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更新時(shí)間：2019-06-04 09:15:12瀏覽次數(shù)：457
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| 應(yīng)用領(lǐng)域 | 電氣 | 主要用途 | UPS專用 |
LEADER蓄電池CT24-12 12V24AH水利發(fā)電,！
鉛炭性價(jià)比優(yōu)勢(shì)顯著，市場(chǎng)前景看好,。鉛炭技術(shù)可將普通鉛酸電池的3-4倍,，循環(huán)壽命提升至其6倍,，充電速度可提高8倍，而其生產(chǎn)成本僅比普通鉛酸電池增加30-40%,，性價(jià)比*,。當(dāng)前鉛蓄電池行業(yè)已形成“原料-生產(chǎn)-應(yīng)用-回收”循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈，鉛炭?jī)?chǔ)能技術(shù)以此為依托,，已在多領(lǐng)域初步實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用,，市場(chǎng)前景看好。
鋰電產(chǎn)業(yè)發(fā)展快,，成本下降推動(dòng)儲(chǔ)能應(yīng)用,。鋰電電芯產(chǎn)業(yè)規(guī)模超2000億，未來(lái)仍將保持高速增長(zhǎng),。近三年來(lái)鋰電池成本已下降50%以上,。當(dāng)前主流鋰電池廠商產(chǎn)能仍在高速擴(kuò)張，伴隨電極技術(shù)進(jìn)步和動(dòng)力電池梯次利用,，預(yù)計(jì)未來(lái)5年鋰電池成本仍將保持15-20%年降幅,，鋰電儲(chǔ)能成本也將進(jìn)入商業(yè)化區(qū)間。
鋰電技術(shù)是電化學(xué)儲(chǔ)能主流,。鋰電儲(chǔ)能在多種應(yīng)用領(lǐng)域都具有技術(shù)經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì),，目前相關(guān)項(xiàng)目裝機(jī)規(guī)模約占總?cè)萘康?0%，遠(yuǎn)超其他儲(chǔ)能技術(shù),。儲(chǔ)能應(yīng)用更注重安全性,、循環(huán)壽命和成本，當(dāng)前磷酸鐵鋰,、鈦酸鋰技術(shù)較為適用,，未來(lái)*負(fù)極技術(shù)、電解質(zhì)技術(shù)將成循環(huán)壽命提升關(guān)鍵,。
液流電池體系繁多,，全釩、鋅溴是主流,。液流電池循環(huán)性能好,，容量和功率可獨(dú)立調(diào)節(jié)，適合規(guī)?；瘍?chǔ)能,。國(guó)內(nèi)全釩體系研究較多，但隔膜依賴進(jìn)口導(dǎo)致成本偏高,。鋅溴成本相對(duì)低,，技術(shù)仍受國(guó)外壟斷。單液流電池?zé)o需隔膜,，是未來(lái)液流電池技術(shù)發(fā)展的新方向,。
鈉硫儲(chǔ)能性能好,，國(guó)內(nèi)短期難推廣。鈉硫電池在國(guó)外已有較成熟應(yīng)用,，但核心技術(shù)受日本壟斷,，國(guó)內(nèi)短期難以推廣。由于其工作溫度較高,，安全性方面也存在一些隱患,。
*標(biāo)的：杉杉股份、國(guó)軒高科,、科陸電子
受益標(biāo)的：南都電源,、圣陽(yáng)股份、猛獅科技,、雄韜股份,、協(xié)鑫集成
風(fēng)險(xiǎn)提示：儲(chǔ)能尚處于行業(yè)初期，發(fā)展進(jìn)度或不達(dá)預(yù)期,。
正文
1儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展加速，電化學(xué)技術(shù)百家爭(zhēng)鳴
電化學(xué)電池技術(shù)是當(dāng)前儲(chǔ)能行業(yè)一大增長(zhǎng)點(diǎn),。截至2016年底,，電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模達(dá)1756.5MW，近5年復(fù)合增長(zhǎng)率27.5%,。我國(guó)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)起步相對(duì)較晚,，經(jīng)過(guò)十多年發(fā)展，目前正從小規(guī)模研究示范向商業(yè)化初期過(guò)渡發(fā)展,。2016年我國(guó)化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)量為189.4MW,，同比增長(zhǎng)達(dá)79.5%。與其他儲(chǔ)能方式相比,，電化學(xué)儲(chǔ)能具有設(shè)備機(jī)動(dòng)性好,、響應(yīng)速度快、能量密度高和循環(huán)效率高等優(yōu)勢(shì),，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外儲(chǔ)能研究的熱點(diǎn),。
儲(chǔ)能電池種類多，性能特點(diǎn)各不同,。當(dāng)前主流電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)有*鉛酸電池,、鋰離子電池、液流電池和鈉硫電池等,，其性能特點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)性各不相同,，目前尚未有某一種技術(shù)能夠*循環(huán)壽命、可規(guī)?；?、安全性,、經(jīng)濟(jì)性和能效五項(xiàng)儲(chǔ)能關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。鉛炭電池,、鋰電池是當(dāng)前發(fā)展較快,、有望*帶動(dòng)儲(chǔ)能商業(yè)化的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)。
表1：主流電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)性能比較
數(shù)據(jù)來(lái)源：《儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)研究2016》,，國(guó)泰君安證券研究
2鉛酸老樹(shù)發(fā)新枝,，鉛炭?jī)?chǔ)能步入商業(yè)化初期
鉛蓄電池歷史悠久，技術(shù)革新拓展儲(chǔ)能應(yīng)用,。鉛蓄電池自1859年發(fā)明以來(lái)已具有150多年歷史,。時(shí)至今日，傳統(tǒng)鉛酸蓄電池憑借其安全可靠,、容量大,、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，在二次電源應(yīng)用領(lǐng)域仍具有穩(wěn)固的地位,。近年來(lái),，以鉛炭電池為代表的新興鉛酸技術(shù)的出現(xiàn)，大大彌補(bǔ)了傳統(tǒng)鉛酸電池比能量低,、壽命短等缺點(diǎn),，使其在大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用成為可能。目前鉛蓄電池行業(yè)已具備較為成熟的技術(shù)體系和產(chǎn)業(yè)鏈,，*鉛酸電池受益于相對(duì)較低的生產(chǎn)成本,，有望*在大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)商業(yè)化。
圖2：鉛蓄電池行業(yè)已形成“原料-生產(chǎn)-應(yīng)用-回收”循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈
數(shù)據(jù)來(lái)源：國(guó)泰君安證券研究
表2：*技術(shù)增強(qiáng)鉛酸電池活力
數(shù)據(jù)來(lái)源：《我國(guó)儲(chǔ)能電池技術(shù)的主要進(jìn)展》,國(guó)泰君安證券研究
鉛炭電池是當(dāng)前*鉛酸技術(shù)發(fā)展的主流方向,。鉛炭技術(shù)的核心是在負(fù)極引入活性炭,，使電池兼具鉛酸電池和超級(jí)電容器的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)可有效抑制普通鉛蓄電池負(fù)極不可逆硫酸鹽化的問(wèn)題,，使其大電流充放電性能和循環(huán)壽命得到顯著提升,。測(cè)試評(píng)估結(jié)果顯示，同等工作狀況下鉛炭電池的放電功率是普通鉛酸電池的3-4倍,，循環(huán)壽命提升至其6倍,，充電速度可提高8倍，而其生產(chǎn)成本僅比普通鉛酸電池增加30-40%,。當(dāng)前鉛炭技術(shù)研究的重點(diǎn)在于鉛炭負(fù)極的作用機(jī)理,、炭材料的選擇和抑制析氫等問(wèn)題上。美國(guó)ALABC,、AxionPower,，日本Furukawa，澳大利亞CSIRO，法國(guó)CEA-INESD等公司和機(jī)構(gòu),，都在積極從事相關(guān)方面的研究和開(kāi)發(fā),。南都電源是國(guó)內(nèi)鉛炭電池開(kāi)發(fā)和推廣的企業(yè)，其產(chǎn)品和技術(shù)已在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)形成一定競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),。
圖3：鉛炭電池結(jié)構(gòu)示意圖
數(shù)據(jù)來(lái)源：《鉛酸電池技術(shù)原理》
圖4：*鉛酸儲(chǔ)能系統(tǒng)在電網(wǎng)中應(yīng)用廣泛
數(shù)據(jù)來(lái)源：《*鉛炭電池儲(chǔ)能技術(shù)》
表3：鉛炭技術(shù)發(fā)展歷程
數(shù)據(jù)來(lái)源：《*鉛炭電池儲(chǔ)能技術(shù)》,國(guó)泰君安證券研究
鉛炭?jī)?chǔ)能步入商業(yè)化初期,，市場(chǎng)空間大。以南都電源為例,，目前公司已在國(guó)內(nèi)投運(yùn)鉛炭?jī)?chǔ)能項(xiàng)目48個(gè),，總規(guī)模242MWh，已簽署儲(chǔ)能商用儲(chǔ)能電站項(xiàng)目約1000MWh,，系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于調(diào)峰調(diào)頻,、風(fēng)光儲(chǔ)、用戶側(cè)儲(chǔ)能等領(lǐng)域,，具有廣闊的商業(yè)化前景,。與鋰電池等其他主流電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)相比，鉛炭電池的成本僅為其三分之一,，短期性價(jià)比優(yōu)勢(shì)仍然顯著,。*來(lái)看，鉛炭電池在循環(huán)壽命,、環(huán)境影響等方面仍具有一定局限性,，預(yù)計(jì)未來(lái)其他電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展和成本的進(jìn)一步降低將對(duì)其市場(chǎng)空間構(gòu)成一定挑戰(zhàn)。
表4：鉛炭?jī)?chǔ)能已在多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用
數(shù)據(jù)來(lái)源：《南都儲(chǔ)能電站商業(yè)化模式介紹》,國(guó)泰君安證券研究
3液流電池多體系并存,，全釩、鋅溴是主流
液流電池種類繁多,，功率容量可調(diào),。液流電池主要通過(guò)氧化還原電對(duì)在惰性電極上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)完成能量?jī)?chǔ)存于釋放。其大特點(diǎn)在于電池輸出功率和容量相互獨(dú)立,，可分別通過(guò)改變電池模塊大小,、電解液濃度和體積實(shí)現(xiàn)獨(dú)立設(shè)計(jì)。同時(shí)液流電池具有充放電性能好,、循環(huán)壽命長(zhǎng)的特點(diǎn),，適合大規(guī)模儲(chǔ)能應(yīng)用。目前較為成熟的液流電池體系有全釩,、鋅溴,、鉻鐵、多硫化鈉-溴等雙液體系,。其中全釩,、鋅溴電池由于不存在正負(fù)極電解液交叉污染問(wèn)題，發(fā)展尤為迅速。此外,，近年來(lái)開(kāi)始發(fā)展的鋅鎳單液體系也具有其*優(yōu)勢(shì),。
圖5：雙液流電池工作原理示意圖
數(shù)據(jù)來(lái)源：國(guó)泰君安證券研究
圖6：?jiǎn)我毫麟姵毓ぷ髟硎疽鈭D
數(shù)據(jù)來(lái)源：國(guó)泰君安證券研究
表5：液流電池體系繁多
數(shù)據(jù)來(lái)源：國(guó)泰君安證券研究
全釩液流電池是目前研究和應(yīng)用較廣泛的液流電池技術(shù)。全釩體系正負(fù)電極電對(duì)分別為VO2+/VO2+,、V2+/V3+,，其主要優(yōu)勢(shì)在于電解液無(wú)交叉污染、無(wú)自放電,、*性好,，且循環(huán)壽命極長(zhǎng)。目前范圍內(nèi)共安裝有40-50套釩電池系統(tǒng),，其研發(fā)和制造企業(yè)主要包括日本住友電工SEI,、大連融科、北京普能,、美國(guó)UniEnergyTechnologies等,。其中融科儲(chǔ)能于2016年開(kāi)始投建的200MW/800MWh大連液流電池儲(chǔ)能調(diào)峰電站*項(xiàng)目，是目前世界上大的化學(xué)儲(chǔ)能調(diào)峰電站,。
高成本是制約全釩液流電池商業(yè)化的主要因素,。當(dāng)前全釩系統(tǒng)成本約在4500-6000元/kWh，遠(yuǎn)高于鉛炭,、鋰電等電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù),，主要原因是離子交換膜、電解液等材料成本較高,。目前離子交換膜很大程度依賴進(jìn)口,，價(jià)格約為5000元/平方米，國(guó)產(chǎn)價(jià)格也高達(dá)1000元/平方米,。同時(shí)釩電池體積密度低,，電解液使用量很大，導(dǎo)致同規(guī)模下電池總成本較高,。目前液流電池產(chǎn)業(yè)鏈尚未完善,，未來(lái)成本下降將依賴于離子交換膜國(guó)產(chǎn)化、提高釩離子溶解度,、提高電流密度等方向的研究,。
圖7：全釩液流電池關(guān)鍵技術(shù)
數(shù)據(jù)來(lái)源：《全釩液流電池》,國(guó)泰君安證券研究
鋅溴體系成本低，材料配件受壟斷,。鋅溴液流電池結(jié)構(gòu)與全釩體系類似,，其正負(fù)極電對(duì)為Br/Br-、Zn/Zn2+,兩種元素均豐富易得,。其結(jié)構(gòu)部件主要采用價(jià)格低廉的塑料,，不含貴金屬,，成本較低。隔膜材料主要是鋰電池,、鉛酸電池類似的微孔膜,，價(jià)格相對(duì)便宜，僅為50-100元/平方米,。同時(shí)其體積能量密度也相對(duì)高,，總體系統(tǒng)成本僅為全釩液流電池的一半，因而受關(guān)注度較高,。鋅溴電池在技術(shù)層面的主要問(wèn)題在于溴的強(qiáng)腐蝕性,，其材料技術(shù)和配件生產(chǎn)仍在一定程度上受到美、日等國(guó)家的壟斷,。目前我國(guó)從事相關(guān)研發(fā)的企業(yè)主要有安徽美能,、北京百能等。
鋅鎳單液體系開(kāi)拓液流電池發(fā)展新道路,。鋅鎳單液流電池是防化研究院2007年提出的一種新型液流電池,，其特點(diǎn)是正負(fù)極反應(yīng)使用同一電解液，無(wú)需離子交換膜,，從而大大降低了生產(chǎn)成本并簡(jiǎn)化了電池設(shè)計(jì),。由于使用堿性電解液，電池*抗腐蝕能力較好,。經(jīng)試驗(yàn),，電池在1000次循環(huán)后能量效率達(dá)到86%，優(yōu)于一般雙液流電池,。目前這類電池尚處于研發(fā)試驗(yàn)階段,，除國(guó)內(nèi)部分機(jī)構(gòu)外，日本,、美國(guó)也已開(kāi)始相關(guān)研究,。
圖8：鋅鎳單液流電池單體（左）與電池組（右）
數(shù)據(jù)來(lái)源：《液流電池儲(chǔ)能技術(shù)》
4鈉硫電池技術(shù)受壟斷，國(guó)內(nèi)短期難以推廣
鈉硫電池性能好,，國(guó)外應(yīng)用較成熟。鈉硫電池以單質(zhì)硫和金屬鈉為正負(fù)極,，β-氧化鋁陶瓷為電解質(zhì)和隔膜,，其工作溫度在300-350攝氏度之間，具有能量密度高,、功率特性好,、循環(huán)壽命長(zhǎng)、成本相對(duì)低等優(yōu)點(diǎn),。目前范圍內(nèi)已建成200多座鈉硫電池儲(chǔ)能電站,，其規(guī)模約占電化學(xué)儲(chǔ)能總裝機(jī)量的30-40%，僅次于鋰離子電池。日本NGK公司是具有大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)鈉硫電池能力的企業(yè),，其年產(chǎn)能約150MW,。
圖9：鈉硫電池原理結(jié)構(gòu)示意圖
數(shù)據(jù)來(lái)源：《鈉硫電池研究分析》
鈉硫電池成本和安全性有待優(yōu)化。鈉硫電池系統(tǒng)成本約為2000-2500元/千瓦時(shí),，相對(duì)大部分儲(chǔ)能技術(shù)都較低,，但離大規(guī)模商業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)仍有距離。此外,，由于電池使用液態(tài)鈉且在高溫下運(yùn)行,，一旦陶瓷電介質(zhì)發(fā)生受損破裂形成短路，將引發(fā)電池燃燒產(chǎn)生重大安全事故,。2011年NGK公司系統(tǒng)曾在客戶方發(fā)生燃燒,，加重了市場(chǎng)對(duì)該技術(shù)安全性方面的顧慮。
國(guó)內(nèi)鈉硫研制起步晚,，短期推廣難,。國(guó)內(nèi)鈉硫電池研發(fā)工作起步較晚，目前主要由上海硅酸鹽所承擔(dān),，目前已研制成功100kW級(jí)儲(chǔ)能系統(tǒng),。但與日本NGK技術(shù)相比，國(guó)內(nèi)鈉硫技術(shù)仍有15-20年差距,，短期難以商業(yè)化推廣,。
圖10：鈉硫電池制備工藝流程
數(shù)據(jù)來(lái)源：《若干電池前沿問(wèn)題及未來(lái)電池發(fā)展方向》,國(guó)泰君安證券研究
5鋰電產(chǎn)業(yè)發(fā)展快，成本下降推動(dòng)儲(chǔ)能應(yīng)用
鋰離子電池應(yīng)用廣,，動(dòng)力鋰電需求拉動(dòng)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展,。鋰離子電池由正負(fù)電極、隔膜,、電解液組成,，具有能量密度大、工作溫度范圍寬,、無(wú)記憶效應(yīng),、可快速充放電、環(huán)境友好等諸多優(yōu)點(diǎn),，目前已廣泛應(yīng)用于各類電子產(chǎn)品,、新能源車和電化學(xué)儲(chǔ)能等領(lǐng)域。近年來(lái)鋰電產(chǎn)業(yè)受下游新能源車動(dòng)力電池需求增長(zhǎng)拉動(dòng),，規(guī)模和技術(shù)發(fā)展尤為迅速,，目前已有動(dòng)力電池企業(yè)上百家，電芯市場(chǎng)規(guī)模超2000億,。預(yù)計(jì)未來(lái)5年國(guó)內(nèi)鋰電池需求仍將保持30%-40%的高增速,，技術(shù)和產(chǎn)業(yè)鏈也將進(jìn)一步成熟,。
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