2.3鋰離子電池依然是當(dāng)前儲(chǔ)能領(lǐng)域研究熱門(mén)

電動(dòng)汽車(chē)成為帶動(dòng)鋰離子電池技術(shù)研發(fā)的重要因素。當(dāng)前，對(duì)于鋰電池，正極材料磷酸鐵鋰和鎳鈷錳三元材料是研究重點(diǎn)，負(fù)極材料納米硅和石墨烯是研究熱點(diǎn)，正負(fù)極材料類(lèi)型越來(lái)越多，應(yīng)用范圍越來(lái)越廣。鋰離子電池作為當(dāng)前電動(dòng)汽車(chē)的主流電池，能量密度尚有待提高。目前電動(dòng)汽車(chē)電池能量密度最高約為170W·h/kg，續(xù)航里程最多可達(dá)400km。家用鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)已經(jīng)商業(yè)化。

2.4鋰硫電池是目前最接近產(chǎn)業(yè)化的高能量密度電池

鋰硫電池理論上能量密度超過(guò)2700W·h/kg，實(shí)際能量密度能達(dá)到400～600W·h/kg。目前國(guó)外達(dá)到商用水平的鋰硫電池能量密度已達(dá)到300W·h/kg。我國(guó)已經(jīng)研制出能量密度高于600W·h/kg的鋰硫二次電池，處于國(guó)際先進(jìn)水平。鋰—空氣電池、鋁空氣電池、鎂電池等高能量密度電池成為當(dāng)前攻關(guān)重點(diǎn)。

2.5氫燃料電池應(yīng)用規(guī)模逐漸擴(kuò)大

氫燃料電池依然是燃料電池發(fā)展主流方向，相關(guān)技術(shù)已基本達(dá)到產(chǎn)業(yè)化要求，且小規(guī)模應(yīng)用于火車(chē)、乘用車(chē)、自行車(chē)、叉車(chē)、小型直升機(jī)等交通工具。乘用車(chē)?yán)m(xù)航里程達(dá)到500～700km，100km能耗僅相當(dāng)于3.3L汽油。目前部分國(guó)家利用化石燃料改質(zhì)制氫成本跟汽油大致相當(dāng)。可再生能源制氫、生物制氫和常溫常壓陸路輸氫成為研究重點(diǎn)。

2.6儲(chǔ)熱市場(chǎng)受重視程度逐漸提高

目前，儲(chǔ)熱技術(shù)發(fā)展迅速，部分熱儲(chǔ)能技術(shù)已經(jīng)非常成熟，特別是顯熱儲(chǔ)能，但市場(chǎng)規(guī)模依然不大，主要是由于熱儲(chǔ)能成本高，社會(huì)對(duì)熱儲(chǔ)能缺乏足夠重視。據(jù)估算，儲(chǔ)熱系統(tǒng)可為全球節(jié)約30%～40%能源。業(yè)界正在研究利用儲(chǔ)熱電池吸收車(chē)內(nèi)熱量或捕存太陽(yáng)熱能，將熱能轉(zhuǎn)換為電能，為車(chē)廂供熱制冷，降低電動(dòng)汽車(chē)電池成本，預(yù)計(jì)能提高汽車(chē)?yán)m(xù)航40%以上。

3儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)及技術(shù)展望

3.1太陽(yáng)能、風(fēng)能發(fā)電裝機(jī)容量快速增長(zhǎng)，發(fā)電成本繼續(xù)下降

統(tǒng)計(jì)過(guò)去20年太陽(yáng)能、風(fēng)能裝機(jī)容量，太陽(yáng)能裝機(jī)容量每?jī)赡攴环L(fēng)能裝機(jī)容量每4年翻一番，全球太陽(yáng)能裝機(jī)容量從2005年的5.1GW增長(zhǎng)到2015年的227GW，風(fēng)能裝機(jī)容量從2005年的59GW增長(zhǎng)到2015年的433GW。預(yù)計(jì)2025年、2030年太陽(yáng)能裝機(jī)容量將分別達(dá)到1500GW、2400GW，同期風(fēng)能裝機(jī)容量將分別達(dá)到1200GW、2000GW(圖3、圖4)。儲(chǔ)能技術(shù)作為支撐可再生能源并網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，市場(chǎng)潛力巨大。

晶體硅光伏電池價(jià)格持續(xù)降低，價(jià)格從1977年的76美元大幅下降至2015年的0.3美元。過(guò)去5年太陽(yáng)能、風(fēng)能發(fā)電成本下降了50%～60%。當(dāng)前太陽(yáng)能光伏發(fā)電、陸上風(fēng)電在部分國(guó)家已具有競(jìng)爭(zhēng)力。按照目前的發(fā)展趨勢(shì)，預(yù)計(jì)到2025年風(fēng)電、光伏發(fā)電將在很多國(guó)家成為最便宜的發(fā)電方式。

3.2家庭儲(chǔ)能將呈快速增長(zhǎng)趨勢(shì)

近5年來(lái)，家庭儲(chǔ)能在德國(guó)、美國(guó)、澳大利亞、日本等國(guó)家獲得快速發(fā)展，據(jù)HIS、REN最新發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，全球家庭光伏發(fā)電電池儲(chǔ)能裝機(jī)容量2020年有望達(dá)到1000MW，2020年后，儲(chǔ)能系統(tǒng)將成為電力生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的必備部分，而工業(yè)、商業(yè)，尤其是居民家庭儲(chǔ)能的增長(zhǎng)速度會(huì)明顯高過(guò)電網(wǎng)儲(chǔ)能，2025年儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用有望進(jìn)入大規(guī)模發(fā)展期。

3.3電池技術(shù)未來(lái)

10年有望取得重大突破目前，電動(dòng)汽車(chē)電池的能量密度范圍為80～180W·h/kg，從當(dāng)前電池的研發(fā)進(jìn)展及產(chǎn)業(yè)投資、相關(guān)扶持政策來(lái)看，未來(lái)10年電池技術(shù)有望取得重大突破，能量密度有望達(dá)到300～350W·h/kg，從而使得電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航里程達(dá)到600～800km(圖5)。

3.4電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)前景廣闊

電動(dòng)汽車(chē)電池成本目前占整車(chē)成本的1/3～1/2，過(guò)去5年鋰電池組成本已下降了55%，至2020年有望再下降40%。隨著電動(dòng)汽車(chē)電池能量密度提高帶來(lái)的續(xù)航里程增加，加之成本不斷下降，全球電動(dòng)汽車(chē)銷(xiāo)量有望呈指數(shù)上升(圖6)。

4結(jié)論

當(dāng)前在全球倡導(dǎo)大力發(fā)展清潔能源的時(shí)代背景下，開(kāi)發(fā)能量密度更高、循環(huán)壽命更長(zhǎng)、系統(tǒng)成本更低、安全性能更好的儲(chǔ)能技術(shù)已經(jīng)成為各國(guó)研究支持計(jì)劃的一個(gè)重要方向。在可再生能源產(chǎn)業(yè)、電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)和能源互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的推動(dòng)下，儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)有望呈爆發(fā)性增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。可再生能源電力儲(chǔ)存成本將持續(xù)降低，儲(chǔ)能系統(tǒng)性能和技術(shù)成本會(huì)進(jìn)入一個(gè)良性循環(huán)發(fā)展新階段。目前的電池儲(chǔ)能成本、能量密度距離人們的期望值還有一定距離，從當(dāng)前的研究成果來(lái)看，電池技術(shù)有望迎來(lái)重大突破，市場(chǎng)前景廣闊。儲(chǔ)能技術(shù)突破疊加全球能源轉(zhuǎn)型加速，將會(huì)給全球油氣行業(yè)帶來(lái)巨大壓力。