2023儲能系統(tǒng)與電池技術(shù)

儲能應(yīng)用模式及鋰電池關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)展目錄CONTENTS

“雙碳”目標(biāo)下的新型電力系統(tǒng)儲能發(fā)展概況儲能應(yīng)用模式鋰離子電池關(guān)鍵技術(shù)目錄CONTENTS

“雙碳”目標(biāo)下的新型電力系統(tǒng)儲能發(fā)展概況儲能應(yīng)用模式鋰離子電池關(guān)鍵技術(shù)“雙碳”目標(biāo)下的新型電力系統(tǒng)2020年9月中國承諾“2030年碳排放達(dá)峰、2060年實(shí)現(xiàn)碳中和”目標(biāo)：煤電是中國碳排放最大的領(lǐng)域，產(chǎn)生的CO2占全國總排放量的43，是未來減碳的最大主體;未來，風(fēng)電和光伏等可再生能源，將在成本、環(huán)保等方面，以壓倒式優(yōu)勢讓煤炭等化石能源加速退出；源電力高占比的電力系統(tǒng)。這將是一個巨大的挑戰(zhàn)。實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)任務(wù)重、時間緊構(gòu)建以新能源為主的新型電力系統(tǒng)2021.3.15中央首次提出構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)碳中和的關(guān)鍵是構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)新能源將從補(bǔ)充地位上升到主體地位，意味著新能源將從產(chǎn)、儲、輸、配、用等各環(huán)節(jié)帶來巨浪滔天的產(chǎn)業(yè)機(jī)會構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)儲能產(chǎn)業(yè)的歷史性機(jī)遇4月明確儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標(biāo)——2025年實(shí)現(xiàn)新型儲能裝機(jī)3000萬千瓦新型儲能：除抽水蓄能外的新型電儲能技術(shù)按照2個小時時長配置儲能，那么未來5年需要新型儲能的容量為60GWh，1GWh大約是15-20億人民幣投資，60GWh的儲能裝機(jī)容量將帶來900-1200億元人民幣的巨大市場儲能在新能源為主的電力系統(tǒng)中的支撐作用發(fā)電側(cè)：大挑戰(zhàn)，一是發(fā)電側(cè)間歇性、波動性加大，發(fā)/用電失衡概率大幅提升；二是電力系統(tǒng)可調(diào)容量、慣量下降，系統(tǒng)應(yīng)對失衡的能力弱化。電網(wǎng)側(cè)：電力能源結(jié)構(gòu)和電力負(fù)荷的改變，造成電網(wǎng)頻率不穩(wěn)定。用戶側(cè)：負(fù)荷峰谷差持續(xù)升高、新能源車用電無序性增加，造成電網(wǎng)供電壓力大。儲能系統(tǒng)：儲能系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快，精度高等特點(diǎn)，對新型電力系統(tǒng)而言是一種非常好的調(diào)頻手段。新型電力系統(tǒng)需增加“儲能”為新的基本要素碳中和的關(guān)鍵是構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)從“源-網(wǎng)-荷”到“源-網(wǎng)-荷-儲”，儲能將成為新型電力系統(tǒng)的第四大基本要素新型電力系統(tǒng)具有“四高”特征四高：高比例可再生能源、高比例電力電子裝備、高度數(shù)字化、高度智能化資料來源：華為數(shù)字能源目錄CONTENTS

“雙碳”目標(biāo)下的新型電力系統(tǒng)儲能發(fā)展概況儲能應(yīng)用模式鋰離子電池關(guān)鍵技術(shù)儲能分類儲能主要通過電和熱的形式進(jìn)行，而電儲能是主要的儲能方式：儲能發(fā)展概況抽水蓄能是目前技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的大規(guī)模儲能技術(shù)，占比90%左右：優(yōu)點(diǎn)：規(guī)模大、壽命長、成本低；缺點(diǎn)：依賴地質(zhì)資源，要有山、有水、有落差；隨著可選地區(qū)減少，占地、移民難度增加，成本上升；我國抽水蓄能基本由電網(wǎng)公司統(tǒng)一建設(shè)和管理。電化學(xué)儲能概況電化學(xué)儲能是增長最快的儲能技術(shù)，截止2021年底，全球裝機(jī)達(dá)到25G，我國5.7GW：響應(yīng)快、配置靈活、控制精準(zhǔn)；應(yīng)用范圍廣，涵蓋發(fā)、輸、配、送、用等環(huán)節(jié)；新能源的快速發(fā)展，對靈活調(diào)節(jié)的儲能技術(shù)需求增加；電池成本下降，以及循環(huán)壽命的延長。全球的電化學(xué)儲能裝機(jī)規(guī)模 中國電化學(xué)儲能裝機(jī)規(guī)模電化學(xué)儲能快速增長電化學(xué)儲能特點(diǎn)響應(yīng)快配置靈活控制精準(zhǔn)電化學(xué)儲能的應(yīng)用范圍廣/現(xiàn)場電源，電網(wǎng)輔助服務(wù)，需求側(cè)響應(yīng)等等新能源的快速發(fā)展截至2021年年底，全國風(fēng)電、光伏累計裝機(jī)6.4億千瓦分布式及微電網(wǎng)集中式可再生能源并網(wǎng)近幾年來儲能電池性價比的提高電池價格的下降：目前磷酸鐵鋰～0.7-0.8元/Wh，還在降循環(huán)壽命的提升：磷酸鐵鋰12000次目錄CONTENTS

“雙碳”目標(biāo)下的新型電力系統(tǒng)儲能發(fā)展概況儲能應(yīng)用模式鋰離子電池關(guān)鍵技術(shù)儲能在電力系統(tǒng)全產(chǎn)業(yè)鏈上均有廣泛應(yīng)用儲能作為靈活性資源的優(yōu)勢-調(diào)峰速率高、環(huán)保儲能調(diào)節(jié)速率和調(diào)節(jié)質(zhì)量強(qiáng)于傳統(tǒng)機(jī)組，在調(diào)峰應(yīng)用中有巨大優(yōu)勢。并且在安裝條件、功能種類、環(huán)保程度等方面都優(yōu)于傳統(tǒng)機(jī)組。電化學(xué)儲能調(diào)節(jié)性能優(yōu)于傳統(tǒng)機(jī)組儲能的優(yōu)勢-調(diào)頻精度高、反應(yīng)快調(diào)頻：電網(wǎng)負(fù)載隨機(jī)變化，當(dāng)負(fù)載大于發(fā)電機(jī)組出力時，造成發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速下降，從而電網(wǎng)頻率下降，此時需要增大發(fā)電機(jī)組出力以維持電網(wǎng)頻率穩(wěn)定。反之亦然。不同調(diào)頻資源對比：儲能爬坡能力、跟蹤能力都強(qiáng)于傳統(tǒng)機(jī)組，在調(diào)峰調(diào)頻應(yīng)用中有巨大優(yōu)勢。儲能調(diào)頻跟蹤能力強(qiáng)于傳統(tǒng)機(jī)組用戶側(cè)：峰谷價差套利，價差0.7元/KWh+具備經(jīng)濟(jì)性數(shù)據(jù)來源：中國能源網(wǎng)（美元/KWh）0.40.350.30.250.20.150.10.050德國 丹麥 比利時 日本 英國 意大利 西班牙澳大利亞 美國 韓國 中國 埃及峰谷電差價的盈利模式浙江2021年10月15日起對工商業(yè)用戶實(shí)施新的峰谷電差價以200度電的儲能柜為例，1天2充2放=0.9x2=1.8元，x200=360元/天，1年按320天計，x320=11.52萬元/年，即1年節(jié)省電費(fèi)11.5萬元目錄CONTENTS

“雙碳”目標(biāo)下的新型電力系統(tǒng)儲能發(fā)展概況儲能應(yīng)用模式鋰離子電池關(guān)鍵技術(shù)電化學(xué)儲能產(chǎn)業(yè)鏈：電芯+PCS+BMS+EMS+其他數(shù)據(jù)來源：儲能100人鋰（離子）電池鈷酸鋰電池錳酸鋰電池鋰離子電池 三元電池鋰（離子）電池

磷酸鐵鋰電池鈦酸鋰電池固態(tài)鋰電池 全固態(tài)鋰金屬電池

準(zhǔn)固態(tài)鋰離子電池工作原理

鋰離子電池種類及組成正極材料鈷酸鋰（3C領(lǐng)域）磷酸鐵鋰錳酸鋰三元材料NCM（NCA（鎳鈷鋁）鋰離子電池充放電工作原理

負(fù)極材料石墨碳硅碳鈦酸鋰鋰離子電池比較性能數(shù)據(jù)鈷酸鋰電池錳酸鋰電池三元材料（NCM）電池磷酸鐵鋰電池結(jié)構(gòu)層狀尖晶石層狀橄欖石電壓平臺（V）3.73.83.63.2理論比容量（mAh/g）274148285172理論比能量（Wh/Kg）584424592398實(shí)際比能量（Wh/Kg）180-240100-150180-300120-190循環(huán)壽命（次）500-1000500-2000800-2000＞2000低溫性能優(yōu)優(yōu)優(yōu)一般高溫性能一般差一般優(yōu)安全性一般一般一般優(yōu)環(huán)保性差優(yōu)較差優(yōu)優(yōu)勢充放電穩(wěn)定，生產(chǎn)工藝簡單錳資源豐富、錳價較低、安全性高能量密度高、循環(huán)壽命好、電化學(xué)性能穩(wěn)定、低溫性好安全性、循環(huán)性能好，成本低，環(huán)境友好劣勢鈷資源稀缺，成本高、循環(huán)性能差能量密度低、循環(huán)穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性差能量密度低，低溫及產(chǎn)品一致性差熱失控溫度低，生產(chǎn)工藝復(fù)雜鋰電產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)2020年全球鋰離子電池產(chǎn)品結(jié)構(gòu)《中國鋰離子電池行業(yè)發(fā)展白皮書（2021年）》數(shù)據(jù)顯示，2020年，全球鋰離子電池出貨量達(dá)到GWh(中國市場為158.5GWh)2025年將超過1000GWh，產(chǎn)值將超過1.5萬億元。寧德時代計劃在2025年將其鋰電池產(chǎn)能提升至1200GWh。儲能電池市場預(yù)測鋰電的三種工藝鋰電工藝方型圓柱軟包三種工藝比較方形電池可塑性強(qiáng)，集成效率高，適合新能車應(yīng)用，發(fā)展前景好圓柱電池標(biāo)準(zhǔn)化程度高，但能量密度、倍率特性等有待提升。隨特斯拉的最新突破4680推廣，可能接下來增速較快，存在相關(guān)投資機(jī)會軟包電池性能好，但國內(nèi)工藝未成熟，效率、良率有待提升，主要由韓國LG化學(xué)主導(dǎo)（現(xiàn)也向圓柱切換），國內(nèi)有孚能、萬向、億緯鋰能等也做軟包電池選型及其產(chǎn)業(yè)鏈大圓柱4680

2020年9月，馬斯克在特斯拉電池日上發(fā)布了第三代4680電芯全極耳（“無極耳”）結(jié)構(gòu)4680的降本空間：按照特斯拉公布的數(shù)據(jù)計算，搭載4680動力電池的特斯拉車型續(xù)航里程將會提升了16，動力電池成本將會降低14。再結(jié)合特斯拉不再向長續(xù)航方向發(fā)展，這也就意味著4680電池將會給特斯拉帶來30左右的動力電池降價空間。特斯拉4680能上1000km嗎？從特斯拉原本的產(chǎn)品規(guī)劃上來看，它并非沒有沖擊1000km續(xù)航大關(guān)的野心。因?yàn)樘厮估?2個月以前就生產(chǎn)出600英里（965公里）續(xù)航的ModelS，后來發(fā)現(xiàn)沒這個必要，因?yàn)槔m(xù)航能力為400英里（643公里）的特斯拉ModelS可以在使用體驗(yàn)和效率上獲得平衡。大圓柱4680的難點(diǎn)4680大圓柱電池集流盤的焊接為入殼之后，對熔深可控性要求極高，對焊接飛濺容忍度幾乎為零通快激光在多年激光領(lǐng)域深耕經(jīng)驗(yàn)加持下，針對行業(yè)痛點(diǎn)研發(fā)出綠光激光器。在室溫條件下，綠光激光器對綠光的吸收率是近紅外光的8倍，相較紅外光，綠光焊銅在銅熱傳導(dǎo)焊接上面，由于吸收量較高，可以精確的控制能量輸入，做到只融化銅，使其不具備飛濺的條件，從而實(shí)現(xiàn)真正意義上的完全無飛濺焊接逸飛激光在集流體無損成型、高速入殼、集流體激光焊接、殼蓋自動化裝配、殼蓋封口、密封釘激光焊接等關(guān)鍵工序及高速精密傳送、數(shù)字化在線檢測等配套系統(tǒng)上形成了一系列專業(yè)化的應(yīng)用技術(shù)，打造了系列化的圓柱全極耳電池制造裝備產(chǎn)品斯萊克：4680大圓柱電池封裝主要采用激光焊接與卷封（非焊接）兩種,斯萊克卷封非焊接工藝仍在研發(fā)中，一旦成熟及規(guī)模應(yīng)用，將具有重大意義（斯萊克將易拉罐D(zhuǎn)WI技術(shù)應(yīng)用于鋰電池殼生產(chǎn)領(lǐng)域（方型鋁殼）具有優(yōu)勢）國內(nèi)4680做得較好的是億緯鋰能，另外比克、力神、蜂巢等也在開發(fā)4680寧德麒麟電池2022年6月23日正式的麒麟電池發(fā)布會上，寧德時代進(jìn)一步給出了麒麟電池的幾個重要數(shù)據(jù)：①體積利用率突破72（表明其系統(tǒng)集成度創(chuàng)全球新高）；②能量密度可達(dá)255Wh/kg，輕松實(shí)現(xiàn)整車1000公里續(xù)航（針對三元電池而言，如果電池芯是300Wh/kg，意味著電池成組效率高達(dá)驚人的85）；③可實(shí)現(xiàn)10分鐘快充（充飽至80的時間）。比亞迪刀片電池vs麒麟電池刀片電池成為安全的標(biāo)志，特斯拉和國內(nèi)友商紛紛采用。刀片電池的安全、續(xù)航里程、成本表現(xiàn)優(yōu)異，更安全的磷酸鐵鋰體系也是公司一手推動，刀片電池7S開發(fā)理念：安全、成本、強(qiáng)度、功率、低溫、壽命、續(xù)航，重新定義了新能源汽車的安全標(biāo)準(zhǔn)，高效成組極大降低電池系統(tǒng)成本。以前車企之間存在競爭關(guān)系，不愿意購買比亞迪電池，現(xiàn)在比亞迪新能源車的成功，相當(dāng)于刀片電池最好的廣告，特斯拉和國內(nèi)車廠紛紛大量采購。比亞迪電池和整車的配合度高，CTB（CelltoBody）等創(chuàng)新技術(shù)率先采用，具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、系統(tǒng)能量密度高等優(yōu)勢，可以簡化整車結(jié)構(gòu)，提高生產(chǎn)效率。由于CTB電池系統(tǒng)需要作為車身結(jié)構(gòu)件使用，因此對動力電池的強(qiáng)度和熱失控管理有更高的要求，刀片電池?zé)o懼針刺、火燒，深度融入整車結(jié)構(gòu)，提升電池體積和能量比，大幅度提升續(xù)航里程。

CTP和刀片電池本質(zhì)是一樣的大圓柱、麒麟、刀片電池誰更勝一籌？特斯拉：4680+全極耳+高鎳高硅+干電極+CTC=續(xù)航長、充電快、成本低圓柱比方形更適配高鎳：核心原因是方形高鎳為面接觸，且單體電池大，體心內(nèi)產(chǎn)熱不易釋放，熱失控設(shè)計不好控制；另一方面，鐵鋰化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，對散熱和熱失控要求較三元低，因此方形CTP非常契合鐵鋰體系的電池，充分發(fā)揮方形集成度高的優(yōu)勢，但方型有熱失控設(shè)計難度高的短板。4680+鐵鋰在乘用車上失去了優(yōu)勢，可能未來在二輪車、電動工具上有應(yīng)用。加硅負(fù)極圓柱有優(yōu)勢：由于負(fù)極添加硅后會膨脹，圓柱比方形內(nèi)部應(yīng)力分散更均勻，方形在此方案下容易造成顆粒破碎，影響性能和壽命。因此，大圓柱為極致提升電芯能量密度選擇高硅方案搭配高鎳。大圓柱+鐵鋰在乘用車上不具備優(yōu)勢：4680+鐵鋰在乘用車上失去了優(yōu)勢，可能未來在二輪車、電動工具上有應(yīng)用。高鎳高硅4