长时储能降本路径——电化学篇
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财经
2024-09-11 08:30
澳大利亚
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编译：Ted
长时储能 (LDES) 可为零碳电力系统提供灵活性和可靠性。各种 LDES 技术都有望应用于电网系统，但都面临着一个重大障碍——成本。本报告量化了 10 种 LDES 技术的研发途径，以降低 LDES 成本。这10 种 LDES 技术涵盖四个储能技术系列：- 电化学储能：液流电池 (FB)、铅酸电池 (PbAs)、锂离子电池 (LIB)、钠 (Na) 电池、超级电容器和锌 (Zn) 电池
- 机械储能：压缩空气储能 (CAES) 和抽水蓄能水电 (PSH)
氧化还原液流电池 (RFB) 或液流电池 (FB) 是一种创新技术，通过使用溶解在液体电解质中的氧化还原活性能量载体提供双向储能系统。FB 的工作原理是将负极和正极电解质泵入电化学反应器 (堆栈) 中的通电电极，从而可以根据需要储存和释放能量。报告模拟评估模拟创新组合对预计 2030 年 FB 成本 LCOS 的影响。以 10 小时的 100 MW FB 系统，预计 2030 年基准成本 LCOS 为 0.160 美元/千瓦时。在降本最大的前 10% 情景中，成本 LCOS 范围为 0.052 美元/千瓦时 - 0.057 美元/千瓦时，平均投资组合成本为 3.25 亿美元。与基线相比，LCOS 提高了约 66%。实现这些成本 LCOS 水平所需的时间估计为 8-12 年。![]()
铅酸电池 (PbA) 是有史以来第一个可充电电池。在充电状态下，正极是二氧化铅 (PbO2)，负极是金属铅 (Pb)；在硫酸电解质中放电时，两个电极都转化为硫酸铅 (PbSO4)。当电极在这些化学状态之间转换时，就会发生电能存储。与锂电相比，PbA 电池的能量密度相对较低。但是，它有许多优点，包括出色的低温稳定性、低成本和丰富的原材料、安全性以及 99% 的回收率。报告模拟评估模拟了创新组合对预计 2030 年 PbAs 成本 LCOS 的影响。基于 2030 年具有 10 小时存储能力的 100 MW PbA 系统，预计 2030 年基准成本 LCOS 为 0.380 美元/千瓦时。分析结果表明，在影响最大的前 10% 情景中，潜在 LCOS 范围为 0.075 美元/千瓦时至 0.097 美元/千瓦时，平均潜在投资组合成本为 1.76 亿美元。与基准相比，LCOS 改进了约 77%。估计实现这些 LCOS 水平所需的时间为 5-9 年。
常见的锂离子电池 (LIB) 包括锂镍锰钴氧化物 (NMC)、锂镍钴铝氧化物 (NCA) 和磷酸铁锂 (LFP)。作为能量密集型电池，LIB 在过去二十年中推动了全球的电气化。
截至 2022 年，美国用于电网支持的储能总量超过 8.5 GW。仅在 2022 年，就部署了超过 4 GW 的电池。LIB 占新电网部署的最大份额，2020 年和 2021 年占 90% 以上。
报告模拟评估了创新组合对预计 2030 年 LIB 成本 LCOS 的影响。基于 2030 年具有 10 小时存储能力的 100 MW LIB 系统，预计 2030 年基准成本 LCOS 为 0.143 美元/千瓦时。
在影响最大的前 10% 情景中，LCOS 范围为 0.067 美元/千瓦时至 0.073 美元/千瓦时，平均投资组合成本为 10 亿美元。与基准相比，LCOS 提高了约 51%。估计达到这些 LCOS 水平所需的时间为 8-13 年。
以下为前 10% 创新组合降本最大的：
50 多年前，人们就开始对各种钠 (Na) 电池进行大量研究和开发。钠硫 (NaS) 是第一个熔融钠电池，随后是钠金属卤化物电池 (NaMH)，也称为钠镍氯化物。虽然NaIB 最初是在 1980 年代与 LIB 大致同时开发的；然而，充电/放电速率、循环性、能量密度和稳定电压曲线的局限性使它们不如锂电池有竞争力。本报告模拟评估了创新组合对预计 2030 年 NaIB 成本 LCOS 的影响。基于 2030 年具有 10 小时存储的 100 MW NaIB 系统，预计 2030 年基准 LCOS 为 0.553 美元/千瓦时。在影响最大的前 10% 情景中，LCOS 范围为 0.230 美元/千瓦时至 0.280 美元/千瓦时，平均投资组合成本为 2.44 亿美元。与基线相比，LCOS 提高了约 54%。估计达到这些 LCOS 水平所需的时间线为 9-13 年。
超级电容是一种与其他电化学电池相比具有高比功率。超级电容器不需要在两个电极之间放置固体电介质层。相反，它们通过在充满电解质溶液并由绝缘多孔膜隔开的多孔电极上积累电荷来存储能量。根据电荷存储机制，超级电容可分为三种类型：电化学双层电容 (EDLC)、伪电容和混合电化学电容。EDLC 是最成熟的。超级电容可以非常快速地充电和放电，具有出色的循环寿命、较长的使用寿命，并且在很宽的温度范围内工作。它们通常最适合需要频繁小充电/放电（例如，确保电能质量或提供频率调节）的较短时间使用。主要缺点是能量密度低和自放电率高。例如，超级电容器在一个月内被动放电从 100% 到 50%，而 LIB 仅为 5%。报告评估模拟了创新组合对预计 2030 年 EDLC LCOS 的影响。基于 2030 年具有 10 小时存储能力的 100 MW 超级电容器系统，预计 2030 年基准 LCOS 为 0.443 美元/千瓦时。在影响最大的前 10% 情景中，LCOS 范围为 0.330 美元/千瓦时至 0.344 美元/千瓦时，平均投资组合成本为 8600 万美元。与基准相比，LCOS 提高了约 24%。实现这些 LCOS 水平所需的时间估计为 4-7 年。锌 (Zn) 具有低成本、高能量密度、安全性和资源丰富等特点，220 多年来，锌基电池一直是极具吸引力的开发目标。本报告模拟评估了创新组合对预计 2030 年锌电池成本 LCOS 的影响。基于 2030 年具有 10 小时储能的 100 兆瓦锌电池系统，预计 2030 年基准成本 LCOS 为 0.150 美元/千瓦时。在影响最大的前 10% 情景中，LCOS 范围为 0.079 美元/千瓦时至 0.085 美元/千瓦时，平均投资组合成本为 1.55 亿美元。与基准相比，LCOS 提高了约 45%。实现这些 LCOS 水平所需的时间估计为 5-7 年。
