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文 | 能鏈研究院
盯住鋰電池儲(chǔ)能不足夠安全、時(shí)長較短這一點(diǎn)小“瑕疵”的，除了液流電池外，還有鉛炭電池。
(相關(guān)資料圖)
鉛炭電池并不是新鮮事物，如果說鉛酸蓄電池，很多人就不會(huì)感到陌生了。目前，大街上跑動(dòng)的兩輪電動(dòng)車、低速電動(dòng)車等絕大多數(shù)裝載的是這類電池。特點(diǎn)是成本便宜，相對(duì)安全，缺點(diǎn)是續(xù)航里程不高，但體積和質(zhì)量也能接受，適合在移動(dòng)的帶電量不高、需要頻繁充電的場(chǎng)景下應(yīng)用。但致命的問題是循環(huán)次數(shù)太低，固定型的只有300次，裝車的也只有500-800次。
青出于藍(lán)而勝于藍(lán)，作為鉛酸電池的升級(jí)版，鉛炭電池通過在負(fù)極材料里增加電容活性炭，算是“逆天改命”，擁有更安全、長時(shí)儲(chǔ)能的優(yōu)勢(shì)，能量密度、功率密度方面得到了優(yōu)化，讓其在儲(chǔ)能領(lǐng)域找到了用武之地。
兩個(gè)多月前并網(wǎng)的江蘇長強(qiáng)鋼鐵液冷用戶側(cè)儲(chǔ)能電站，采用的就是鉛炭電池。該電站項(xiàng)目規(guī)模為25.3MW/243.3MWh，由10個(gè)儲(chǔ)能單元構(gòu)成，是國內(nèi)用戶側(cè)單體最大的鉛炭電池儲(chǔ)能項(xiàng)目，儲(chǔ)能時(shí)長方面甚至超過了4-8小時(shí)的全釩液流電池，以預(yù)制艙戶外布置的形式建設(shè)而成，投運(yùn)后的年放電量高達(dá)5720萬度電。這也是國內(nèi)容量最大的采用組串式儲(chǔ)能系統(tǒng)的工商業(yè)儲(chǔ)能電站。
目前，在已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化落地的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)中，液流電池與鉛炭電池已成為繼鋰電池后兩股不可忽視的力量。
長時(shí)、安全，鉛炭電池的兩張王牌
任何新型儲(chǔ)能技術(shù)的脫穎而出，都有自己的兩把刷子。鉛炭電池主打的就是安全性、10小時(shí)的儲(chǔ)能時(shí)長和性價(jià)比足夠高，這三點(diǎn)已經(jīng)讓其有了立足之地。
鉛炭電池并沒有跟磷酸鐵鋰、三元鋰電池一樣，去搶電動(dòng)汽車的生意，也沒有替代磷酸鐵鋰小時(shí)級(jí)儲(chǔ)能的想法。畢竟未來新型電力系統(tǒng)需要的是不同時(shí)長、不同類別、適應(yīng)不同場(chǎng)景需求的儲(chǔ)能技術(shù)的最優(yōu)組合，不同技術(shù)路線的儲(chǔ)能系統(tǒng)，只要在經(jīng)濟(jì)性、安全性上能跑出來，就能擁有一席之地。
鉛炭電池是“混血兒”，屬于電容型鉛酸電池，通過在鉛酸電池的負(fù)極金屬鉛中摻入特種活性炭，解決了硫酸鹽化問題，避免了硫酸鉛結(jié)晶顆粒長大而失去充放電的可逆性，有了活性炭，衰減問題就化解了，循環(huán)性增強(qiáng)，電池壽命相比鉛酸電池可直接提高6倍，在大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域應(yīng)用就有了資格。
鉛酸電池的電化學(xué)反應(yīng)原理
而且功率密度也提升了3倍，可達(dá)300~400W/kg（接近鋰電池），充電速度快了8倍。這與鉛炭電池兼具鉛酸電池和超級(jí)電容器兩種技術(shù)有關(guān)，既有電容瞬間大容量放電的特性，又具備能量優(yōu)勢(shì)，可快速充放電。鉛炭電池的能量密度可以提升到40~60Wh/kg，高于當(dāng)下的液流電池，更不需要“攜帶”兩個(gè)大儲(chǔ)罐，這意味著體積和占地面積更小一些。而且鉛炭電池儲(chǔ)能柜的密度要求更低，1m就符合要求（鋰電池需要3m），可以更密集的方式堆疊，一定程度上彌補(bǔ)了能量密度較低的劣勢(shì)。
更關(guān)鍵的一點(diǎn)是，鉛炭電池的性價(jià)比很高，成本遠(yuǎn)低于鋰電池儲(chǔ)能的1.5元/Wh的一次性初始投資，僅為0.8-1元/Wh。當(dāng)然，如果與同為長時(shí)儲(chǔ)能的釩液流電池比較，兩者均剛剛跨過商業(yè)化的臨界線，且電解液等都有較高的回收率和成熟的回收工藝、技術(shù)，鉛炭電池的壽命只有5-8年左右，但好在成本低，單體電池容量更大，BMS成本低一些，后者的液流電池則可妥妥使用20年，但單瓦時(shí)的投建價(jià)格高。對(duì)比會(huì)發(fā)現(xiàn)，魚與熊掌很難兼得，但液流電池的成本高和體積大的缺點(diǎn)，其實(shí)并非硬傷，后期可以逐步改進(jìn)。
安全性是鉛炭電池的另一張王牌，由于沒有易燃物，溫升過程時(shí)間較長，同時(shí)與液流電池一樣，使用的是水性電解液（稀硫酸水溶液），不用擔(dān)心熱失控和燃料、爆炸問題。
玩家眾多，鉛炭電池頻頻落地項(xiàng)目
相比液流電池的姍姍來遲，鉛炭電池落地項(xiàng)目的時(shí)間更早。只不過，過去是零散項(xiàng)目稀稀落落，但自去年下半年以來，鉛炭電池儲(chǔ)能項(xiàng)目擴(kuò)產(chǎn)、中標(biāo)、投運(yùn)的消息不斷，行業(yè)關(guān)注度也得到了大幅提高。
從產(chǎn)業(yè)鏈角度看，鉛炭電池由于取自鉛酸電池，因此參與者多為鉛蓄電池領(lǐng)域的老牌選手，如天能股份、超微集團(tuán)、圣陽股份、南都電源、雙登集團(tuán)，采取的技術(shù)路線較為類似。他們?cè)阢U炭領(lǐng)域積淀多年，比如雙登集團(tuán)2009年就開始在電池材料、合金配制方面研究，還推出了1.2MWh的集裝箱方案，南都電源電池的循環(huán)性能已達(dá)到6000次以上，并已應(yīng)用在國內(nèi)多個(gè)儲(chǔ)能示范項(xiàng)目中，包括臨安2MWh、浙江鹿西島4MWh微網(wǎng)儲(chǔ)能、珠海萬山海島6MWh等。
天能股份也是重要的一位參與者，其鉛炭電池可以進(jìn)行大規(guī)模、高比例長時(shí)段儲(chǔ)能。早在2020年，天能就參建了10千伏雉城鉛炭電池儲(chǔ)能電站，這是當(dāng)時(shí)浙江省首批4個(gè)在建電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能項(xiàng)目。2022年12月，天能股份與太湖能谷簽署采購合作協(xié)議，未來三年內(nèi)將采購不低于30GWh的鉛炭電池電芯。而且在天能股份已投入和運(yùn)營的30多個(gè)儲(chǔ)能項(xiàng)目中，有超過20個(gè)以上為鉛炭電池。
除鉛蓄電池領(lǐng)域的巨頭們浸淫多年外，昆工科技算是跨界者，其在2021年11月就成立新能源子公司，將獨(dú)有的鋁基鉛合金板柵制備技術(shù)，用于大容量長時(shí)鉛炭儲(chǔ)能電池領(lǐng)域。今年7月25日，昆工科技年產(chǎn)2000萬KVAh新型鉛炭儲(chǔ)能電池項(xiàng)目開工，總投資24億元。
從去年開始，鉛炭儲(chǔ)能項(xiàng)目的投建開始加速。2022年5月，國家電投旗下吉電能谷在吉林白城投資的年產(chǎn)20吉瓦鉛炭電池產(chǎn)線開工建設(shè)；同年9月，昆工科技發(fā)布公告，將在云南曲靖投資建設(shè)年產(chǎn)10吉瓦的鉛炭電池項(xiàng)目；今年三月，國家電投煤山用戶側(cè)共享儲(chǔ)能項(xiàng)目一期工程EPC總承包公開招標(biāo)，建設(shè)規(guī)模達(dá)5.04MW/48.66MWh，選擇的也是鉛碳電池技術(shù)路線；2023年4月，投資100億元的內(nèi)蒙古察右中旗與太湖能谷簽約鉛炭儲(chǔ)能電站項(xiàng)目，裝機(jī)高達(dá)10GWh。
大容量、長時(shí)是已投運(yùn)鉛炭儲(chǔ)能項(xiàng)目的兩大特征。目前，單體裝機(jī)規(guī)模超過100MW的鉛炭儲(chǔ)能電站很普遍，甚至有超過1GW裝機(jī)的項(xiàng)目。
并駕齊驅(qū)，鉛炭電池與液流電池共舞
今年上半年，國內(nèi)新型儲(chǔ)能投運(yùn)裝機(jī)量大爆發(fā)，半年增長了過去10年的總和，總裝機(jī)功率接近20GW，預(yù)計(jì)今年有望新增16GW。其中，鉛炭電池的增量僅次于液流電池。目前，鉛炭電池儲(chǔ)能裝機(jī)容量占全部電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)的10%左右，如果按功率計(jì)算，則有不到3%的市占率，與液流電池的份額不相上下。
無論是液流電池還是鉛炭電池，都在頂層及各地方省市相關(guān)儲(chǔ)能支持政策中有“露面”，與支持和鼓勵(lì)新型儲(chǔ)能多技術(shù)路線發(fā)展的導(dǎo)向保持了一致性。
今年8月22日，工信部、國家發(fā)改委、商務(wù)部三部門印發(fā)《輕工業(yè)穩(wěn)增長工作方案（2023—2024年）》，方案要求大力發(fā)展高安全性鋰電池、鉛炭電池、鈉電池等產(chǎn)品，擴(kuò)大在新能源汽車、儲(chǔ)能、通信等領(lǐng)域應(yīng)用，鉛炭電池赫然在列。
2022年初，國家《“十四五”新型儲(chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案》也明確，開展包括鉛炭電池、鈉離子電池、新型鋰離子電池、液流電池、壓縮空氣、氫（氨）儲(chǔ)能、熱（冷）儲(chǔ)能等關(guān)鍵核心技術(shù)、裝備和集成優(yōu)化設(shè)計(jì)研究與應(yīng)用落地，支撐構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能高質(zhì)量規(guī)模化發(fā)展。
中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所張華民認(rèn)為，憑借充電接受能力強(qiáng)、安全可靠、制造成本低等優(yōu)勢(shì)，在可再生能源廣泛利用和儲(chǔ)能市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大的背景下，鉛炭電池將成為繼鋰離子電池、液流電池之后，儲(chǔ)能電池的又一發(fā)展方向。
不僅僅能滿足長時(shí)儲(chǔ)能需求，高安全性是鉛炭電池、液流電池在某些場(chǎng)景下替代鋰電池儲(chǔ)能的重要考量因素。出于安全考慮，鉛炭電池可以在人員密集區(qū)、?；瘓?chǎng)所、建筑地下空間、數(shù)據(jù)中心、電力設(shè)施等對(duì)安全性要求極高的場(chǎng)景下配置。這時(shí)，鋰電池可能會(huì)受到限制。
未來，新型儲(chǔ)能領(lǐng)域?qū)⑹前倩R放的格局，有滿足長時(shí)儲(chǔ)能需求的，有強(qiáng)調(diào)功率響應(yīng)能力的，也有主打安全等特殊場(chǎng)景。鋰電池、壓縮空氣、液流電池、鉛炭電池處于已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用的第一梯隊(duì)，后續(xù)裝機(jī)量的快速增長不成問題。但最終誰能拿到最大的市場(chǎng)份額，就要看能量密度、安全性、溫度適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性、循環(huán)次數(shù)等方面的持續(xù)進(jìn)化能力了。
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