中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：4月27-28日，由中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)主辦的中國(guó)光儲(chǔ)端信協(xié)同發(fā)展大會(huì)在重慶國(guó)際博覽中心召開。
此次大會(huì)以“協(xié)同創(chuàng)新 融合發(fā)展”為主題，設(shè)置開幕式暨碳達(dá)峰高峰論壇、工商業(yè)儲(chǔ)能與車網(wǎng)互聯(lián)專場(chǎng)、光儲(chǔ)氫協(xié)同發(fā)展專場(chǎng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)集成與智能安全預(yù)警系統(tǒng)專場(chǎng)、人工智能與碳足跡專場(chǎng)五個(gè)專場(chǎng)論壇。
來自行業(yè)主管機(jī)構(gòu)、科研單位、電網(wǎng)企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、系統(tǒng)集成商、金融機(jī)構(gòu)等不同領(lǐng)域的300余家產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈企業(yè)參加了本次大會(huì)對(duì)話與交流。
中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)、中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)與中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)聯(lián)合承辦，中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)專家委員會(huì)提供學(xué)術(shù)支持。
4月27日下午，中興通訊股份有限公司儲(chǔ)能產(chǎn)品規(guī)劃總工程師張長(zhǎng)嶺受邀在大會(huì)開幕式分享主題報(bào)告，報(bào)告題目《鈉離子電池通信儲(chǔ)能領(lǐng)域應(yīng)用機(jī)遇與技術(shù)展望》。以下為報(bào)告主要內(nèi)容：
張長(zhǎng)嶺：各位來賓，各位領(lǐng)導(dǎo)，各位專家，下午好！今天我很榮幸為大家介紹一下中興通訊在鈉離子電池領(lǐng)域主要的應(yīng)用。報(bào)告分三部分，首先是回顧一下鈉離子電池發(fā)展的概況。2022年是鈉離子電池爆發(fā)的一年，這一年鋰離子電池出現(xiàn)了價(jià)格暴漲，當(dāng)時(shí)碳酸鋰價(jià)格增長(zhǎng)近100%，鈉離子電池成為電化學(xué)電池焦點(diǎn)，這個(gè)背景下看到電化學(xué)領(lǐng)域?qū)Ω哂谐杀痉€(wěn)定性和成本競(jìng)爭(zhēng)力的新興電池的迫切性，這時(shí)候鈉離子電池就應(yīng)運(yùn)而生。鈉離子電池和鋰離子電池基本上同期而生，在1970年代這個(gè)電池都是一起問世，但是在這期間發(fā)生過一些技術(shù)障礙難以突破，所以只是在2010年之后又重啟，尤其是鋰離子電池快速高起的時(shí)候它就迎來了機(jī)遇。截止到4月份，現(xiàn)在碳酸鋰的價(jià)格回到了10萬左右，30萬50萬好像又是遙不可及了，那鈉離子電池是不是還更有成本競(jìng)爭(zhēng)力呢，我們判斷長(zhǎng)期來看鈉離子電池有它發(fā)展的空間。首先是本身在鈉元素僅次于鐵，遠(yuǎn)高于鋰，最終形成它的組成成本，一定是低于鋰離子電池的，長(zhǎng)期來看一定是這樣。第二，從一個(gè)國(guó)家的資源安全角度來看，我們都知道鋰離子電池的鋰礦主要是在澳洲，鈉離子電池的發(fā)展安全性非常有價(jià)值，鈉離子電池在長(zhǎng)期來看也是具有極大的發(fā)展?jié)摿Α?
國(guó)家從政策層面和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)層面紛紛出臺(tái)相應(yīng)的動(dòng)作來推動(dòng)鈉離子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在去年的11月份，化學(xué)物理電源協(xié)會(huì)推出第一個(gè)鈉離子行標(biāo)發(fā)布了，中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟也正在修訂兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中，可以看到從本身技術(shù)的發(fā)展，政策的支持還有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的支持方面都是得到了很好的一個(gè)回應(yīng)。為什么鈉離子電池能夠脫穎而出，首先是由于成本特性，左上圖是一個(gè)分析，和鋰離子電池的BOM成本來講，有30%的成本優(yōu)勢(shì)，我們做過探討，是基于大概碳酸鋰20萬每噸價(jià)格的時(shí)候做的價(jià)格對(duì)比。主要成本優(yōu)勢(shì)，一方面是正極材料不需要這么多的貴金屬，負(fù)極材料不需要石墨化，又能節(jié)約一部分成本，這是在BOM成本上鈉離子電池本身就有優(yōu)于鋰離子電池的優(yōu)勢(shì)?？梢钥吹较旅鎯蓮垐D，碳酸鈉和碳酸鋰價(jià)格的波動(dòng)對(duì)比，碳酸鋰的波動(dòng)性是非?？膳碌模^10倍的波動(dòng)，碳酸鈉在過去的5年之間最大的波動(dòng)就是不超過3倍，基本上都是從1千到4千的概念。對(duì)比2023年的數(shù)據(jù)，可以看到碳酸鈉的波動(dòng)只是2千到3千的幅度。所以鈉離子電池的成本特性上是具有非常大的潛在優(yōu)勢(shì)的。
再看鈉離子電池本身的電化學(xué)特性也有明確的優(yōu)勢(shì)，首先是低溫特性，在零下20度零下40度放電的電量遠(yuǎn)大于鋰離子電池的。行業(yè)應(yīng)用來講也比較注重低溫的充電性能，鋰離子必須在0度以上充電，但鈉離子現(xiàn)在推出的版本基本上可以滿足零下10度，可以小電流充電，0.1C的電流充電，可以保證能正常運(yùn)行，并且還在做進(jìn)一步的改良，希望能實(shí)現(xiàn)零下20度的充電，這樣就拓展了鈉離子電池的應(yīng)用場(chǎng)景，也能解決低溫環(huán)境下溫控設(shè)備帶來的能耗。第二是倍率特性，已經(jīng)得到明顯的驗(yàn)證，在鈉離子電池的4C甚至6C特性都相對(duì)比較穩(wěn)定，在4C條件下基本上百分之百放出電量。第三是安全特性，這一點(diǎn)是業(yè)界還在做更多的驗(yàn)證，因?yàn)楫?dāng)前整個(gè)鈉離子商業(yè)化的適用總體規(guī)模還是相對(duì)小一些，很多數(shù)據(jù)不夠充分，但是我們已經(jīng)看到一些相對(duì)比較明確的結(jié)論。第一，它的過放電特性，因?yàn)樨?fù)極可以采取鋁箔，所以過放電甚至到0V的時(shí)候，儲(chǔ)存1個(gè)月的時(shí)間，性能基本不受影響，提升運(yùn)輸存儲(chǔ)安全性。片裝析鈉，能量密度較低，釋放熱量相對(duì)少，性能更穩(wěn)定，SOX預(yù)測(cè)更準(zhǔn)，熱失控溫度更高。
鈉離子電池展現(xiàn)出了一定的劣勢(shì)，首先是能量密度低，業(yè)界現(xiàn)在主要是三條路線，但當(dāng)前商業(yè)化最快的還是存?zhèn)餮趸?，比能量密度和體積能量密度都是相對(duì)比較低，和鋰電池差距不大，當(dāng)前還有20%—30%的差距。循環(huán)壽命目前基本上是2千次左右，鋰電池基本上是1萬了，所以這方面還是有一些差距。
結(jié)合鈉離子電池的優(yōu)劣勢(shì)特性，可以看到它的應(yīng)用場(chǎng)景相對(duì)劃定了，對(duì)于空間要求不能特別高，要求能量密度特別高的是不太適合，同時(shí)對(duì)成本和安全特性方面有更高的訴求，這些場(chǎng)景更有利于推廣鈉離子電池，業(yè)界基本上比較贊同在三個(gè)領(lǐng)域展開鈉離子快速的推廣。第一是大規(guī)模儲(chǔ)能，目前集中在工商業(yè)儲(chǔ)能，對(duì)密度要求不是特別高。第二是低速交通工具領(lǐng)域，包括二輪電動(dòng)車以及低速的電動(dòng)汽車，第三就是通訊行業(yè)。下圖是一些機(jī)構(gòu)對(duì)鈉離子電池運(yùn)用規(guī)模做的預(yù)測(cè)，預(yù)計(jì)2025年我國(guó)鈉離子電池儲(chǔ)能新增容量為19GWh，但現(xiàn)在來看這個(gè)節(jié)奏會(huì)放緩一些。
看一下實(shí)際的鈉離子電池在通信儲(chǔ)能領(lǐng)域具體有哪些應(yīng)用機(jī)會(huì)。首先從客戶出發(fā)，運(yùn)營(yíng)商加入了節(jié)能減排減碳目標(biāo)，制定了30、60節(jié)能減排的計(jì)劃，當(dāng)前綠色節(jié)能都成為運(yùn)營(yíng)商關(guān)注的焦點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，不僅僅要關(guān)注設(shè)備的能耗，更多的要從系統(tǒng)的層面要關(guān)注，也要關(guān)注從網(wǎng)絡(luò)能耗級(jí)別，系統(tǒng)的能耗提升，這對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)提出更高的要求，不僅自己要實(shí)現(xiàn)智能化，能對(duì)自己的狀態(tài)感知，你的調(diào)控精度更為靈敏，對(duì)自己生命周期的能耗也要能夠得到最優(yōu)的控制。
全球儲(chǔ)能這一塊的規(guī)模來說，我們做過一些判斷，基于5G的發(fā)展，考慮到一定的舊電池替換以及新建站點(diǎn)，每年儲(chǔ)能的應(yīng)用是有250億左右的規(guī)模，結(jié)合到具體的場(chǎng)景，大部分的備電場(chǎng)景都可以用鈉離子電池來替換鉛酸的，因?yàn)榭臻g占用、壽命、可維護(hù)性方面都優(yōu)勝于鉛酸。在其他的場(chǎng)景是可以和鋰電形成互補(bǔ)應(yīng)用。但對(duì)于極簡(jiǎn)站，空間占用少，重量輕，大倍率放電，一般鋰電池解決方案更好，現(xiàn)在客戶提出不同的要求，要求更短半小時(shí)的備電，就要求1.5、2C的放電，這時(shí)候鈉離子優(yōu)勢(shì)就發(fā)揮出來了。
我們具體看一些應(yīng)用場(chǎng)景，首先是備電應(yīng)用場(chǎng)景，本身不需要電池往返充電，只是需要在停電的時(shí)候及時(shí)頂上去、，這種維護(hù)的級(jí)別也比較高，維護(hù)團(tuán)隊(duì)能快速的在2—3小時(shí)之內(nèi)把故障修復(fù)，這種地方基本上電池就是一個(gè)備電應(yīng)用。這時(shí)候更多的就看投入，我投資設(shè)備成本能否進(jìn)一步降低，所以鈉離子對(duì)這個(gè)場(chǎng)景可以很快的實(shí)施，基本上100Ah電池為主。第二個(gè)是低溫應(yīng)用場(chǎng)景，更多的是在低溫的環(huán)境應(yīng)用，可能需要涉及到零下20度甚至零下40度的應(yīng)用，這時(shí)候希望他能在零下20度甚至40度放出更多的電量，相當(dāng)于我配置電池的容量可以減少，可以節(jié)約客戶的投資成本。第二，我在零下20度的時(shí)候還能夠充電，這時(shí)候就不需要配備加熱器、空調(diào)這樣一些溫控設(shè)備，可以節(jié)約運(yùn)營(yíng)商運(yùn)維的能耗。第三，就是一些偏遠(yuǎn)站點(diǎn)，這些站點(diǎn)市電就不是特別好，這些站點(diǎn)一年有季節(jié)性的應(yīng)用，或者只是在個(gè)別的熱點(diǎn)時(shí)間才會(huì)需要應(yīng)用，有一段時(shí)間斷掉了，對(duì)整體的服務(wù)來說沒有特別大的影響，這種站點(diǎn)電池?cái)嚯娨院笥锌赡軟]法及時(shí)充電，就會(huì)存在過放電的風(fēng)險(xiǎn)，如果電池過放電以后性能馬上就損壞了，也就是產(chǎn)品要進(jìn)行重新的投資，這就對(duì)客戶帶來了挑戰(zhàn)，那鈉離子電池的過放特性就可以保證，我發(fā)生了過放以后其實(shí)還是可以快速的恢復(fù)，對(duì)性能沒有特別大的影響，這就保護(hù)了客戶的投資。
最后是高倍率放電的應(yīng)用，部分的客戶所在的市電應(yīng)用非常好，包括中東還有德國(guó)，我們的客戶有一部分場(chǎng)景設(shè)備完全不做備電，這時(shí)候他只需要半小時(shí)的備電，如果只用鋰電50Ah的話，如果需要半小時(shí)備電，就需要電池放出更大的電量，可能需要配備更大的容量，但如果用鈉離2C的放電，用50Ah的鈉電來替代100Ah的鋰電，這樣的優(yōu)勢(shì)就更加突出了。 結(jié)合分析做了一些驗(yàn)證，在吉林長(zhǎng)春試驗(yàn)局低溫性能測(cè)試，當(dāng)時(shí)在2月底還有零下18度的最低溫，自身帶了兩節(jié)鉛酸電池，同時(shí)設(shè)備功耗就是50A，首先是低溫的放電充電，放電是OK的，0.1C充放電可正常工作，智能BMS，可以實(shí)現(xiàn)與鉛酸電池混用。鈉離子電池充放電能力特別優(yōu)秀，低溫的充放電明顯的優(yōu)于普通的磷酸鐵鋰的，大倍率放電能力強(qiáng)，安全性相對(duì)的具有潛在的安全優(yōu)勢(shì)。總結(jié)，鈉離子電池本身最大的特性是成本的優(yōu)勢(shì)，但在成本的比較優(yōu)勢(shì)還不是特別明顯的時(shí)候，我們可以優(yōu)先去挖掘低溫特性，高倍率特性和安全過放電能力，來在一些細(xì)分領(lǐng)域優(yōu)先實(shí)現(xiàn)鈉離子的應(yīng)用。
總結(jié)一下鈉離子電池技術(shù)發(fā)展，當(dāng)前鈉離子電池發(fā)展存在一些挑戰(zhàn)，體積能量密度比鋰離子電池低20%，客戶提出過要求，還是希望能做到50、60電芯能做到100Ah。第二是低溫特性希望繼續(xù)挖掘，我今天去轉(zhuǎn)了一圈，有一些廠家已經(jīng)做到了說零下20度可以0.1C或者0.2C的充電，但成本上升非常多，就希望在這些方面，在成本有所控制的情況下，再實(shí)現(xiàn)這個(gè)突破，零下20度也實(shí)現(xiàn)小電流的充電。第三希望拓展更多應(yīng)用場(chǎng)景，在循環(huán)應(yīng)用場(chǎng)景下也能夠拓展應(yīng)用，能實(shí)現(xiàn)3千到6千次的循環(huán)應(yīng)用。最后希望更多的確定安全特性，這樣我們?cè)诤诵臋C(jī)房等等更為關(guān)鍵的場(chǎng)景也能應(yīng)用鈉電。結(jié)合伙伴提出的規(guī)劃，我們看了一下對(duì)電芯技術(shù)發(fā)展做出展望，從能量密度這一塊的提升還是比較明顯，基本上在25年以后會(huì)比較接近鋰離子電池的技術(shù)指標(biāo)，循環(huán)壽命相對(duì)更樂觀一些，壽命調(diào)整有鋰離子電池的技術(shù)積累，這一塊實(shí)現(xiàn)會(huì)更樂觀一些。
其實(shí)有了電芯的發(fā)展之外，我們要做完整的電池包，這里面還需要智能BMS技術(shù)的配套，在三方面做進(jìn)一步的優(yōu)化：第一大電流充放電技術(shù)，基本上以100A為主做1C的充放電，對(duì)2C應(yīng)用就希望有200A到300A，能實(shí)現(xiàn)更大的電流。第二希望更高精度實(shí)現(xiàn)調(diào)控，一方面是一些檢測(cè)技術(shù)，另外還有更多的算法需要優(yōu)化。最后是快速響應(yīng)技術(shù)，未來在用戶側(cè)虛擬電廠可能會(huì)成為很重要的應(yīng)用，滿足核心機(jī)房應(yīng)用、虛擬電廠調(diào)頻應(yīng)用，安全策略優(yōu)化，系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)，EMS/BMS算力分配。
以上是我的報(bào)告，感謝大家的聆聽，有問題可以找我溝通。
