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悉成金融投资研究中心主任首席投资官张云虎:新型储能技术的未来展望

悉成金融投资研究中心主任首席投资官张云虎:新型储能技术的未来展望
2025-06-17 16:17:04 来源:今日热点网

新型储能制造业指的是为新型储能领域供应能量存储、信息处理、安全管控等相关产品的制造业集合。该行业主要聚焦于新型电池等蓄能产品以及各类新型储能技术,同时涵盖电源管理芯片、电力电子器件、热管理系统和能量控制装置等的生产制造。在众多技术路线中,以磷酸铁锂为主导的锂电池储能技术发展最为成熟,应用规模也最为广泛。尽管锂电池储能已在市场中占据一定地位,但仍面临诸多亟待攻克的难题。从成本角度来看,锂电池储能的成本依旧居高不下。相较于抽水蓄能等传统储能方式,锂电池储能的成本大约是前者的1.7倍,这在一定程度上影响了其在大规模储能应用中的经济可行性。在安全风险方面,锂电池储能仍存在安全隐患。近年来,国内外发生了多起储能电站安全事故,其中大部分事故涉及锂电池储能。能量密度提升方面,锂电池也面临挑战。目前主流的锂离子电池能量密度虽已达到250Wh/kg以上,但若想进一步提高,就需攻克材料、结构和工艺等方面的技术瓶颈。此外,随着新能源发电比例的不断提高,对长时储能的需求也日益迫切。然而,当前主流的锂电池在长时储能方面存在成本高、安全性差等问题,难以满足这一需求。

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钠电池和锂电池皆归属于电化学储能范畴,二者工作机制相近,均借助电能与化学能之间的相互转换来实现充电和放电过程。相较于锂电池储能,钠电池储能具备原材料储量充裕、开采便捷、成本低的优势,而且在低温环境下的性能表现更佳,在大规模储能领域展现出一定的发展潜力。然而,世间万物皆有利弊,钠电池同样如此。从当前的发展态势来看,钠电池在能量密度、循环寿命、倍率特性以及技术成熟度等方面存在一些短板或缺陷。首要问题便是能量密度偏低。钠电池的能量密度普遍低于锂电池,这主要是由于钠离子的半径大于锂离子,使得钠离子在电极材料中的嵌入与脱出过程相对艰难,进而对电池的能量密度产生了不利影响。其次,循环寿命较短。由于钠离子在电极材料中的迁移速率较慢,以及电极材料的结构变化复杂,钠离子电池的循环寿命相对较短。在实际应用中,这意味着钠离子电池可能需要更频繁地更换或维护,增加了使用成本。第三,倍率性能欠佳。倍率性能是指电池在不同充放电速率下的性能表现。钠离子电池在这方面的表现不如锂离子电池,特别是在高功率输出或快速充电时,其性能下降更为明显。第四,技术成熟度相对较低。虽然钠离子电池的研究和开发已经取得了一定的进展,但其整体技术成熟度仍然相对较低,目前市场上主流的仍然是锂电池,钠电池尚未大规模商业化应用。液流电池属于一种电化学能量转换装置,它借助特定元素(一般多为金属)在氧化态时所具有的能量差异,来实现能量的储存与释放。依据电极活性物质的差异,液流电池可划分为全钒液流电池、锂离子液流电池以及铅酸液流电池等类型。在当下国内众多示范项目中,全钒液流电池是应用规模最为庞大的电池技术,其电解液采用的是不同价态钒离子所构成的硫酸溶液。液流电池具备高容量的特性,能够很好地契合大规模蓄电储能的需求;同时,其安全性表现优异,液流电池系统主要采用水溶液作为电解质,不存在潜在的爆炸或起火风险;此外,液流电池还具有使用寿命长、灵活性高等突出优点。液流电池储能技术虽然具有诸多显著优势,但同样存在几大问题:能量密度相对较低,液流电池的能量密度通常低于传统的锂电池和固态电池。这意味着在相同体积或重量下,液流电池的储能容量较小,需要更大的空间来安装足够的电池堆栈以达到所需的功率和能量水平。初始成本较高,主要是由于其复杂的结构、材料以及生产和组装过程中的技术要求,尽管随着技术的发展和规模化生产,成本有望降低,但目前仍然是制约其广泛应用的一个重要因素。维护需求较高,液流电池系统需要定期维护和检查,以确保其正常运行和延长使用寿命,这包括电解液的管理、泵和管道的维护、电池堆的清洁等,较高的维护需求可能会增加运营成本和复杂性。技术完善程度尚需提升,尽管液流电池技术已取得了长足进步,但在部分领域依旧处于研发探索或示范应用的阶段。超级电容器储能技术,是借助超级电容器来实现能量存储的一种技术手段。超级电容器,也被称作超大容量电容器、双电层电容器,它是一种新型储能元件,处于传统电容器与电池之间。该元件具备功率密度大、充放电效率高以及循环使用寿命长等显著特点。其功率密度可达300W/kg至5000W/kg,远高于普通蓄电池的功率密度水平。超级电容器的充放电效率非常高,可达90%以上。更重要的是,超级电容器的循环寿命长达数十万次甚至上百万次,远超传统电池。超级电容器储能同样存在能量密度较低的问题,这意味着在相同体积或重量下,其储存的能量较少。另外,超级电容器储能还存在如下问题:电压限制,超级电容器的工作电压通常较低,限制了其在高压应用中的使用。电容值存在波动性,超级电容器的电容值会因温度、电压变化以及使用寿命长短等因素而产生一定起伏,这使得在一些对精度要求极高的应用场景里,超级电容器需要额外进行校准和精准控制。自放电现象明显,在长期存放过程中,其能量损耗速度较快。而且,超级电容器的成本偏高,尤其是高性能类型的产品,这在一定程度上阻碍了它的大规模推广应用。展望未来,若超级电容器要成为设备或系统的核心动力源,提升能量密度并降低成本是必然的发展趋势。

铅碳电池属于一种融合了传统铅酸电池技术与超级电容器技术的新型储能设备。它通过在负极区域添加活性碳材料,有效增强了电池的循环使用寿命以及性能的稳定性。这种技术层面的革新,促使铅碳电池在能量密度、功率密度以及充放电速率等方面均实现了优化提升,尤其在需要长时间储能以及对安全性要求颇高的应用场景中,展现出卓越的表现。铅碳电池作为一种储能技术手段,尽管具备自身独特的优势,然而也不可避免地存在一些缺陷或短板。体积大且重量重,铅碳电池的体积相对较大,重量也较重,这在一定程度上限制了其在移动设备上的应用;循环寿命较短,铅碳电池的循环寿命相比其他类型的电池较短,需要更频繁地更换,这增加了使用成本和维护难度;能量密度较低,意味着在相同的体积或重量下,铅碳电池能存储的电能较少;生产回收污染,铅碳电池的生产和回收过程中可能会产生一定的环境污染,需要采取相应的环保措施来减少影响。飞轮储能是一种利用高速旋转的飞轮将电能转换为机械能储存起来,并在需要时再将机械能转换回电能的储能技术。从技术角度而言,飞轮储能具有诸多优势。拥有高功率密度,能够在短时间内输出大量能量;具有长寿命周期,由于不涉及化学反应,飞轮储能系统的寿命长达数十年,且不受过充放电影响;高转换效率,飞轮储能能量转换效率可达90%左右,高于众多化学电池;绿色环保无污染,无排放,符合环保要求;快速响应,充放电速度快,可满足电网调频等快速响应需求。然而,飞轮储能也并非人们所想象的那样完美,它仍然存在诸多尚未克服的难点。成本较高,飞轮储能系统由于其复杂的机械结构和高速旋转部件的制造和维护,导致其成本较高;技术复杂度高,飞轮储能系统的设计和制造涉及多个学科领域的知识,如机械工程、电气工程、控制理论等,这使得其技术复杂性较高,需要专业的技术人员进行维护和管理;自放电率高,飞轮储能系统在不使用的情况下,储存的能量会逐渐减少,这可能会影响其在长时间储能应用中的效果,需要额外的能量补充机制来维持储能水平。总体而言,飞轮储能技术仍处于产业化初期阶段,在整个储能市场中占比还较小。后续需持续加大科研资金投入,着力攻克技术瓶颈,削减生产成本,以此增强在市场中的竞争力。压缩空气储能属于大规模物理储能技术范畴,其运作原理是在用电低谷时段,利用电能压缩空气并储存于高压密封装置中;待用电高峰时期,释放压缩空气以驱动汽轮机进行发电。作为一种物理储能技术,压缩空气储能具备诸多显著优势,例如储能规模大、储能周期长、能量转化效率可观、前期投资成本相对较低、选址不受过多限制、可实现模块化安装、启动迅速、安全且环保等。当前,压缩空气储能技术在国内尚处于产业化起步阶段,不过发展势头迅猛。随着技术的持续完善和市场的进一步开拓,压缩空气储能有望成为助力我国能源结构优化升级、达成碳达峰与碳中和目标的关键力量。

新一代人工智能(AI)技术将在新型储能产业领域开拓出更为宏大的应用版图,成为推动该产业迈向繁荣发展的全新动力源泉。应积极促进区块链、大数据、人工智能、5G等前沿信息技术在新型储能制造业的深度交融与全面应用,大力倡导基于数字孪生与人工智能技术开展新型储能安全预警技术的专项攻关。在技术研发范畴,人工智能技术可针对储能材料的特性开展更为精准的模拟与优化作业。通过构建复杂的算法模型,深入分析储能材料的微观结构与性能表现之间的关系,从而为储能材料的研发与改进提供科学依据。在储能安全运维环节,依托电池管理系统(BMS)、大数据等先进技术,对电池的运行状况进行实时跟踪与精准评估。利用主动安全技术,该技术能够敏锐捕捉储能系统早期故障的蛛丝马迹,并及时发出预警信号,这无疑是破解储能安全难题的关键所在,将有效提升储能系统的安全性和可靠性。除此之外,在光储场站的运营管理过程中,人工智能技术凭借其强大的数据分析与处理能力,能够精准预判各类相关状况,并据此制定出科学合理的应对策略,达成电源、电网、负荷和储能之间的动态平衡,进而显著提高整个系统的经济效益。钠离子电池技术当下正处于蓬勃发展的态势,在能量密度、循环寿命以及安全性能等核心指标方面取得了突破性进展,成功迈出了商业化应用的关键一步。预计到2025年,储能领域有望成为钠电产业实现大规模应用的重要突破口,钠离子电池产业化的“元年”或许就此开启。然而,我们也要关注到,目前锂电池价格不断下探,这一情况在一定程度上给钠离子电池的产业化进程带来了阻碍,延缓了其推进速度。唯有在锂电池的产能实现合理消化与有序出清之后,钠离子电池才真正具备大规模发展的契机。与此同时,固态电池在储能领域的应用部署正有条不紊地推进。在我国,多个固态、半固态电池储能项目已成功投运、开工建设并完成并网。固态电池凭借其高安全性、长使用寿命等突出优势,能够更好地满足大规模储能系统对稳定性和耐久性的高标准要求,在储能领域呈现出广阔的发展前景。新型储能即将从商业化初期阶段跨越至规模化发展阶段。随着各类新型储能技术的不断优化升级以及一系列相关政策的逐步落地实施,在现有的典型应用场景基础上,新型储能的应用将从电源侧与电网侧储能、用户侧储能这两个主要维度实现多元化延伸。具体来看,海上风电、海上光伏等新能源配套储能的应用场景,电动飞行汽车、电动飞机等低空经济领域相关的交通电动化应用场景,“光储充换检”一体化充换电站等车网互动应用场景,都将迎来全新的市场发展契机。相较于传统能源,光伏、风电等可再生能源存在间歇性和波动性等固有短板,在并网稳定性要求愈发严格的当下,光储的深度融合创新将步入快速发展轨道,光储供电也将在更广泛的领域和更多的场景中实现商业闭环,创造更大的价值。

随着电动车逐渐走进千家万户,普及程度越来越高,光储充一体化电站在国内各地纷纷拔地而起,犹如繁星点缀大地,实实在在地凸显出新型储能在车网互动等前沿创新模式中所起到的核心支撑作用。在技术不断迭代升级的大背景下,光储充一体化系统正朝着智能化与灵活化的更高层次迈进。依托人工智能和物联网技术,光储充系统能够实现对各项数据的实时监控、开展精准且深入的数据分析,并依据分析结果进行智能调度,从而显著提高发电和储能环节的效率。构网型储能是一种特殊的储能系统,它拥有构建和维持输出电压与频率稳定的能力,以电压源的特性稳定运行。当电网遭遇故障时,它能够主动站出来为电网提供有力支撑。该系统可以对电压、频率、功角等关键参数进行稳定控制,为新型电力系统的长期稳定运行保驾护航。展望未来,国内构网型储能的渗透率有望进一步提升,尤其是在西北地区,有望实现快速提升。压缩空气储能是一种极具发展潜力的新型储能手段。其原理是在电力供应充足时,利用压缩机将空气压缩并储存于特定的容器或地下洞穴之中。当电力需求上升时,释放压缩空气推动涡轮机发电。这种储能方式具备大规模储能的能力,且储能周期较长,适用于电网级别的储能应用场景。不过,该储能方式对地理环境的适配性要求严苛,需寻得合适的地下洞穴来存储压缩空气,这无疑在一定程度上阻碍了其大规模推广应用。与之不同,飞轮储能凭借快速响应以及高效能的特性,在部分特定领域彰显出别具一格的优势。它是借助高速旋转的飞轮来储存机械能,在需要用电时,能迅速将机械能转化为电能输出。飞轮储能尤其适用于对功率响应速度要求近乎苛刻的场景,像数据中心的不间断电源系统以及轨道交通的能量回收利用环节。然而,由于飞轮在持续旋转过程中会产生能量损耗,所以其储能时长相对有限。超导储能凭借其超快的响应速度以及极高的能量转换效率,吸引了众多科研人员的关注。它利用超导材料在低温环境下呈现零电阻的特性,达成电能的无损耗存储。但目前超导材料的制备成本居高不下,而且维持低温环境需要耗费大量能源,这使得超导储能在短期内难以达成大规模商业化应用。不过,随着材料科学的持续发展,未来有望攻克这些难题。超级电容储能则在短时间、高功率的储能需求场景中表现卓越。它是通过在电极与电解质界面形成的双电层来储存电荷,具备极短的充放电时间以及极高的功率密度。在电动汽车快速充电、城市轨道交通再生制动能量回收等领域,超级电容储能有着广阔的应用空间。不过,超级电容的能量密度相对偏低,这在一定程度上限制了其在大规模储能场景中单独使用。液流电池储能作为一种在大规模储能领域备受瞩目的技术,其原理是将电能转化为化学能,并存储在液态电解质溶液中,从而实现能量的长期储存。全钒液流电池和锌溴液流电池是其中的典型代表,它们具有容量和功率可独立设计、循环寿命长、安全性高等优点。但液流电池的成本较高,需要进一步降低成本以提高其市场竞争力。氢储能作为一种清洁、高效的储能方式,具有巨大的发展潜力。通过电解水将电能转化为氢气储存,在需要时通过燃料电池或燃烧发电将氢能转化为电能。氢储能不仅可以实现大规模、长时间的储能,还可以与氢能产业链相结合,推动氢能在交通、工业等领域的广泛应用。然而,目前氢储能面临着制氢成本高、氢气储存和运输困难等挑战,需要在技术创新和基础设施建设方面加大投入。重力储能作为一种新兴的储能概念,也在不断探索和发展中。通过提升重物的方式将电能转化为重力势能储存,在放电时重物下降驱动发电机发电。这种储能方式具有成本低、环境友好等优点,但目前仍处于技术研发和示范阶段。新型储能方式为解决能源领域的诸多挑战提供了丰富的可能性。虽然它们各自存在着优点和不足,但随着技术的不断进步和创新,这些新型储能方式有望在未来的能源体系中发挥重要作用,推动全球能源转型的进程,为我们创造一个更加清洁、高效和可持续的能源未来。

新型储能技术广泛涉及电化学储能、机械储能、化学类储能以及电磁储能等多个范畴。在电化学储能领域,像锂离子电池和液流电池这类技术,已然成为当下电力系统中主要的储能手段,具备技术成熟度高、发展态势迅猛的特征。机械储能包含压缩空气储能和飞轮储能等形式。压缩空气储能能够实现大规模、长时间的电能存储,为能源的稳定供应提供保障;飞轮储能则是借助电动机带动飞轮高速旋转来储存电能,它具有使用寿命长、无污染等优势,不过其成本相对而言偏高。化学类储能中的氢(氨)储能,以其清洁低碳、存储时长可观等特点,在大规模、长距离的能量储运方面凸显出明显优势,为能源的跨区域调配提供了新的可能。电磁储能方面,如超级电容储能和超导储能,在特定的应用场景中发挥着不可替代的作用。超级电容储能凭借其快速充放电的特性,在一些对响应速度要求极高的场景中表现出色;超导储能则以其超高的能量转换效率,吸引着科研人员的关注。目前,还有一些处于前沿探索阶段的技术,例如金属空气电池、水系电池、液态空气储能等,它们正处于研发进程之中,有望为新型储能技术的发展增添新的动力。新型储能技术具备卓越的能量转换效率,这极大地降低了能量在存储与释放过程中的损耗,进而提升了整个能源系统的运行效能。与传统储能方式相比,新型储能系统通常拥有更高的能量密度,能够储存更多的能源,从而实现更高效的能源输出。锂离子电池和液流电池等新型储能技术在这方面的表现尤为亮眼。新型储能技术还具有很强的适应性,能够在不同规模下得以应用。无论是家庭层面的储能系统,还是大型工业应用场景,甚至是电力网络级别的储能解决方案,新型储能技术都能完美适配。这种灵活性使得新型储能技术能够轻松应对各类应用场景,并可根据实际需求进行灵活调整。此外,这些新型储能技术能够提供稳定的能源供应,有效降低因天气等不可控因素导致的能源供应波动,从而增强电网的稳定性和可靠性,为能源的安全供应保驾护航。在电力需求高峰时段,储能系统能够释放预先存储的能源,减轻电网压力,确保电力供应的稳定无间。新型储能技术与可再生能源的结合使用,有助于降低对化石燃料的依赖,减少温室气体排放,为应对气候变化贡献力量。这种环保特性使新型储能技术在推动全球能源转型和实现可持续发展方面扮演着举足轻重的角色。随着技术的不断进步和规模化生产,新型储能技术的成本正在逐渐降低,使得它们在未来能源市场中更具竞争力。这一趋势无疑将推动储能技术的广泛应用,并进一步促进能源系统的持续健康发展。新型储能技术的研究和应用推动了材料科学、电化学、机械工程等多个领域的技术革新。这些创新不仅提升了储能技术的性能指标,还降低了其成本,为储能技术的普及和应用打下了坚实基础。储能技术的迅猛发展也带动了相关产业链的升级与转型。以锂离子电池为例,其产业的发展不仅推动了电池材料、电池制造、电池回收等环节的快速发展,还形成了完整的产业链体系。新型储能技术的应用不仅提升了能源系统的效率,还有助于节约能源成本,促进经济的可持续发展。同时,它也为相关产业链带来了新的商业机会和经济增长点。新型储能技术的应用为企业和消费者带来了显著的经济效益,通过降低能源成本和提高能源利用效率,进一步推动了能源市场的多元化和竞争化,为市场的健康发展注入了新的活力。同时,这种技术的广泛应用还具有深远的社会意义。构建分散式的储能体系,能够在区域供电出现中断或者遭遇灾害状况时,保障关键基础设施与服务得以持续运转。如此一来,能源供应的安全性将得到显著增强,为社会稳定以及民众的日常生活筑牢坚实根基。储能产业链可细分为三个至关重要的环节,分别是上游的原材料及设备供应、中游的储能系统集成与制造,以及下游的电力系统储能应用。在产业链上游,主要涉及正极材料、负极材料、电解液、隔膜和结构件等核心原材料的供给。这些原材料是储能系统得以正常运转的基础要素,其质量和供应稳定性直接影响着后续环节的开展。中游环节着重于储能系统的集成与生产制造,包含电池组、电池管理系统(BMS)、能量管理系统(EMS)以及储能变流器(PCS)等关键部件。这些部件相互协作,共同构成一个高效、稳定的储能系统,是储能产业链的核心部分。而产业链下游主要涉及工程EPC(工程总承包)、并网检测以及后续的运维服务。工程EPC负责储能项目的整体规划与建设;并网检测确保储能系统能够安全、稳定地接入电网;运维服务则保障储能系统在长期运行过程中的性能和可靠性。

新型储能技术在各类应用场景中均呈现出良好的盈利潜力,其收益模式的多元化为其开辟了极为广阔的市场前景。当下,国内储能模式主要可归结为三种类型:电源侧新能源配套储能、用户侧配置储能以及独立储能。接下来,我们将对这三种模式展开深度剖析,探寻其盈利路径,并结合典型案例,揭示新型储能在不同应用场景下的商业运作模式。在电源侧,储能的收益来源呈现多样化。其一,能够有效降低新能源弃风弃光现象,从而获取相应收益。新能源发电具有间歇性和波动性,储能系统可以储存多余的电能,在发电不足时释放,提高新能源的利用率。其二,通过为电网提供一次和二次调频辅助服务来获取收益。电网的频率稳定对于电力系统的安全运行至关重要,储能系统能够快速响应电网的频率调节需求,保障电网稳定。其三,可减少双细则考核费用。双细则考核对发电企业的运行指标有严格要求,储能系统有助于优化发电过程,降低考核成本。其四,利用电力市场交易中的峰谷差价进行套利。在电价低谷时储存电能,在电价高峰时释放,实现经济收益。在用户侧,储能主要充当可靠的应急保障电源角色,通过提升供电的可靠性和电能质量来创造收益。在一些对电力供应要求极高的领域,如重大国际国内活动保障、芯片制造、制药生产、化工工艺以及精密制造等工商业园区,还有县域光储直柔电力系统建设等场景,用户侧储能的应用潜力巨大。它能够在突发停电等情况下迅速提供电力支持,保障生产和生活的正常进行。独立储能电站是一种独具特色的储能模式,它具备直接受电网调度的条件,以独立市场主体的身份与电网公司签订并网协议。这种模式赋予了独立储能电站直接参与电力市场交易的资格,它可以通过与电网企业以及相关发电企业或电力用户签订合同,明确各方的权利和义务。此外,共享储能可看作是独立储能的一种创新商业模式。它通过对电网侧、电源侧、用户侧的分散储能资源进行优化整合,实现资源的统一调配和高效利用,提高储能系统的整体效益。


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