在惠州，國內(nèi)首個實現(xiàn)百千瓦級SOFC(固態(tài)氧化物燃料電池)發(fā)電示范應(yīng)用的項目，運行最長的機(jī)臺已超6500小時;在珠海，新型儲能項目緯景儲能的鋅鐵液流電池“超G工廠”已經(jīng)竣工;在深圳，貝特瑞正式發(fā)布了鈉離子電池硬炭負(fù)極材料“探鈉350”及鈉電正極材料“貝鈉-O3B”，引起業(yè)內(nèi)關(guān)注……在新型儲能這條“快車道”上，各種技術(shù)路線百花齊放。
廣東也在“加足馬力”推動前沿技術(shù)布局。今年3月，《廣東省推動新型儲能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展指導(dǎo)意見》提出攻關(guān)鈉離子電池技術(shù)，加強(qiáng)鈉鹽以及水系鈉離子電池等技術(shù)攻關(guān)，提升能量密度，解決壽命短、放電快等技術(shù)問題;同時還提出，發(fā)展低成本、高能量密度、安全環(huán)保的液流電池，提升液流電池能量效率和系統(tǒng)可靠性，降低全周期使用成本。更早發(fā)布的《廣東省能源發(fā)展“十四五”規(guī)劃》也提出發(fā)展SOFC及其分布式發(fā)電成套裝備，推廣高溫燃料電池冷熱電三聯(lián)供應(yīng)用示范。廣闊前景背后，這些前沿技術(shù)路線正處于推動產(chǎn)業(yè)化“燃點”加快臨近的階段。
鈉離子電池
大規(guī)模商業(yè)化落地仍需時間
在儲能大賽場上，鈉離子電池被視為“分庭抗鋰”的“種子選手”。
“鈉電池原材料儲量豐富，區(qū)域分布均勻，安全性能相對較好。”中國能建廣東省電力設(shè)計研究院能源咨詢規(guī)劃院能源咨詢部部長文婷介紹，目前鈉離子電池能量密度向鋰離子電池靠近，被業(yè)界認(rèn)為是比鋰離子電池更具經(jīng)濟(jì)性的電池技術(shù)，也是保障國家資源安全和技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)先的一個技術(shù)方面。
相關(guān)利好政策也在不斷推出。今年1月發(fā)布的《關(guān)于推動能源電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》，明確提出加快鈉離子電池技術(shù)突破和規(guī)?；瘧?yīng)用。3月發(fā)布的《廣東省推動新型儲能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見》明確提到，“加快發(fā)展鈉離子儲能電池產(chǎn)業(yè)”以及“加速布局鈉離子電池領(lǐng)域”。
今年以來，中科海鈉、眾鈉能源、傳藝科技、孚能科技等企業(yè)密集發(fā)布鈉離子電池產(chǎn)品，同時提升了量產(chǎn)供貨能力和產(chǎn)業(yè)鏈配套能力。比亞迪、寧德時代等頭部電池公司也紛紛加快了鈉離子電池的“上車”步伐。
7月14日，鵬輝能源與青島北岸控股集團(tuán)簽訂5兆瓦/10兆瓦時鈉離子儲能電站示范項目合作協(xié)議，首次實現(xiàn)了鈉離子電芯在北方儲能電站的規(guī)模應(yīng)用。
鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化提速源于2021年碳酸鋰大規(guī)模漲價。近兩年來，鈉離子電池不斷取得技術(shù)突破。鵬輝能源儲能與動力電池研究院助理院長王康介紹，在層狀氧化物體系，開發(fā)高電壓體系，實現(xiàn)能量密度提升至150Wh/kg，循環(huán)壽命3000周以上;在聚陰離子體系，通過材料創(chuàng)新構(gòu)建高穩(wěn)定體系，循環(huán)壽命6000周以上，破解鈉電能量密度及循環(huán)壽命低的核心痛點。
不少人將2023年視作鈉離子電池的“量產(chǎn)元年”。但半只腳邁入“量產(chǎn)元年”的鈉離子電池境地似乎還有些“尷尬”。
“就整體行業(yè)來講，目前鈉電池正處于小規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化期，市場成熟還需要一定時間。對于大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化要求而言，需要安全可靠的產(chǎn)品性能、持續(xù)穩(wěn)定的供應(yīng)能力、良好的經(jīng)濟(jì)性，基于這三點要求，鈉電大規(guī)模應(yīng)用還有許多問題亟待解決。”王康說。
尚處在產(chǎn)業(yè)初期階段的鈉離子電池，其技術(shù)路線和市場定位還未明確。鈉離子電池負(fù)極材料基本是使用硬碳或軟碳等碳基材，正極材料有層狀過渡金屬氧化物、普魯士藍(lán)(白)類化合物、聚陰離子化合物三種主流技術(shù)路線，不同技術(shù)路線性能和成本差異較大。
綜合來看，目前鈉離子電池正極材料的各技術(shù)路徑均有企業(yè)布局，但最終誰能在市場站穩(wěn)，還要看各自技術(shù)何時能突破自身瓶頸，實現(xiàn)性能和成本的雙重優(yōu)勢。
當(dāng)前，受鋰電池原材料價格波動影響，鈉離子電池的性價比優(yōu)勢相對不夠顯著。不過，目前業(yè)內(nèi)企業(yè)仍有序推進(jìn)鈉離子電池相關(guān)技術(shù)研發(fā)。業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，雖然目前鈉離子電池產(chǎn)業(yè)尚未成熟，但這仍然是未來的發(fā)展趨勢。未來，引導(dǎo)鈉離子電池產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展應(yīng)在核心技術(shù)研發(fā)、低成本制備、規(guī)?；a(chǎn)業(yè)應(yīng)用等方面持續(xù)發(fā)力。
液流電池
最適合長時儲能的電池技術(shù)之一
珠海富山工業(yè)城，新型儲能項目緯景儲能“超G工廠”已經(jīng)竣工，經(jīng)過聯(lián)調(diào)聯(lián)試階段,開始試生產(chǎn)。“這是國內(nèi)同行業(yè)首個吉瓦級別的鋅鐵液流電池工廠，全面投產(chǎn)后年產(chǎn)能超過6吉瓦時。”緯景儲能副總裁谷雨介紹。
當(dāng)下，液流電池正在從儲能賽道的“邊緣”走向舞臺中央。
作為新型蓄電池，液流電池是一種利用某些元素(通常是金屬)氧化狀態(tài)下的能量差異來儲存或釋放能量的電化學(xué)轉(zhuǎn)換裝置。
在發(fā)展前景廣闊的新型儲能市場中，長時儲能未來占比有望逐步提高。由于安全性極高，儲能時長大于8小時，以及使用壽命超過20年等優(yōu)勢，在谷雨看來，液流電池更適合未來大量使用新能源的電網(wǎng)，也被視為最適合長時儲能的電池技術(shù)之一。
瞄準(zhǔn)長時儲能這一目標(biāo)，企業(yè)也紛紛“加碼”液流電池。緯景儲能、上海電氣、星辰新能、和瑞電投、永泰能源等多個長時儲能企業(yè)密集宣布規(guī)劃和建設(shè)生產(chǎn)線。
根據(jù)電化學(xué)反應(yīng)中活性物質(zhì)的不同，水系/混合液流電池又分為鐵鉻液流電池、全釩液流電池、鋅基液流電池、鐵基液流電池等。其中，全釩液流電池電解液為不同價態(tài)釩離子的硫酸溶液，是目前國內(nèi)示范項目規(guī)模最大的液流電池技術(shù)。
相比之下，緯景儲能選擇的鋅鐵液流電池技術(shù)則更為小眾。“像釩、鉻等金屬的成本非常高，超過鋅、鐵等常見金屬數(shù)倍，并且產(chǎn)能有限。”谷雨解釋道，“鋅基液流電池選取了鋅和鐵兩種儲備豐富、成本極低、價格波動平穩(wěn)的金屬進(jìn)行配對，因此鋅基液流電池本征安全，不燃不爆，可實現(xiàn)8小時以上的長時儲能，原材料儲備豐富、易獲取，通過規(guī)?；慨a(chǎn)可逐步降低液流電池的度電成本，提升配儲的使用率。”
當(dāng)然，液流電池也有其發(fā)展痛點所在。有觀點認(rèn)為，與更為成熟的鋰電池、鉛酸電池產(chǎn)業(yè)相比，國內(nèi)液流電池產(chǎn)業(yè)仍然處于商業(yè)化初期，目前液流電池的系統(tǒng)成本還有待降低，能量密度和功率密度還需進(jìn)一步提高。
對此，谷雨認(rèn)為，規(guī)范化和智能化生產(chǎn)是發(fā)展儲能的必由之路，也是支撐儲能產(chǎn)品迭代、推廣、持續(xù)降本、擴(kuò)大應(yīng)用規(guī)模的關(guān)鍵條件。“近年來我們在廣東、山東、江西、宜昌、福建都有布局智造工廠項目，推動鋅基液流電池產(chǎn)業(yè)化與規(guī)模化發(fā)展，這也為大幅降低成本夯實了基礎(chǔ)。”谷雨說。
SOFC
前景可觀但經(jīng)濟(jì)性可靠性有待提升
廣東惠州天然氣發(fā)電有限公司有個“特別”的設(shè)備間：設(shè)備間里整齊排放著6臺藍(lán)色箱柜，風(fēng)機(jī)、逆變器、電堆、換熱器、控制器等在里面運轉(zhuǎn)，不同顏色的管道分別把燃?xì)狻⑺ㄈ肫渲?，再?jīng)過高溫化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行發(fā)電。
這就是廣東能源集團(tuán)科技研究院與潮州三環(huán)以及惠州天然氣電廠合作開展的“210kW高溫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)研發(fā)與應(yīng)用示范項目”。該項目是國內(nèi)首個實現(xiàn)百千瓦級SOFC發(fā)電示范應(yīng)用的項目，整套設(shè)備交流發(fā)電凈效率高達(dá)64.1%，熱電聯(lián)供效率高達(dá)91.2%，且無氮氧化物等氣體排放。
作為新一代燃料電池技術(shù)，SOFC利用電化學(xué)反應(yīng)，使電子單向流動進(jìn)行發(fā)電，具有發(fā)電過程簡單高效、燃料來源廣(可使用氫氣、天然氣、沼氣、生物質(zhì)氣、焦?fàn)t氣、煤制氣等燃料)、可熱電聯(lián)供、綠色低排放等優(yōu)點，同時也是目前全球范圍內(nèi)發(fā)電效率最高的新能源技術(shù)路線。
廣東能源集團(tuán)研究院新業(yè)態(tài)中心工程師陳正鵬介紹，SOFC技術(shù)在冷熱電聯(lián)供、分布式能源、船舶電源、沼氣垃圾填埋氣發(fā)電、煤氣化發(fā)電等領(lǐng)域具備巨大的應(yīng)用前景，還能實現(xiàn)煤炭、天然氣等化石能源的高效清潔利用。
近幾年，SOFC發(fā)電技術(shù)相繼進(jìn)入我國發(fā)改委、工信部、能源局等發(fā)布的“能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計劃(2016-2030年)”以及“中國制造2025——能源裝備實施方案”等行動路線和發(fā)展規(guī)劃等專項任務(wù)。同時，SOFC發(fā)電技術(shù)也被列入國家、廣東省科技管理部門重點研發(fā)計劃專項支持。
與此同時，我國在SOFC基礎(chǔ)理論探索、材料研究、單電池及電堆研發(fā)與生產(chǎn)、系統(tǒng)集成方面取得了顯著的進(jìn)展。在SOFC關(guān)鍵材料的制備技術(shù)方面，國內(nèi)企業(yè)已經(jīng)接近世界先進(jìn)水平。同時也有數(shù)家企業(yè)掌握了大面積單電池量產(chǎn)技術(shù)。比如，潮州三環(huán)不僅是全球最大的SOFC電解質(zhì)隔膜供應(yīng)商，占全球市場80%，也是歐洲市場最大的SOFC單電池供應(yīng)商，累計發(fā)電79.8GWh。
乘著政策支持的東風(fēng)，今年以來，國內(nèi)一批SOFC企業(yè)加緊布局且在項目、產(chǎn)品、合作等方面取得進(jìn)展，SOFC產(chǎn)業(yè)化正“春潮涌動”。
濰柴動力發(fā)布全球首款大功率金屬支撐商業(yè)化SOFC;華清能源國內(nèi)首套商業(yè)化、全自主知識產(chǎn)權(quán)25kWSOFC熱電聯(lián)供系統(tǒng)產(chǎn)品下線;氫邦科技5kW固體氧化物電池CO2電解合成燃料綜合系統(tǒng)產(chǎn)品下線……
在國內(nèi)，SOFC尚處于技術(shù)研發(fā)示范早期階段，產(chǎn)業(yè)鏈配套尚不成熟，產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)性、可靠性都有待提升。
“SOFC實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化落地，目前主要瓶頸在于其成本高、壽命較短以及相對缺乏工業(yè)可靠性的驗證。”潮州三環(huán)深圳研究院院長陳爍爍說。
在電堆方面，國內(nèi)企業(yè)電池結(jié)構(gòu)設(shè)計、單電池組裝方面的能力還需提升，電池密封和連接體結(jié)合強(qiáng)度在長期運行中也存在不穩(wěn)定等問題，這在一定程度上影響了SOFC系統(tǒng)的使用壽命。此外，國內(nèi)從事輔助系統(tǒng)專業(yè)生產(chǎn)的企業(yè)較少，導(dǎo)致SOFC企業(yè)需要向外定制或自行研發(fā)，使SOFC生產(chǎn)成本大大提高。
“在SOFC商業(yè)化早期，可通過推廣和擴(kuò)大示范應(yīng)用規(guī)模，探索技術(shù)與市場的更多交集。給予適當(dāng)?shù)漠a(chǎn)業(yè)補貼和相關(guān)科技獎勵支持，也將有助于SOFC產(chǎn)品更早實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化。”陳爍爍建議，SOFC產(chǎn)業(yè)升級發(fā)展，仍需國家加大政策扶持力度，推動相關(guān)技術(shù)進(jìn)步。
南方日報記者 許寧寧 劉倩 昌道勵 李赫
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