列，且保持高速增长的趋势。国家统计局发布的数据显示，2018年1～12月份，全国规模以上发电企业累计完成发电量67914 kW·h，同比增长6.8%，全国全社会用电量68449 kW·h，同比增长8.5%。而在电能供给和利用方面我国却还存在结构不合理、综合利用效率较低、新能源渗透率较低、电力安全水平亟待提升等问题[1]，因此如何保障经济发展中电力生产与供应的安全，同时又实现节能减排与环境保护，是我国电力行业发展的重大战略任务。近年来飞速发展的储能技术为解决以上问题提供了可行性。储能成本和性能的改进、全球可再生能源运动带来的电网现代化与智能化，以及电力市场改革带来的净电量结算政策的淘汰、参与电力批发市场、财政激励、FIT（太阳能发电上网电价补贴政策）等因素的驱动，使得储能在全球掀起了一场发展热潮。储能使电能具备时间空间转移能力，对于保障电网安全、改善电能质量、提高可再生能源比例、提高能源利用效率具有重要意义。基于储能
储能产业发展的几大技术方向 发表于：2018-06-01 09:32:58 来源：计鹏新能源作者：贾婧 目前全球和中国储能累计装机中，抽水蓄能最高，占比超过90%，熔融盐储热第二，电化学储能排名第三;从发展速度来看，电化学增长较快，截至2016 年底，全球电化学储能装机规模达1756.5MW，近 5 年复合增长率27.5%，其中以锂离子电池累计规模最大，超过50%以上。
电化学储能具有设备机动性好、响应速度快、能量密度高和循环效率高等优势，是当前储能产业发展和研究的热点，主要应用在电网辅助服务、可再生能源并网、电力输配、分布式发电及微网领域。从我国已投运的电化学储能项目来看，分布式发电及微网领域的装机规模最大，其余依次为可再生能源并网领域、电力辅助服务领域和电力输配领域。 从技术方向来分类，主流电化学储能技术包括先进铅酸电池、锂离子电池、液流电池和钠硫电池等。 传统铅酸蓄电池凭借其安全可靠、容量大、性价比高等优点，在储能领域仍具有稳固的地位。特别近年来，以铅炭电池为代表的新兴铅酸技术的出现，大大弥补了传统铅酸电池比能量低、寿命短等缺点，使其在大规模储能领域的应用成为可能。 锂离子电池由正负电极、隔膜、电解液组成，具有能量密度大、工作温度范围宽、无记忆效应、可快速充放电、环境友好等诸多优点，目前在国内已广泛应用于各类电子产品、新能源车和电化学储能等领域。特别受下游新能源车动力电池需求增长拉动，产业规模和技术发展加速，技术和产业链正在进一步成熟。 液流电池具有充放电性能好、循环寿命长的特点，适合大规模储能应用。目前较为成熟的液流电池体系有全钒、锌溴、铬铁、多硫化钠-溴等双液体系，目前应用和研究最广的为全钒液流电池，但由于成本过高、体积密度低等原因，产业还处于起步阶段。锌溴、铬铁、多硫化钠等电池的技术或被垄断、或处于研发阶段，未能实现产业化。 钠硫电池以单质硫和金属钠为正负极，β-氧化铝陶瓷为电解质和隔膜，其工作温度在300-350 摄氏度之间，具有能量密度高、功率特性好、循环寿命长、成本相对低等优点，其规模约占全球电化学储能总装机量的30-40%，仅次于锂离子电池。但由于技术垄断，目前在国内无法大规模推广。 从技术成熟度、经济性、安全环保性等来看，锂电池是我国发展较快、有望率先带动储能商业化的电化学储能技术。
2021年电化学储能行业分析报告 2021年2月
目录 一、锂电储能应用广泛，装机规模持续提升潜力巨大 (6) 1、抽水蓄能装机规模最大，锂电储能快速发展 (7) 2、电化学储能产业链：上游材料、中游核心部件制造、下游应用 (9) 二、五年三千亿市场空间可期，能源革命是核心驱动力 (10) 1、能源结构转型对电网的冲击是发输配电侧储能的底层逻辑 (10) （1）全球脱碳趋势明确，高比例可再生能源结构转型加速 (10) （2）可再生能源波动性与电网稳定性的根本性矛盾催生储能需求 (12) （3）发电侧与输配电侧储能的本质作用基本相同，未来5年需求约131GWh (16) 2、多因素作用推动用电侧储能快速发展，未来5年需求约93GWh (18) （1）欧美主要国家用电成本高昂，分布式光伏系统快速发展为储能提供市场基础18 （2）上网补贴（FIT）和净计量（NEM）政策到期或削减，分布式搭配储能有望得到推广 (19) （3）部分国家电力供应稳定性较差，不同规模的停电事件时有发生，储能接受度提升 (19) （4）2010-2019年锂电池价格下降87%，带动系统成本快速下降，储能经济性逐渐显现 (21) （5）未来5年用电侧的储能系统需求约93GWh，年均复合增速95% (21) 3、5G基站建设周期带动后备电源需求大幅提升 (22) （1）5G建设加速，2019-2028年宏基站需求近500万个 (22) （2）5G基站功耗大幅提升2.5-4倍，带动后备电源扩容需求大幅增加 (23) （3）磷酸铁锂电池成为5G基站后备电源的主流技术路线 (24) （4）未来5年5G基站的储能系统需求近35GWh (25) 4、汽车电动化转型加速，光储充模式有望推广 (26) （1）汽车电动化转型加速，未来5年充电设施有望新增约440万台 (26) （2）光储充一体化充电站模式有望推广，未来5年国内储能系统需求约6.8GWh . 27
电化学储能体系的特点及其未来发展的思考 摘要：电化学储能的发展史，是一部材料科技的进步史，工艺的改进使其量变，新材料的改进使其质变。突破应用范围，提高能量密度，始终是电化学储能技术的不便追求，各类电化学储能电池在生产和研究中具有不同的创新和应用方向。当前主要的电化学储能电池有铅酸电池、氧化还原液流电池、钠硫电池、超级电容器、锂离子电池。 关键词：电化学储能铅酸电池氧化还原液流电池钠硫电池超级电容器锂离子电池 正文：电能是现代社会人类生活、生产中必不可缺的二次能源。随着社会经济的发展,，人们对电的需求越来越高。电力需求昼夜相差很大，但发电厂的建设规模必须与高峰用电相匹配，投资大利用率较低。另一方面，随着化石能源的不断枯竭，人们对风能、水能、太阳能等可再生能源的开发和利用越来越广泛。为了满足人们生产及生活的用电需求，减少发电厂的建设规模，减少投资，提高效率，以及保证可再生能源系统的稳定供电，开发经济可行的储能(电)技术，使发电与用电相对独立极为重要。目前储能技术应用最为广泛的是电化学储能，电化学储能的发展史，是一部材料科技的进步史，工艺的改进使其量变，新材料的改进使其质变。突破应用范围，提高能量密度，始终是电化学储能技术的不便追求，各类电化学储能电池在生产和研究中具有不同的创新和应用方向。当前主要的电化学储能电池有铅酸电池、氧化还原液流电池、钠硫电池、超级电容器、锂离子电池。下面分别介绍这几种储能电池的特点。 铅酸电池：自从1859年法国人普兰特发明了铅酸电池，至今已有140多年的历史。在这一百多年来以来，人们对它进行不断的研究和改进，是铅酸电池得到了极大的发展，目前主流的是阀控式铅酸电池。铅酸电池由于材料来源广泛，价格低廉，性能优良，目前应用比较广泛。 铅酸电池的优点：
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先进介电储能材料 通过陈国华老师的先进介电储能材料讲座使我知道了铁电材料的特殊电学性能意味着它广阔的应用前景，其电子元件有着集成度高、能耗小、响应速度快等众多优点。储能用铁电介质材料是铁电材料中重要的一类，可以用作脉冲功率技术设备主体部分的高功率脉冲电源，为脉冲功率装置的负载提供电磁能量。脉冲功率技术的能量储存方式，主要有机械能储能、电容器储能、电化学储能三种。相对于其它储能器件，电容器储能因为具有储能密度高、能量释放速度快、可靠性高、安全性高、价格低廉以及较易实现轻量化和小型化等优点，因此成为现在高功率脉冲电源中应用最广的储能器件之一。 目前正在研发的储能用铁电介质材料主要有以下几种：基陶瓷。以BaTiO3陶瓷为代表的铁电体具有较高的介电常数，是制造铁电陶瓷电容器的基础材料，也是目前国内外应用最广泛的电子陶瓷材料之一。在介电层厚度确定的情况下，材料的介电常数越高，电容器的比电容越大，越易于实现器件的小型化。基陶瓷。SrTiO3基陶瓷具有高介电常数，低介电损耗和稳定的温度、频率和电压特性，是用于制备大容量陶瓷晶界层电容器的理想材料，具有吸收高达1000～3000 A/cm2这样的电涌的能力，所以该材料兼有大容量电容器和压敏电阻器的功能。在SrTiO3-m ( Bi2O3·nTiO2)系陶瓷基础上加入 BaTiO3等烧制而成的新型材料，具有介电常数大，介质
损耗小，击穿场强高的特点。陶瓷。TiO2陶瓷具有高达350 kV/cm 的耐击穿强度和较高介电常数(～110)，从而具有可观的储能密度，并支持几百次的充放电。 问题： 1.先进的储能材料有哪些？ 2.电容器储能与电池储能的优缺点各是什么？ 3.反铁电材料的储能原理是什么？ 韦振明（11） 2015年7月4日星期六
电化学储能在电力调频系统中的应用 一、发展背景 随着中国风电和光伏的发展，在积极消纳清洁能源、特高压电网加快建设、“两个细则”全面实施的背景下，火电机组调峰调频性能的提升是目前发电集团和电网共同关注的问题，火电机组不仅随着中国北方风电和光伏的发展，在积极消纳清洁能源、特高压电网加快建设、“两个细则”全面实施的背景下，火电机组调峰调频性能的提升是目前发电集团和电网共同关注的问题。火电机组不仅承载电网的基本调峰负荷的重任，更需在调峰和调频方面的电力市场辅助服务中具有一定的竞争力，同时也需权衡机组长期运行安全性和整体稳定性的需求。 2009 年1 月，国家电监会印发了《并网发电厂辅助服务管理暂行办法》和《发电厂并网运行管理规定》（简称“两个细则”），要求各地电监局和省电监办结合本区特点,依照电监会两个文件精神，制定本区域的并网发电厂辅助服务和运行管理实施细则。华北电监局及时制定了《华北区域发电厂并网运行管理实施细则(试行)》和《华北区域并网发电厂辅助服务管理实施细则(试行)》，并在并网协议中规定对发电机组提供的辅助服务按效果进行处罚和奖励。 2014 年4 月，国家能源局召开了“辅助服务补偿机制深度试点工作启动会”，明确储能为试点工作内容。2016 年6 月，国家能源局发布《国家能源局关于促进电储能参与“三北”地区电力辅助服务
补偿（市场）机制试点工作的通知》(国能监管［2016］ 164 号)。上述政策不仅对不满足一次调频和二次调频等要求的机组执行相应的处罚，对提供较多较好辅助服务的机组也有一定的补偿，实质上已经建立了初步的发电辅助服务市场机制。提高机组运行质量、增强机组调频能力、减少考核处罚、争取辅助服务收益已经成为发电企业一个新型盈利方向。 电网电源结构以大型火电机组为主，ACE 调频电源几乎全部为火电机组，优质调频电源稀缺。因火电机组ACE 调频能力较弱，故电网整体ACE 调频能力有限。同时，随着风电、光伏等新能源电站的大量建设和入网，风电穿透率不断提高，风电和光伏等具有间歇性、不可控性，新能源的大规模并网将显著增加电网的ACE调频需求，特别是在冬季风电大发时期，由于大量火电机组进入供热期运行，使得电网的调频能力进一步下降，进而将对风电的开发利用形成严重制约，电力系统运行安全存在潜在隐患。此外，大量的火电机组长期承担繁重的ACE调频任务，造成了发电煤耗增高、设备磨损严重，机组排放超标等一系列负面影响。 目前，一些储能技术开始逐步成规模的进入调频市场，在过去的10年内，全球范围内各种新型储能技术和产品获得了突破，在储能产品的使用寿命、功率和容量、系统可靠性等方面都有了长足的发展，已经完全能够满足电网的需求。
电化学储能电站施工及验收规范 Code for construction and acceptance of electrochemical energy storage station 一、大纲编制的基本思路 1、编制内容的边界范围 一般情况下，工程建设活动有规划、勘察、设计、施工（包括安装）与监理、验收、运行、维护、拆除等组成。 本标准内容范围将集中在储能电站施工、设备安装、验收这三个环节，且应与正在编制国家标准《电化学储能电站设计规范》保持内容上的相互支撑、补充与衔接，与未来将会制定有关运维与拆除环节的标准相衔接。 2、标准的构成格式 本次大纲主要针对正文部分和补充部分。本标准要严格按照住建部出版的《工程建设标准编制指南》规定的格式。 ●前引部分（封面、扉页、公告、前言、目次）、正文部分（总则、术语、 技术内容）、补充部分（附录、标准用词说明、引用标准名录） 3、技术内容重点 ●土建工程施工的通用性技术要求； ●土建工程施工中针对储能装置等特殊需求的专业技术要求 ●储能电站中通用电气设备的安装与调试的通用技术要求； ●电化学储能装置安装与调试的专用技术要求； ●储能电站整体系统调试的技术要求； ●土建施工及设备安装调试过程中各自针对环境与水土保持的技术要求； ●土建施工及设备安装调试过程中各自针对的安全与职业健康技术管理 规定； ●设备及储能电站的整体验收技术要求。 4、需要开展研究的工作 目前，根据查询，国际上尚没有发布关于电化学储能电站施工与验收方面的技术标准。储能电站建设案例并不是很多，在运行的储能电站数量少、运行时间短，此外，储能电站建设中
引入了许多新技术、新设备等，还处于不断进步与完善过程中。因此，编制标准的征求意见阶段需要安排必要的调研工作、技术测试与试验工作以及专题论证工作。 大纲准备阶段，应对上述情况给予重视。 5、参编单位的结构 为确保高质量完成标准的编制，参编单位中尽可能包含具有以下属性的单位：1、具有储能电站建设业绩的业主单位；2、具有储能电站建设施工业绩与经验的工程施工单位，3、具有储能电站设计业绩与经验的设计单位，4、储能电站核心设备与新技术装置的研发与生产单位，5、具有参与储能电站系统调试与试运经验的科研（或技术业务）单位，6、参与国家标准《电化学储能电站设计规范》编制的单位等。 二、规范编制大纲 本规范根据住房和城乡建设部《关于印发<2013年工程建设标准规范制订修订计划的通知>(建标[2013]6号)的要求，由中国电力企业联合会和中国电力科 学研究院会同有关单位共同编制完成。 牵头单位：中国电力企业联合会中国电力科学研究院 参编单位：（建议）上海电力设计院、冀北电力公司、北京输变电工程公司、浙江电力公司、福建电力公司、上海电力公司、许继集团有限公司、深圳比亚迪股份有限公司、宁德时代新能源科技有限公司、大连融科储能技术发展有限公司、北京普能世纪科技有限公司 目的：为保证电化学储能电站的工程质量，促进工程施工及验收技术水平的提高，确保电化学储能电站建设的安全可靠，制定本规范。 适用范围：本规范适用于新建、改建和扩建的固定式电化学储能电站，不适用于移动式储能电站工程。
“十四五”制约电化学储能发展的难点 2018年我国电化学储能出现爆发式增长，2019年增速又出现了急剧降低，2020年地方政府推动储能发展的意愿更加强烈。“十四五”时期，储能是否能够迎来发展机遇，这需要正视储能面临的问题，以疏通制约储能发展的瓶颈。 “十三五”时期我国电化学储能 发展历程及市场动态 我国电化学储能装机持续增长，但是增速却呈波浪式前进。2015~2019年，我国电化学储能装机从106兆瓦增至1709兆瓦，增加了15倍。从增速看，2015~2019年，我国电化学储能增速分别为25%、130%、64%、169%以及59%。值得注意的是，2019年我国电化学储能增速大幅下降，凸显出发展动能不足。 政策对储能有着至关重要的影响。从2017~2019年的政策看，2017年10月份，国家发改委等5部门联合发布了《关于促进储能技术与产业发展的指导意见》，为行业发展树立了信心，进而推动了2018年电化学储能的爆发式增长。然而，2019年上半年，国家发改委、能源局印发了《输配电定价成本监审办法》，明确提出抽水蓄能电站、电储能设施不得计入输配电定价成本。两大电网公司也相继跟进，严格限制企业内部储能投资，导致2019年电化学储能增速大幅回落。可以看到，我国推动储能发展的市场模式并未形成，储能产业政策依赖性非常强烈。 2020年，地方政府（电网）正在推动“新能源+储能”的发展模式。今年3月23日，国网湖南省电力有限公司下发了《关于做好储能项目站址初选工作的通知》，明确提出：“经多方协调,已获得28家企业承诺配套新能源项目总计建设388.6兆瓦/777.2兆瓦时储能设备,与风电项目同步投产”。3月24日，内蒙古能源局发布了《2020年光伏发电项目竞争配置方案》，明确优先支持光伏+储能建设。若普通光伏电站配置储能系统，则应保证储能系统时长为1小时及以上，配置容量达到项目建设规模的5%及以上。3月30日，新疆发改委印发了《新疆电网发电侧储能管理办法》征求意见稿，明确提出，鼓励光伏、风电等发电企业、售电企业、电力用户、独立辅助服务提供商等投资建设电储能设施，要求充电功
史上最全储能系统优缺点梳理 谈到储能，人们很容易想到电池，但现有的电池技术很难满足电网级储能的要求。实际上，储能的市场潜力非常巨大，根据市场调研公司Pike Research 的预测，从2011年到2021年的10年间，将有1220亿美元投入到全球储能项目中来。而在大规模储能系统中，最为广泛应用的抽水蓄能和压缩空气储能等传统的储能方式也在经历不断改进和创新。今天，无所不能(caixinenergy)为大家推荐一篇文章，该文章分析了目前全球的储能技术以及其对电网的影响和作用。 现有的储能系统主要分为五类：机械储能、电气储能、电化学储能、热储能和化学储能。目前世界占比最高的是抽水蓄能，其总装机容量规模达到了127GW，占总储能容量的99%，其次是压缩空气储能，总装机容量为440MW，排名第三的是钠硫电池，总容量规模为316MW。 全球现有的储能系统 1、机械储能 机械储能主要包括抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能等。 (1)抽水蓄能：将电网低谷时利用过剩电力作为液态能量媒体的水从地势低的水库抽到地势高的水库，电网峰荷时高地势水库中的水回流到下水库推动水轮机发电机发电，效率一般为75%左右，俗称进4出3，具有日调节能力，用于调峰和备用。 不足之处：选址困难，及其依赖地势;投资周期较大，损耗较高，包括抽蓄损耗+线路损耗;现阶段也受中国电价政策的制约，去年中国80%以上的抽蓄都晒太阳，去年八月发改委出了个关于抽蓄电价的政策，以后可能会好些，但肯定不是储能的发展趋势。 (2)压缩空气储能(CAES)：压缩空气蓄能是利用电力系统负荷低谷时的剩余电量，由电动机带动空气压缩机，将空气压入作为储气室的密闭大容量地下洞
先进介电储能材料 通过陈国华老师的先进介电储能材料讲座使我知道了铁电材料的特殊电学性能意味着它广阔的应用前景，其电子元件有着集成度高、能耗小、响应速度快等众多优点。储能用铁电介质材料是铁电材料中重要的一类，可以用作脉冲功率技术设备主体部分的高功率脉冲电源，为脉冲功率装置的负载提供电磁能量。脉冲功率技术的能量储存方式，主要有机械能储能、电容器储能、电化学储能三种。相对于其它储能器件，电容器储能因为具有储能密度高、能量释放速度快、可靠性高、安全性高、价格低廉以及较易实现轻量化和小型化等优点，因此成为现在高功率脉冲电源中应用最广的储能器件之一。 目前正在研发的储能用铁电介质材料主要有以下几种：基陶瓷。以BaTiO3陶瓷为代表的铁电体具有较高的介电常数，是制造铁电陶瓷电容器的基础材料，也是目前国内外应用最广泛的电子陶瓷材料之一。在介电层厚度确定的情况下，材料的介电常数越高，电容器的比电容越大，越易于实现器件的小型化。基陶瓷。SrTiO3基陶瓷具有高介电常数，低介电损耗和稳定的温度、频率和电压特性，是用于制备大容量陶瓷晶界层电容器的理想材料，具有吸收高达1000～3000 A/cm2这样的电涌的能力，所以该材料兼有大容量电容器和压敏电阻器的功能。在SrTiO3-m ( Bi2O3·nTiO2)系陶瓷基础上加入 BaTiO3等烧制而成的新型材料，具有介电常数大，介质损耗小，击穿场强高的特点。陶瓷。TiO2陶瓷具有高达350 kV/cm的耐击穿强度和较高介电常数(～110)，从而具有可观的储能密度，并支持几百次的充放电。问题： 1.先进的储能材料有哪些 2.电容器储能与电池储能的优缺点各是什么 3.反铁电材料的储能原理是什么 韦振明（11）
电化学储能技术分类和抽蓄性能对比电化学储能技术主要包括铅酸电池、锂离子电池、液流电池、钠系高温电池和金属-空气电池等体系。电池的工作原理大致相同：从能量转化角度看，电池是将化学能转化为电能的装置；从化学反应角度看，电池是氧化还原反应中的还原剂失去的电子经外接导线传递给氧化剂，使氧化还原反应分别在两个电极上进行。 一、技术分类 电化学储能技术主要包括种类繁多的二次电池，这里主要介绍应用较多的铅酸电池、锂离子电池、液流电池、钠硫电池等。这些电池多数技术上比较成熟，近年来成为电力系统应用关注的重点并有较多的实际应用。 1、铅酸电池 （1）工作原理 铅酸电池主要由正极板、负极板、电解液、隔板、槽和盖等组成，其基本结构如图1-1所示。正极活性物质是二氧化铅PbO2，负极活性物质是海绵状金属铅Pb，电解液是硫酸，开路电压为2V。
图1-1铅酸电池的基本结构 铅酸电池的正、负两极活性物质在电池放电后都转化为硫酸铅(PbSO4)，铅酸电池单体的额定电压为2V。实际上，铅酸电池的开路电压与硫酸浓度存在着密切关系，而与铅、二氧化铅以及硫酸铅的量无关。铅酸电池在充电终止后，端电压很快下降至2.3V左右，放电终止电压为1.7-1.8V，若在继续放电，将影响电池寿命。铅酸电池的充电温度范围为-20℃~40℃，放电温度范围-20℃~40℃，能量转换效率为70-85%。 铅酸电池的优点：1）投资成本低；2）开路电压与放电深度基本呈线性关系，易于充放电控制；3）单体容量从几十~几千Ah，串并联后用于MW级储能电站时安全可靠；4）回收技术成熟，利用率高。 铅酸电池的缺点：1）比能量低，一般为30~50Wh/kg；2）循环寿命短，一般为500-2000次；充电速度慢，一般>4小时；3）生产过程中会产生含铅的重金属废水，且成酸性，易产生污染。 （2）技术分类
储能技术现状与未来发展方向 上一篇文章交谷太阳能小编和大家分享了光伏发电的未来发展趋势，今天和大家探讨一下太阳能储能技术的发展方向。众所周知，太阳能发电是个好东西，但是受到光照和发电成本的影响，一直没有成为主力能源。那么，这其中最大的一块成本就是储能，尤其是离网系统，大型电站如果解决了储能的成本，对于整个光伏行业来说将是不可估量的巨变。 可再生能源发电和电动汽车的快速发展，给储能产业带来了新的发展机遇。未来能源的焦点在能效、可再生能源、储能和可插入电动汽车。智能电网是新能源经济的实施者。智能电网被定义为广义的优化能源链的解决方案，是未来可支撑能源的基础。 储能技术是智能电网的重要环节，是智能电网关键支撑技术之一 大量可再生能源应用(包括分布式电源和集中式电源)，特别是风力发电和太阳能光伏发电都具有随机性、间歇性和波动性，大规模接入将给电网调峰、运行控制和供电质量等带来巨大挑战。储能技术能够有效提升电网接纳清洁能源的能力，解决大规模清洁能源接入带来的电网安全稳定问题。 储能技术的应用有利于优化系统的能量管理，提高系统效率和设备利用率。 储能技术发展是保障清洁能源大规模发展和电网安全经济运行的关键。储能技术可以在电力系统中增加电能存储环节，使得电力实时平衡的“刚性”电力系统变得更加“柔性”，特别是平抑大规模清洁能源发电接入电网带来的波动性，提高电网运行的安全性、经济性、灵活性。储能技术一般分为热储能和电储能，未来应用于全球能源互联网的主要是电储能。 电储能技术主要分为物理储能、电化学储能和电磁储能等三大类。 物理储能 抽水蓄能是目前最为成熟的储能技术，储能成本较低，已经实现大规模应用。目前世界上抽水蓄能机组总装机容量超过1亿千瓦，日本、美国和中国的装机规模处于前三位。全球水电资源丰富，通过合理利用地形，可以建设较大容量的抽水蓄能机组，更好地保障电网供电安全。 压缩空气储能是利用电力系统低谷时的剩余电量，带动空气压缩机，将空气压入大容量储气室，即将电能转化成可存储的压缩空气势能，当系统发电容量不足时，将压缩空气与油或天然气混合燃烧，推动燃气轮机做功发电，满足系统调峰需要。压缩空气储能具有容量大、使用寿命长、经济性好等优点，但发电时需要消耗化石能源，产生污染和碳排放。 电化学储能 电化学储能是目前最前沿的储能技术。近年来，钠硫电池、液流电池和锂离子电池储能等电化学储能技术发展较快，发展潜力巨大，应用前景广阔，有望率
电化学储能专题研究报告
正文目录 一、应用场景多元，多技术路线并存 (5) 1.1 广泛应用于电力系统，重点关注五大场景 (5) 1.2 多技术路线幵存，重点关注电化学储能 (7) 二、全球储能蓬勃发展，政策是重要推手 (10) 2.1 全球电化学储能快速发展，2012-2016年复合增速32% (10) 2.2 美国：补贴、强制采购等政策助推储能发展 (13) 三、国内蓄势待发，储能将迎机遇期 (15) 3.1 国内储能规模尚小，发展潜力大 (15) 3.2 有利因素积聚，国内储能发展有望换挡提速 (18) 3.3 各应用场景大项目井喷，国内储能发展即将提速 (22) 四、投资建议 (24)
图表目录 图表1储能技术在电力行业的主要应用场景和功能 (5) 图表2储能调频系统原理 (6) 图表3用户侧储能：谷价、平价阶段充电，峰价阶段放电 (7) 图表4铅炭电池原理图 (8) 图表5全钒液流电池原理图 (9) 图表6全钒液流储能系统布置图 (9) 图表7钠硫电池工作原理 (10) 图表8钠硫电池单电池内部结构 (10) 图表9四种电化学储能技术经济指标对比 (10) 图表10截至2016年底全球电化学储能累计装机规模1.77GW (11) 图表11截至2015年底全球电化学储能项目技术类型占比 (11) 图表12截至2015年底全球储能项目应用场景占比 (12) 图表13截至2015年底全球储能项目区域分布 (12) 图表142015年7月~2016年12月全球新增的规划储能装机达2.5GW (12) 图表15美国年度储能新增装机预测（MW） (13) 图表16美国储能产业链主要的供应商 (14) 图表172016年CPUC对SGIP改革的主要内容，储能预算占比75% (14) 图表18SGIP对于每瓦时储能系统的补贴基准 (14) 图表19加州三大公用事业公司储能采购目标与时间表（MW） (15) 图表20截至2016年我国电化学储能累计装机规模243MW (16) 图表21截至2015年底各应用场景储能项目占比 (16) 图表22截至2015年底的国内储能项目技术分类 (16) 图表232016年国内新增投运储能项目装机规模TOP10 (17) 图表24我国储能产业发展三个阶段 (17) 图表25到2020年国内电储能累计装机规模有望达2GW (18) 图表26东北地区已开展电力辅助服务试点 (18) 图表27东北地区电试行储能与火电机组联合调峰按照深度调峰管理 (19) 图表28国内近年发布的与储能相关的主要政策文件 (19) 图表29截至2016年国内累计风电装机规模148.6GW (20) 图表302016年全国弃风率达17% (20) 图表31新电改主要政策文件 (20) 图表32锂电储能电池系统平均成本快速下降 (21) 图表33江苏省普通工业用户峰谷分时销售电价表（元/度电） (21)
电化学储能项目 可行性研究报告 xxx实业发展公司
电化学储能项目可行性研究报告目录 第一章项目总论 第二章项目必要性分析 第三章产业研究分析 第四章建设内容 第五章项目建设地分析 第六章土建工程方案 第七章工艺可行性 第八章环保和清洁生产说明 第九章项目职业安全 第十章风险防范措施 第十一章节能评价 第十二章进度方案 第十三章项目投资估算 第十四章经济评价 第十五章招标方案 第十六章总结评价
第一章项目总论 一、项目承办单位基本情况 （一）公司名称 xxx实业发展公司 （二）公司简介 公司坚持以科技创新为动力，建立了基础设施较为先进的技术中心，建成了较为完善的科技创新体系。通过自主研发、技术合作和引进消化吸收等多种途径，不断推动产品技术升级。公司主导产品质量和生产工艺居国内领先水平，具有显著的竞争优势。 公司根据自身发展的需要，拟在项目建设地建设项目，同时，为公司后期产品的研制开发预留发展余地，项目建成投产后，不仅大幅度提升项目承办单位项目产品产业化水平，为新产品研发打下良好基础，有力促进公司经济效益和社会效益的提高，将带动区域内相关行业发展，形成配套的产业集群，为当地经济发展做出应有的贡献。 贯彻落实创新驱动发展战略，坚持问题导向，面向未来发展，服务公司战略，制定科技创新规划及年度实施计划，进行核心工艺和关键技术攻关，建立了包括项目立项审批、实施监督、效果评价、成果奖励等方面的技术创新管理机制。 （三）公司经济效益分析
上一年度，xxx集团实现营业收入8712.21万元，同比增长14.72%（1118.19万元）。其中，主营业业务电化学储能生产及销售收入为7036.80万元，占营业总收入的80.77%。 根据初步统计测算，公司实现利润总额2464.09万元，较去年同期相比增长508.41万元，增长率26.00%；实现净利润1848.07万元，较去年同期相比增长261.77万元，增长率16.50%。 上年度主要经济指标
光伏发电及化学储能研究现状简介 一、光伏发电 光伏发电是根据光生伏打效应原理，利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能。光伏发电系统主要由太阳电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成，它们主要由电子元器件构成，不涉及机械部件，所以，光伏发电设备极为精炼，可靠稳定寿命长、安装维护简便。 1、光伏电池的分类 （1）单晶硅光伏电池 单晶硅光伏电池是开发较早、转换率最高和产量较大的一种光伏电池。目前单晶硅光伏电池转换效率在我国已经平均达到14.5％至15.5%,而实验室记录的最高转换效率超过了24.7%。这种光伏电池一般以高纯的单晶硅硅棒为原料，纯度要求99.9999%。 单晶硅光伏电池又分为普通单晶硅光伏电池和背接触式单晶硅光伏电池，背接触硅太阳电池是指电池的发射区电极和基区电极均位于电池背面的一种硅太阳电池。背接触电池有很多优点：①效率高。由于降低或完全消除了正面栅线电极的遮光损失，从而提高了电池效率，有报道称某新型背接触单晶硅光伏电池效率高达21%。②易组装。采用全新的组件封装模式进行共面连接，既减小了电池片间的间隔，提
高了封装密度，又简化了制作工艺，降低了封装难度。③更美观。电池的正面均一、美观，满足了消费者的审美要求。 图1 单晶硅电池 （2）多晶硅光伏电池 多晶硅光伏电池是以多晶硅材料为基体的光伏电池。由于多晶硅材料多以浇铸代替了单晶硅的拉制过程，因而生产时间缩短，制造成本大幅度降低。再加之单晶硅硅棒呈圆柱状，用此制作的光伏电池也是圆片，因而组成光伏组件后平面利用率较低。与单晶硅光伏电池相比，多晶硅光伏电池就显得具有一定竞争优势。目前实验室最高光电转换效率为20.3%，商业化批量生产效率为14%至14.5%。
2021 年电化学储能行业分析报告 2021 年2 月
目录 一、锂电储能应用广泛，装机规模持续提升潜力巨大 (6) 1、抽水蓄能装机规模最大，锂电储能快速发展 (7) 2、电化学储能产业链：上游材料、中游核心部件制造、下游应用 (9) 二、五年三千亿市场空间可期，能源革命是核心驱动力 (10) 1、能源结构转型对电网的冲击是发输配电侧储能的底层逻辑 (10) （1）全球脱碳趋势明确，高比例可再Th能源结构转型加速 (10) （2）可再Th能源波动性与电网稳定性的根本性矛盾催Th储能需求 (12) （3）发电侧与输配电侧储能的本质作用基本相同，未来5 年需求约131GWh (16) 2、多因素作用推动用电侧储能快速发展，未来5 年需求约93GWh (18) （1）欧美主要国家用电成本高昂，分布式光伏系统快速发展为储能提供市场基础18 （2）上网补贴（FIT）和净计量（NEM）政策到期或削减，分布式搭配储能有望得到推广19 （3）部分国家电力供应稳定性较差，不同规模的停电事件时有发Th，储能接受度提升19 （4）2010-2019 年锂电池价格下降87%，带动系统成本快速下降，储能经济性逐渐显现 (21) （5）未来5 年用电侧的储能系统需求约93GWh，年均复合增速95% (21) 3、5G 基站建设周期带动后备电源需求大幅提升 (22) （1）5G 建设加速，2019-2028 年宏基站需求近500 万个 (22) （2）5G 基站功耗大幅提升2.5-4 倍，带动后备电源扩容需求大幅增加 (23) （3）磷酸铁锂电池成为5G 基站后备电源的主流技术路线 (24) （4）未来5 年5G 基站的储能系统需求近35GWh (25) 4、汽车电动化转型加速，光储充模式有望推广 (26) （1）汽车电动化转型加速，未来5 年充电设施有望新增约440 万台 (26) （2）光储充一体化充电站模式有望推广，未来5 年国内储能系统需求约6.8GWh .27
我国电化学储能技术分布现状 什么是储能? 广义来讲，储能即能量存储，是指通过一种介质或设备，把一种能量形式用同一种或转换成另一种能量形式存储起来，需要以特定能量形式释放出来的循环过程。 狭义而言，储能是针对电能的存储，是指利用化学或者物理的方法将产生的能量存储起来并在需要时释放的一系列技术和措施。 从定义我们可知，广义储能是指所有能量的存储，包括储热和储电。而狭义的储能仅指电能的存储，本文讨论的“储能”即取其狭义。 储能技术分类 储能分为物理储能和化学储能，这两者的技术特点如下： 物理储能：抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等。 特点：采用水、空气等作为储能介质，储能介质不发生化学变化。 电化学储能：铅蓄电池、锂离子电池、液流电池、镍氢电池等。 特点：利用化学元素做储能介质，充放电过程伴随储能介质的化学反应或者变化。 物理储能和化学储能的区别在于，储能介质是否发生化学变化。业内机构的统计数据显示，从2000年至2016年，我国储能市场累计装机规模各种储能方式中，蓄水储能占比最大，但增长缓慢。而以锂离子电池为代表的电化学储能却增长迅速，占比不断增加，电化学储能市场极具增长潜力。 电化学储能市场技术分布 据中关村储能产业技术联盟发布的《储能产业研究白皮书2017》统计数据显示，2016年，我国新增投运的电化学储能项目几乎全部使用锂离子电池和铅蓄电池，两类技术的新增装机占比分别为62%和37%。 2016年，在我国新增投运装机规模的同比增速方面，锂离子电池以256%的增速占据首位;此外，锂离子电池在可再生能源并网领域中的新增装机占比最大，高达70%;铅蓄电池在分布式发电及微网领域的新增装机占比最大，达69%。 从各技术的分布地域来看，锂离子电池在各地区均有分布，其中在东北、华中、华南、西北和西南占比最大;铅蓄电池在华北和华东地区占比最大;液流电池主要分布在东北地区。 但是从全球范围来看，2016年，新增投运的电化学储能项目主要采用锂离子电池、钠硫电池和铅蓄电池等储能技术，三种技术的新增装机规模共占全部新增项目装机规模的
中国电化学储能行业概况研究 随着新一代能源革命的到来，可再生能源在电力能源供给中的比重越来越 大，同时能源消费也出现了巨大变化，如新能源汽车的普及等。无论是发电侧、 输配电还是用户侧，对储能的需求都越来越大。 电化学储能受益于电池技术进步和成本下降，正在成为越来越重要的储能方 式。而物理储能和电磁储能受限于自身条件的限制，已难以满足市场的需求。随 着电池技术的迅速发展，电池成本大幅下降，如锂离子电池成本自2010 年以来 下降了接近80%，根据国家于2017 年11 月发布的《节能与新能源汽车技术路线 图》，到2020 年锂电系统成本将降至1 元/Wh 以下，且随着退役动力电池进入 梯次利用领域，电化学储能成本将会进一步下降，将推动电化学储能行业进入快 速发展期。
（1）储能的分类及作用 储能技术主要分为物理储能（如抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能等）、 化学储能（如铅酸电池、氧化还原液流电池、纳硫电池、锂离子电池等）和电磁 储能（如超导电磁储能、超级电容器储能等）。 储能对新能源的利用具有重大意义，是能源革命的重要环节。随着储能成本 逐年下降，储能技术不断进步，储能在全球范围内越来越受到重视。 储能的应用场景
率、输配电侧改善电能质量并提高可再生能源的利用率、用户侧消峰填谷等。
（2）电化学储能系统的构成 电化学储能系统主要由四个部分组成，即由电池、电池管理系统（BMS）、 储能变流器（PCS）以及对整个系统进行监控以及通讯的系统。 储能变流器（PCS）可控制蓄电池的充电和放电过程，进行交直流的能量变 换，也可以在无电网情况下直接为交流负荷供电。按输入储能双向变流器的电能 形式分，储能双向变流器可以分为直流储能双向变流器、交流储能双向变流器。 直流储能双向变流器主要适用如光伏发电形成的直流电存储场景，能够减少了电 能变换环节，提高系统转换效率并降低投资成本；交流储能双向变流器适用的存 储场景较多，如用于电网的调频、调峰电能存储场景等。