锂电储能，新能源革命的必由之路

《联合国气候变化框架公约》第二十七次缔约方大会（COP27）刚刚在埃及沙姆沙伊赫落下帷幕。各国政要、民间组织、企业界人士每年都会像这样聚集在一起，探讨如何通过节能减碳实现人类社会的可持续发展。

要实现碳达峰和碳中和的“双碳”目标，用户侧的电气化和发电侧的清洁化是大势所趋，因此风能、太阳能等清洁能源的占比将大幅度提升。

与水电和火电相比，风能和太阳能的最大弱点是具有间歇性且不稳定，无法与用户需求节奏同步，给电网的长期稳定运行带来极大挑战。要想彻底解决这一问题，唯一办法就是利用储能系统。除了发电侧，储能系统在用户侧也可以发挥增容扛峰、节能电费、提升系统安全性等作用。

因此，无论全球还是中国，储能系统的市场规模都在快速增长，而锂电储能则成为市场主流。在能量密度、系统安全性等方面的技术进步，使得锂电池在储能方案中得到广泛应用，但仍有进一步技术创新的很大空间。

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光伏+储能的新能源体系正在形成

对于储能系统，普通人其实并不陌生，甚至时时都在使用它，因为可充电电池就是典型的储能产品。随着电动汽车的普及，电池的应用范围就更广了，容量也变得更大了。

不过由于产品特性和应用场景的差异，电动汽车所使用的电池通常被称为动力电池，与大规模储能电池是两类不同的产品。以宁德时代为例，其在动力电池和储能电池两个业务领域都有涉足。2022年上半年，其储能系统的营收增速达到171%。

市场研究公司的数据显示，2016-2020年全球储能市场装机量的年均增速为46%，2020-2027年预计为35%。到2025年，全球储能锂电池的装机规模有望达到174GWh，而2027年则将增长为212GWh。

在中国，锂电储能市场的增长速度更快。工信部的数据显示，2022年上半年全国储能锂电池产量达32GWh，同比增长113.3%。

储能市场的快速增长，是与光伏在新能源领域占比的增加相伴而生的。通过光伏来发电、利用锂电来储能，正在成为成熟的新能源体系。

2022年8月，工信部也发布了《关于推动能源电子产业发展的指导意见（征求意见稿）》，提出要通过“智能光伏+新型储能”模式，来推动我国能源电子产业的发展。为此，将推动完善光伏发电等价格形成机制，研究制定储能成本补偿机制；并培育一批国家级智能光伏示范项目，打造一批提供光储融合系统解决方案的标杆企业。

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储能系统的技术发展走向

自从有了能源，尤其是发明了电力之后，人类就一直在储能领域不断进行探索。目前可以应用的储能方式有很多种，最常见的是机械储能和电化学储能。

机械类储能的形式有抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能等。

在发电侧应用最多的是抽水蓄能，比如北京十三陵-莽山抽水蓄能电厂。其工作方式是在用电低谷时，利用过剩电力将水从低处抽到高处实现储能；在用电高峰时，则将高处的水回流发电。

在用户侧应用最多的则是压缩空气储能。很多高标准数据中心采用压缩空气储能来实现后备供电，一旦断电就可以通过释放压缩空气来发电，保证数据中心的正常运行。

电化学储能就是我们通常所说的电池储能，由于技术日益成熟，近年来成为储能市场的关注重点，并得到广泛应用。

常见的电池种类有铅酸电池、锂离子电池、钠硫电池、液流电池等，其中锂离子电池因兼具高的能量密度、高的功率密度与优异的循环稳定性，在储能系统中得到最为广泛的应用。

随着电动汽车保有量的增长，退役的动力电池也成为储能电池的一个来源。这有助于实现动力电池的梯次利用，并降低储能系统的投资成本，但能否成为成熟的商业模式，仍有待市场的检验。

此外，新兴电池技术，比如钠离子电池、钾离子电池和氢燃料电池等，因低廉的成本与丰富的资源，亦可望在储能市场占据一席之地。

从铅酸电池到锂电池的转变

此前被广泛采用的储能电池是铅酸电池。铅酸电池的电极主要由铅及其氧化物制成，电解液则是硫酸溶液，故此得名。铅酸电池的历史超过150年，但在储能系统中应用的缺陷明显：能量密度与功率密度低、环境污染。

储能系统近年能够快速兴起，在很大程度上得益于锂电池技术的进步。锂离子电池只有30年的历史，主要依靠锂离子在正极和负极之间可逆穿梭实现电能的储存与转换。相比铅酸电池，锂电池具有环保、高效、高能、占用空间小等优势，非常适合作为储能系统使用。

随着高镍方案、大模组CTP方案等技术的快速迭代，以及大规模生产，锂电池的成本不断下降。在过去10年里，锂电池的成本已经下降了88%，为广泛普及奠定了基础。

目前，锂电池的单体成本虽然是铅酸电池的4-5倍，但其比容量更高，并且可以实现100%的容量释放，此外展现了良好的倍率性能，而高倍率铅酸电池15分钟只能释放42%的电能。再加上锂电池无需电池组保护开关、电池架连接电缆，因此锂电池的TCO与铅酸电池相比差异并不大，而性能更为突出。

技术进步推动能量密度逐步提升

锂电池能够在储能系统中得到广泛应用，在很大程度上得益于其在能量密度方面的不断进步。CTP技术、高镍技术、富锂材料等技术突破，正在推动着锂电池性能的逐步提升。

CTP技术即电池到电池包（Cell To PACK），将电池直接集成到电池包中，省去了中间的模组架构（比亚迪模式）或者采用大模组（宁德时代模式），从而简化了电池包的结构，提高了空间利用率，将磷酸铁锂电池的能量密度提升到160Wh/kg。

高镍三元则是先进的正极材料技术。镍元素有助于提高比容量和能量密度，钴有助于提高电导率和倍率性能，高镍低钴化使得电池比容量提高。高镍三元锂电池的能量密度达到250Wh/kg，导入超高镍正极材料后可以超过300Wh/kg。

富锂材料被认为是面向未来的正极材料技术。其具有大比容量（≥250mAh/g）和高放电电压（3.8V），理论能量密度高达900Wh/kg。

不过，要实现大规模储能应用，锂电池仍存在诸多不足，包括价格偏高、锂资源匮乏、安全性需要进一步提升等。因此，改进锂电池技术、研发新型电池，仍非常必要。

在《关于推动能源电子产业发展的指导意见》中，工信部也提出要加强新型储能电池产业化技术攻关，推进先进储能技术及产品规模化应用，研究突破超长寿命高安全性电池体系、大规模大容量高效储能、交通工具移动储能等关键技术，加快研发固态电池、钠离子电池、氢储能/燃料电池等新型电池。

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安全性拉动用户侧储能市场

在发电侧和电网侧，锂电储能系统的价值比较容易理解，也得到了广泛应用。相比而言，用户侧储能市场，则受到了普遍的忽视，其实价值空间更大，未来成长机会也多。典型的用户侧储能场景包括：数据中心、通信基站、电动汽车充电站，甚至于家庭光伏储能等。

我们以数据中心场景为例来说明。数据中心是典型的耗能大户，而且随着数字经济的发展，数据中心的数量也越来越多。

储能系统可以给数据中心运营商带来节能减碳、增容抗峰、差价套利、改善电能质量等收益。在节能减碳方面，借助储能系统，数据中心可以充分利用自建或者外采的光伏和风能等绿色能源；在增容扛峰方面，在数据中心负载过大时，储能系统可以与电网一起为负载供电；在差价套利方面，则可以利用电网的峰谷电价差，来获得收益。

在锂电储能的数据中心应用中，安全技术的进步提供了重要保障。锂电子天然的活跃特性，使得其易燃易爆，虽然出故障比例不高，但一旦出现爆燃就难以控制，会危及整个数据中心。

如今，通过架构安全、电气安全、消防安全和系统安全，锂电储能的安全性得到很大提升。

在架构安全方面，将电池仓与电气仓、控制仓等实现物理隔离，避免一个仓的故障影响到整个系统。

在电气安全方面，四级主动关断、软硬件全面过流防护等，使得故障发生时及时关断，避免故障扩散。

在消防安全方面，实时感知储能系统环境状态。当探测到可燃气体时，主动排出避免聚集引发燃爆；灭火装置可以迅速喷出清洁气体，快速灭火，避免事故扩大。

在系统安全方面，内置的锂电池管理系统BMS, 则能够实时监控电芯电压、电流、温度等关键参数，对于过压、过流、过温及短路等异常工况提供双重保护。

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锂电储能的产业机会和模式创新

锂电储能系统需要的产品，不仅仅是锂电池，还包括很多相关产品、技术和方案。在其关联产品中，逆变器是最受关注的领域，成长速度很快。

我们通常见到的变压器是改变交流电的电压，或者将交流电转换成直流电。而逆变器则相反，是将直流电转换成交流电。最常见的逆变器是安装在汽车点烟器上的，将蓄电池电能转换成家用电器使用的交流电。

储能系统在放电时，也需要将直流电转换成交流电，这就需要逆变器来帮忙。逆变器包括集中式、组串式、微型和集散式等不同技术类型，其中组串式逆变器迎合了当下的分布式发展趋势，增速最快，整体市场占有率达到70%。

除了逆变器之外，GIS、AI、IOT等新兴数字技术，也在储能系统中得到广泛应用。对储能系统的数字化、统一化管理，将成为未来发展趋势。而储能技术自身，也仍在不断发展提高。

未来，随着锂电储能市场的进一步成长，可望涌现一些创新的商业模式。比如，产生细分领域的专业技术公司，专注于某个方面的技术突破；提供简单易用的整体储能方案，方便地部署在企业或者家庭；出现专业的储能运营服务商，为储能客户提供全生命周期服务等等。

整体而言，锂电储能仍然是一个新兴的市场领域。更多的技术突破、价值创造、模式创新，仍然等待着创业者去探索、去发现。

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