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前言
储能技术的不断发展,为实现可再生能源的高效利用、提升电网稳定性以及满足多元化的能源需求提供了关键支撑。以下是储能行业的主要技术发展趋势。
一、钠离子电池储能技术
钠离子电池储能技术是近年来兴起的一种储能技术,具有较大的发展潜力。钠离子电池与锂离子电池的电化学机理相似,都是通过电能和化学能的相互转化完成充电、放电过程。在充电时,钠离子从正极材料中脱出,经过电解质嵌入负极材料;放电时则相反,钠离子从负极脱出,回到正极,从而产生电流。
钠离子电池储能系统具有原料自主可控、安全性好、耐低温和潜在降本空间大等多项优点。钠离子电池主材料为钠盐,相比于锂资源,具有原材料储量丰富、易于提取、成本低廉、自主可控等优势。在电池性能方面,钠离子电池的工作原理与锂离子电池相似,其在能量密度和循环寿命方面不及锂离子电池,但具有更高的安全性和优异的高低温性能。
钠离子电池存在多种技术路线,整体处于量产验证和小规模交付阶段,产业链上下游构建尚不完善,实际生产成本高于锂离子电池。钠离子电池目前存在多种技术路线,依据正极材料的不同分为过渡金属氧化物、普鲁士蓝/白化合物、聚阴离子化合物三种,目前层状金属氧化物路线发展相对较快。
由于尚无主流的技术路线出现,钠离子电池上游各原材料的产能尚处于建设阶段,行业内整体产量较小,无法充分形成规模效应,导致其实际生产成本较当前的锂电子电池偏高。锂价的下行对钠离子电池的发展形成了一定的挤压,压缩了钠离子电池的市场空间,但长远看钠离子电池独特的物理特性和潜在的降本空间使其仍是极具潜力的新型储能技术之一。
二、构网型储能技术
构网型储能技术是一种新型的储能技术,对于提高电力系统的稳定性、可靠性和灵活性具有重要意义。
构网型储能本质上是一个含内阻且幅值和相位均受控制的电压源。通过对其输出电压的幅值和相位进行精确控制,能够实现与电网的有效连接和互动,在电网不稳定或断电时,将化学能转化为电能,为电网提供稳定的电力支持。
构网型储能系统外部特征表现为电压源,采用与同步发电机类似的功率同步策略,可并网或离网运行,能够确保电网的稳定性和安全性,帮助解决电网调峰调频能力不足、电压稳定裕度低、暂态过电压、宽频振荡等问题。构网型储能系统则更适合于新型电力系统,尤其是在新能源比重较高、电网稳定性较差的地区。
西北区域构网型储能系统需求迫切。我国西北地区风光资源丰富,已建设大量的新能源发电基地,但本地用电需求低,电网架构相对薄弱,对构网型储能有迫切需求。国家能源局《关于做好新能源消纳工作保障新能源高质量发展的通知》,提到在西北网架结构薄弱的区域,应用构网型新能源,以提高区域电网新能源发电接纳率。
三、高压级联技术
高压级联技术是一种在储能系统中应用的拓扑结构技术,它的主要工作原理是:高压级联技术通过多个储能单元构成一套大功率、大电流的储能系统,将电池组通过模块级联的方式,使输出接入高压交流系统,实现高压直流电到交流电的转换,省去了传统储能系统中的变压器环节。
在结构方面,这种级联结构可以灵活地根据实际需求进行扩展和调整,以满足不同功率和容量的要求。多个储能单元串联,使得系统能够承受较高的电压,并且每个储能单元都可以独立控制,提高了系统的可靠性和稳定性。
高压级联式方案具备效率高、容量衰减低、响应时间快、安全性高等优势,更适配于大型长时储能系统。高压级联技术具备多项优势:
(1)在直流侧将电池直接接入变流器,无需升压变压器,效率比常规储能系统高2%~2.5%,节省5%~6%的PCS成本;
(2)参与构网时无需低压储能的变压器,不存在变压器高压侧和低压侧(PCS交流输出)构网性能差异问题;
(3)储能系统无电芯/电池簇并联运行,不存在短板效率,改善容量衰减问题,提高循环寿命;
(4)每三相为一组控制单元,缩短了储能系统的响应时间。
高压级联技术的特点充分适配长时储能、构网型储能的要求,未来有望成为新能源电站储能、独立储能的主流技术。高压级联技术要求高,目前还处于技术发展和推广期,整体渗透率低。未来伴随着我国新能源渗透率不断提升,对储能的要求逐步提高,长时储能、构网型储能占比将显著提升,高压级联技术有望成为未来的主流技术之一。