目前储能方式主要分为三类:机械储能、电磁储能、电化学储能。

储能技术主要分为物理储能(如抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能等)、化学储能(如铅酸电池、氧化还原液流电池、钠硫电池、锂离子电池)和电磁储能(如超导电磁储能、超级电容器储能等)三大类。

根据各种储能技术的特点,飞轮储能、超导电磁储能和超级电容器储能适合于需要提供短时较大的脉冲功率场合,如应对电压暂降和瞬时停电、提高用户的用电质量,抑制电力系统低频振荡、提高系统稳定性等;

而抽水储能、压缩空气储能和电化学电池储能适合于系统调峰、大型应急电源、可再生能源并入等大规模、大容量的应用场合。

比较1:同为机械储能,抽水蓄能和压缩空气储能哪个更好?

压缩空气与抽水蓄能对比图

储能路线:钠离子替代锂离子?电化学、液流和摇椅哪个更好?

结论:随着技术进步,压缩空气在经济性上逐渐缩小与抽水蓄能的差距。

抽水蓄能: 

优势:当前最成熟的储能技术,度电成本最低。

劣势1:地理资源约束明显,远期来看无法足量的满足储能需求。 

劣势2:初始投资成本高、开发建设时间长,在风光建设超预期的时候,储能资源无法及时匹配。 

压缩空气: 

优势1:摆脱了水资源的地理约束,可以大规模上量。(2000个盐穴、也可以用罐子)

优势2:设备成本占系统成本的大部分,存在着随着大规模应用快速降本的可能。

劣势:整个系统的效率相对来说仍在较低的水平。

新型压缩空气技术的革新

储能路线:钠离子替代锂离子?电化学、液流和摇椅哪个更好?

压缩空气储能新旧技术对比

储能路线:钠离子替代锂离子?电化学、液流和摇椅哪个更好?

比较2:同为摇椅电池,钠离子电池和锂离子电池哪个更好?

结论:钠离子电池是锂资源约束下重要的对冲技术,极致降本后在经济 性上有望追上锂电。 

钠离子电池: 

在钠离子电池布局上,是由锂电产业链企业、初创公司两股势力共同推动的。

优势:钠离子电池没有明显的资源约束。理论初始投资成本较锂电更低。

劣势:在电池性能上,由原理所决定的,钠离子电池的循环寿命和储能效率低于锂离子电池。

储能路线:钠离子替代锂离子?电化学、液流和摇椅哪个更好?
钠离子电池储能敏感性分析( (5小时,8%折现率,0.288元 /kWh充电电价) )

锂离子电池: 

优势:锂电池储能是当前技术最为成熟、装机规模最大的电化学储能技术。

劣势:随着全球电池需求量的迅速增长,锂资源开始面临着资源约束问题。

钠离子电池和锂离子电池储能对比

储能路线:钠离子替代锂离子?电化学、液流和摇椅哪个更好?

比较3:同为电化学体系,液流电池和摇椅电池哪个更好?

结论1:当前时点即使在4h长时储能中,也是锂电储能更优;未来随着液流加速降本,在长时领域液流会占据一席之地。 

液流电池: 

优势1:在长时储能中,液流电池最大的优势为输出功率和储能容量可分开设计。

优势2:循环寿命长。 

劣势1:成本和效率是当前液流电池最大的劣势。未来降本4-8h有望达到2~1.5元/Wh

劣势2:能量密度更低,更多的适合于发电侧、电网侧的大电站。集成角度,体积上是锂电的3倍以上。

摇椅电池: 

优势:锂电池储能是当前技术最为成熟、装机规模最大的电化学储能技术。

劣势:摇椅电池提供功率与贮存能量的装置绑定在一起,在不提升功率,仅提升容量的情况下,电池成本等比例增加。

液流电池和摇椅电池储能对比

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结论2:时长越久,液流电池比较优势越大;在技术降本的情况,若钒价在10万元/吨的水平,长时场景下成本具有竞 争力。

储能路线:钠离子替代锂离子?电化学、液流和摇椅哪个更好?

比较4:同为液流电池,铁铬和全钒哪个更好?

结论:铁铬液流电池的降本潜力更大。相较于全钒液流电池,铁铬液流电池的电解液成本较低,但存在正负极混液造成容量衰减、铬反应活性不高等技术难点。 

相较于铁铬液流电池,全钒液流电池的性能更优,产业化进度更快,但是电解液成本过于刚性降本困难。

全钒液流电池与铁铬液流电池技术对比

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全钒液流电池和铁铬液流体系成本结构比例

储能路线:钠离子替代锂离子?电化学、液流和摇椅哪个更好?

比较5:同为新型长时储能,压缩空气、液流电池和氢能哪个更好?

结论1:压缩空气与液流电池为直接竞争关系,经济性(初始投资成本和LCOE)是比较的核心。 

压缩空气与液流电池的共同之处:

1、功率和容量单位解耦,系统储能时间越长,单位成本越低; 

2、体积较大,更适合应用于大电站的场景; 

3、在循环寿命、运行效率等方面都比较相似;

4、均没有资源约束,产能提升后都可以大规模上量。

所以在实际应用场景中,压缩空气与液流电池基本处于直接竞争状态,未来几年的降本速度将是两者竞争的核心。当前来看,压缩空气在初始投资成本和LCOE两个层面都处于领先。

液流电池和压缩空气储能对比

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氢储能与压缩空气、液流电池储能的对比

储能路线:钠离子替代锂离子?电化学、液流和摇椅哪个更好?

结论2:氢储能的核心在于跨日、周、季度需求,以及下游氢的应用场景。 

氢储能的储存介质是“含能体能源”氢,可以理解为零碳的化石能源。是更容易长时间大量存储、更容易实现转运的储能介质。但氢储能在储电的时候, 要经过 电-氢-电 两次能量转换,效率上大打折扣。 

这也就决定了:

(1)如果需要月度、季度级别、百GWh级别的储能,氢是更好的选择; 

(2)如果下游对氢的直接需求量提升(能源耦合角度),氢储能的需求同样 会得以提升。

综合

储能技术的能量密度与功率密度图

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各类储能在放电时间和容量性能的对比

储能路线:钠离子替代锂离子?电化学、液流和摇椅哪个更好?

不同储能技术在各应用场景下经济性比较(2025年)

储能路线:钠离子替代锂离子?电化学、液流和摇椅哪个更好?

不同储能技术在各应用场景下经济性比较(2030年)

储能路线:钠离子替代锂离子?电化学、液流和摇椅哪个更好?

锂离子电池将成为具经济性的储能形式,在短时储能、功率支撑等方面具有明显的优势; 

如果资源约束和降本低于预期,钠离子、液流电池将有广阔发展空间。

抽水蓄能、压缩空气储能、氢能是长时储能最经济的选择; 

对于超过700小时放电时长的季节性储能,氢能可作为成本最低的选项。

储能技术路线对比

储能路线:钠离子替代锂离子?电化学、液流和摇椅哪个更好?

全生命周期成本计算的核心假设(5小时的长时系统,1天1次循环)

储能路线:钠离子替代锂离子?电化学、液流和摇椅哪个更好?

在长时特定场景下(5小时,一冲一放),测算了各类储能技术的LCOE。当前最便宜的是抽水蓄能和压缩空气储能,电化学储能中最便宜的仍为锂电储能。

本文参考资料:光大证券、网络等

储能产业交流群

2021年全球电化学储能装机规模21.1 GW。其中,锂离子电池93.9%;铅蓄电池2.2%;钠基电池2.0%;液流电池1.2%;超级电容器0.2%;其它0.5%。到2025年,预计电化学储能增量将达到12GW/年,累计装机约40GW。在储能产业链中,各种电化学储能技术、新材料、先进制造设备、储能配套设施等都迎来了爆发式增长的机会。为促进储能产业行业交流,艾邦特建有“储能产业交流群”,欢迎业内人员加入。
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作者 808, ab