電池儲(chǔ)能路線的選擇堪稱豐富，至少包括：鉛酸(鉛炭電池)、鋰離子電池(三元、磷酸鐵鋰)、超級(jí)電容、納基電池、液流電池、鈉硫電池等。在令人眼花繚亂的電池技術(shù)中，儲(chǔ)能用戶和集成商該如何進(jìn)行選擇呢?應(yīng)該基于哪些原則設(shè)計(jì)方案和長(zhǎng)期規(guī)劃?日前本刊采訪了包括多位院士級(jí)專家在內(nèi)的資深人士，他們給出的解答是，儲(chǔ)能電池一定要堅(jiān)持安全第一的原則，具體技術(shù)路線要和場(chǎng)景結(jié)合，下一代電池或許更具顛覆性，值得期待。

安全第一

專家表示，儲(chǔ)能作為一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)，必須做到先站穩(wěn)，才能談得上走起來(lái)，跑步前進(jìn)。沒(méi)有安全前提下冒進(jìn)或者大干快上，將對(duì)行業(yè)帶來(lái)無(wú)窮傷害。

6月中旬，韓國(guó)工信部公布了之前23起儲(chǔ)能電站起火事故調(diào)查結(jié)果，總結(jié)起來(lái)有以下幾個(gè)原因：電池系統(tǒng)缺陷、應(yīng)對(duì)絕緣檢測(cè)的保護(hù)系統(tǒng)不夠、儲(chǔ)能電站建設(shè)完成后管理和維護(hù)不夠、換流器(PCS)和儲(chǔ)能系統(tǒng)(ESS)之間的綜合管理系統(tǒng)不好。

儲(chǔ)能電池系統(tǒng)必須滿足四種應(yīng)用需求：能量轉(zhuǎn)移、調(diào)峰調(diào)頻、平滑出力、跟蹤調(diào)度曲線等。如何既加強(qiáng)規(guī)范又不阻礙發(fā)展是一個(gè)需要全行業(yè)共同探討的問(wèn)題。

中國(guó)工程院院士顧國(guó)彪表示，與物理儲(chǔ)能相比，目前電化學(xué)儲(chǔ)能最大的問(wèn)題是，大容量的電池系統(tǒng)容易出現(xiàn)安全性問(wèn)題，即使成熟廠家最好的電池，工作的時(shí)候如果掌握不好功率平衡，就會(huì)引發(fā)安全事故。

分析認(rèn)為，電池發(fā)生起火的原因來(lái)自兩方面：一方面由于電氣線路、逆變器、電池管理系統(tǒng)等設(shè)計(jì)不合理或出現(xiàn)故障，故障部位局部長(zhǎng)時(shí)間發(fā)熱、電弧或電火花瞬間放熱，會(huì)造成線路短路導(dǎo)致電氣火災(zāi);另一方面，隨著電池循環(huán)次數(shù)增多，過(guò)充過(guò)放、不可逆副反應(yīng)等原因?qū)е氯萘克p、內(nèi)阻增大、內(nèi)短路、異常產(chǎn)氣、析鋰等現(xiàn)象，當(dāng)局部或整體的溫度急速上升，熱量大量積聚在內(nèi)部時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電池系統(tǒng)出現(xiàn)熱失控。

中國(guó)工程院院士楊裕生認(rèn)為，目前來(lái)看，高鎳三元等高能電池不應(yīng)是發(fā)展重點(diǎn)，全固態(tài)電池能否成功存在不確定性。目前看來(lái)，磷酸鐵鋰電池安全性高，壽命長(zhǎng)，既不用鎳也不用鈷等金屬，而且現(xiàn)在已經(jīng)掌握了微納結(jié)構(gòu)—碳包覆技術(shù)，可以成為主力，但要不斷提高性價(jià)比。

在中國(guó)電科院首席專家惠東看來(lái)，理論上講，磷酸鐵鋰也不是絕對(duì)安全，只是相對(duì)安全。目前看到的儲(chǔ)能電站的安全事故，往往是在預(yù)警缺失或滯后的情況下發(fā)生的，加之現(xiàn)有消防措施并非針對(duì)火災(zāi)配置，最終演變?yōu)閲?yán)重事故。

因此，儲(chǔ)能安全問(wèn)題除了要加強(qiáng)電池管理外，還要考慮到一些被動(dòng)安全措施，比如傳感器、消防系統(tǒng)，甚至是在運(yùn)維層面提前介入，就像光伏電站一樣，儲(chǔ)能系統(tǒng)也要牢記七分靠設(shè)計(jì)，三分靠運(yùn)維的原則并付諸行動(dòng)，才能保障系統(tǒng)安全可控。

也有業(yè)內(nèi)人士提出，對(duì)于特殊應(yīng)用場(chǎng)景的儲(chǔ)能系統(tǒng)安全，需要出臺(tái)相應(yīng)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，比如對(duì)于城市中安裝于地下室的工商業(yè)用戶側(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)，必須要對(duì)安全問(wèn)題高度重視，謹(jǐn)慎評(píng)估。據(jù)報(bào)道，澳大利亞Standards Australia AS5139標(biāo)準(zhǔn)在征求意見(jiàn)中，曾要求鋰離子電池安裝在一個(gè)獨(dú)立的空間/外殼中、戶用電池儲(chǔ)能系統(tǒng)只能安裝在戶外一個(gè)專門(mén)區(qū)域。

寧德時(shí)代新能源公司儲(chǔ)能事業(yè)部執(zhí)行總裁陶橡認(rèn)為，儲(chǔ)能還遠(yuǎn)遠(yuǎn)談不上什么先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性，現(xiàn)在首先要做到穩(wěn)扎穩(wěn)打，把整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全平衡性問(wèn)題，從電芯、電池到BMS(電池管理系統(tǒng))，一直到EMS(能量管理系統(tǒng))通通做好。

場(chǎng)景定制

電池技術(shù)路線該如何選擇?隨著成本下降，電池儲(chǔ)能是否可以替代抽水蓄能?這些同樣是業(yè)界關(guān)心的問(wèn)題。

在顧國(guó)彪看來(lái)，不能絕對(duì)地說(shuō)哪種儲(chǔ)能方式最好，無(wú)論是物理性質(zhì)的抽水蓄能、飛輪儲(chǔ)能，還是電化學(xué)的各種電池，他們各有各的應(yīng)用場(chǎng)景，科學(xué)的方法應(yīng)該是根據(jù)其特性，部署在適合的地方，更好地發(fā)揮其功能。

中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司副總經(jīng)理時(shí)雷鳴認(rèn)為，電池儲(chǔ)能和抽水蓄能兩者不是相生相克，不是你死我活的關(guān)系，可以發(fā)展成相互補(bǔ)充、共同發(fā)展、相互促進(jìn)的和諧共生關(guān)系。原因在于，電池儲(chǔ)能可以在極短的時(shí)間內(nèi)(100毫秒)跟蹤電網(wǎng)頻率和負(fù)荷的波動(dòng)，功率爬升速率極快，電能與頻率幾乎完全同步，但是持久性有限。抽水蓄能不足在于空載到滿載的時(shí)間要10秒，但可以提供從日調(diào)節(jié)到周調(diào)節(jié)，為系統(tǒng)的大穩(wěn)定和事故備用提供更加可靠的保障，在后續(xù)補(bǔ)位上面為電網(wǎng)提供的作用不可替代。

從場(chǎng)景來(lái)看，電池儲(chǔ)能目前的主要場(chǎng)景包括：電源側(cè)的發(fā)電側(cè)風(fēng)光電站，火電廠AGC調(diào)頻;電網(wǎng)側(cè)的變電站儲(chǔ)能、虛擬電廠、調(diào)峰、輔助服務(wù)(調(diào)頻、調(diào)壓、黑啟動(dòng)、旋轉(zhuǎn)備用);用戶側(cè)的光儲(chǔ)電站、家庭儲(chǔ)能、備用電源等。

據(jù)專家介紹，從電池類型來(lái)看，最為重要的是電池的功率特性和容量特性。因此，根據(jù)不同儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)于電池功率容量比值的不同要求，大致將儲(chǔ)能電池分為三種類型：容量型(≤0.5C)、能量型(≈1C)和功率型(≥2C)。比值越大，代表電池的功率密度越高，但容量密度會(huì)低一些，單位容量的價(jià)格會(huì)更高些。

在目前各類儲(chǔ)能電池中，液流電池和鋰漿料電池屬于典型的容量型電池，鋰離子電池中的鈦酸鋰電池以及超級(jí)電容器則是一類典型的功率型電池。其它種類的電池，可以通過(guò)更改電池材料和工藝，進(jìn)行某種程度的屬性調(diào)整，以適應(yīng)不同的儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景。

儲(chǔ)能電池對(duì)于能量密度沒(méi)有太高的要求，針對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景，會(huì)對(duì)其功率密度有一定的要求，比如需具備安全、長(zhǎng)壽命、能量轉(zhuǎn)換效率高，循環(huán)次數(shù)一般要大于3500次。

綜合來(lái)看，電力調(diào)峰、離網(wǎng)型光伏儲(chǔ)能或用戶側(cè)的峰谷價(jià)差儲(chǔ)能，一般需要儲(chǔ)能電池連續(xù)充電或連續(xù)放電兩個(gè)小時(shí)以上，因此適合充放電倍率≤0.5C的容量型電池;對(duì)于電力調(diào)頻或平滑可再生能源波動(dòng)的儲(chǔ)能場(chǎng)景，則需要儲(chǔ)能電池在秒級(jí)至分鐘級(jí)的時(shí)間段快速充放電，所以比較適合充放電倍率≥2C的功率型電池;而在一些同時(shí)需要承擔(dān)調(diào)頻和調(diào)峰的應(yīng)用場(chǎng)景，能量型電池會(huì)更適合些，當(dāng)然，這種場(chǎng)景下也可以將功率型與容量型電池配合一起使用。

期待顛覆

產(chǎn)業(yè)的顛覆性革新一定要有新一代技術(shù)支撐。恰如因?yàn)槌霈F(xiàn)了突破機(jī)械尋址方式的新一代存儲(chǔ)芯片，喬布斯才推出了蘋(píng)果手機(jī)。同是基于材料的創(chuàng)新，芯片業(yè)的摩爾定律卻無(wú)法在儲(chǔ)能行業(yè)生效，每年幾個(gè)百分點(diǎn)的提升也很難讓公眾提起興致，當(dāng)用能設(shè)備變得越來(lái)越輕薄，越來(lái)越智能，電池卻還在苦苦煎熬中期待著升級(jí)換代的到來(lái)。

面對(duì)紛繁的儲(chǔ)能技術(shù)路線，不少專家表示，雖然目前有很多電池技術(shù)路線，現(xiàn)有的這些技術(shù)不會(huì)是未來(lái)的主流路線，將來(lái)一定會(huì)出現(xiàn)顛覆性的技術(shù)。

2018年以來(lái)，不少電池專家公開(kāi)表示，未來(lái)動(dòng)力電池和儲(chǔ)能電池技術(shù)路線會(huì)分開(kāi)，儲(chǔ)能專用電芯也將登場(chǎng)。

中國(guó)科學(xué)院電工研究所儲(chǔ)能技術(shù)研究組組長(zhǎng)、中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)副秘書(shū)長(zhǎng)陳永翀表示，現(xiàn)有儲(chǔ)能用鋰電池是由手機(jī)電池等微小型電池漸進(jìn)式發(fā)展而來(lái)，除了將電池體積變大以外，還沒(méi)有脫離小型電池粘接涂布薄膜電極結(jié)構(gòu)的核心設(shè)計(jì)思路，這給大型儲(chǔ)能用鋰電池的一致性設(shè)計(jì)帶來(lái)了的難題。此外，基于現(xiàn)有原理的電池使用存在安全隱患，后處理也比較困難。

因此，有必要徹底脫離原有小型電池的設(shè)計(jì)思路，開(kāi)發(fā)顛覆性的大型儲(chǔ)能電池結(jié)構(gòu)技術(shù)，包括適用于容量型儲(chǔ)能的超厚漿料電極技術(shù)和功率型儲(chǔ)能的超高壓結(jié)構(gòu)技術(shù)，在此基礎(chǔ)上創(chuàng)新開(kāi)發(fā)低成本的制造技術(shù)、安全延壽的修復(fù)技術(shù)和綠色環(huán)保的回收技術(shù)，以滿足不同儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景的需求，支撐儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)突破發(fā)展。據(jù)了解，目前日本京瓷公司開(kāi)發(fā)的漿料電池，可使原材料費(fèi)用比以往降低約3成，最快將在2020年內(nèi)開(kāi)始量產(chǎn)，并用于住宅及工廠的儲(chǔ)能系統(tǒng)。

陳永翀預(yù)計(jì)，下一個(gè)十年，電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)將會(huì)有顛覆性發(fā)展。對(duì)于儲(chǔ)能企業(yè)而言，以下幾類值得關(guān)注：技術(shù)可靠，具有國(guó)際化視野的儲(chǔ)能產(chǎn)品或生產(chǎn)裝備出口供應(yīng)商;技術(shù)路線獨(dú)樹(shù)一幟，在成本方面有明顯競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的儲(chǔ)能產(chǎn)品供應(yīng)商;掌握核心應(yīng)用技術(shù)，與保險(xiǎn)公司合作提供儲(chǔ)能租賃服務(wù)的儲(chǔ)能運(yùn)維服務(wù)商;電網(wǎng)公司下屬的儲(chǔ)能系統(tǒng)公司。

未來(lái)，電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)的目標(biāo)是低成本、長(zhǎng)壽命、高安全、易回收，有待技術(shù)的顛覆性創(chuàng)新和突破。