根據(jù)潤(rùn)澤基金研究預(yù)測(cè)，2025年儲(chǔ)能市場(chǎng)新增裝機(jī)量預(yù)計(jì)將超300GWh。鈉離子電池成本下降空間大，使其有望顯著改善儲(chǔ)能的收益率，并在儲(chǔ)能領(lǐng)域快速滲透。
在2025年，樂(lè)觀情況下，鈉電池在儲(chǔ)能領(lǐng)域的滲透率有望提升至6%/13%，在兩輪電動(dòng)車(chē)領(lǐng)域滲透率有望提升至20%/40%，預(yù)計(jì)全球鈉電池總需求量有望超過(guò)30/70GWh。
鈉離子電池的理論成本更低，工作溫度更寬，性能與儲(chǔ)能環(huán)境更為匹配。其能在-20℃下容量保持率大于88%，這意味著相較于鋰離子電池，鈉離子電池能有效解決高寒地區(qū)儲(chǔ)能電站效率低下的問(wèn)題。
結(jié)合我國(guó)風(fēng)電分布情況來(lái)看，我國(guó)風(fēng)電項(xiàng)目主要發(fā)電分布在東北、華北、西北、東部沿海各省及云南等地，而這些地區(qū)冬季最低溫度多在-20℃以下，相關(guān)儲(chǔ)能系統(tǒng)搭載鈉離子電池也許更加適配當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境。
鈉離子電池工作原理
鈉離子電池是一種類(lèi)似鋰離子電池的搖椅式二次電池。主要包括正極、負(fù)極、電解液、隔膜、集流體五個(gè)部分，技術(shù)的重難點(diǎn)集中于正極、負(fù)極材料。
其工作原理為鈉離子在正極、負(fù)極材料中的嵌入脫嵌，以實(shí)現(xiàn)能量的充入與釋放。電池充電時(shí)，鈉離子透過(guò)隔膜從正極向負(fù)極遷移，正極中的部分鈉離子脫嵌進(jìn)入電解液，電解液中的部分鈉離子嵌入石墨或硬碳材料的晶格間隙中。放電時(shí)相反，負(fù)極鈉離子脫嵌，正極鈉離子嵌入，鈉離子從負(fù)極向正極遷移。
?鈉離子電池的儲(chǔ)能優(yōu)勢(shì)
鈉離子電池用于儲(chǔ)能，具備以下優(yōu)勢(shì)：
（1）高低溫性能優(yōu)異，可在大溫度范圍內(nèi)工作，在-40℃低溫下可以放出70%以上容量，高溫80℃可以循環(huán)充放使用。
（2）大功率工作。儲(chǔ)能設(shè)備需要滿足間歇的大規(guī)模儲(chǔ)能，同時(shí)要具備大功率輸出的特點(diǎn)。
（3）綠色環(huán)?？沙掷m(xù)。鈉電正負(fù)極集流體采用鋁箔，電池的結(jié)構(gòu)和組分更簡(jiǎn)單，也更易于回收再利用。
鈉電池儲(chǔ)能應(yīng)用
各應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)電池技術(shù)參數(shù)要求側(cè)重點(diǎn)不同：?
儲(chǔ)能應(yīng)用側(cè)重于循環(huán)壽命與可靠性，由于空間相對(duì)較大，運(yùn)行工況簡(jiǎn)單， 所以能量密度要求較低。其中大儲(chǔ)對(duì)循環(huán)壽命以及可靠性要求較高，大儲(chǔ)使用?LCOE（平準(zhǔn)化度電成本）評(píng)判成本高低，鈉離子電池雖成本低，但循環(huán)性能低，并沒(méi)有優(yōu)勢(shì)。
戶儲(chǔ)、 UPS、基站儲(chǔ)能對(duì)這兩個(gè)指標(biāo)要求相對(duì)較低，側(cè)重購(gòu)置成本，循環(huán)壽命要求相對(duì)較低；
鈉電在戶儲(chǔ)應(yīng)用
戶儲(chǔ)對(duì)循環(huán)壽命以及性能要求較低，系統(tǒng)容量不大，安全性管控較易。To C 屬性的戶儲(chǔ)容量為~100kWh 級(jí)別，容量較小，對(duì)電池的循環(huán)壽命要求較低，一般要求為 6000 次左右，鈉離子在產(chǎn)業(yè)化初期已經(jīng)接近此要求。
全球首臺(tái)鈉離子太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)
同時(shí)戶儲(chǔ)電芯數(shù)量較少，往往只有20~40 只電芯，容量為 100Ah 左右，整體系統(tǒng)電量?jī)H相當(dāng) 于 1/10 臺(tái) BEV，一致性和安全性管控較易。
ATL48V/6.5kWh 戶儲(chǔ)電柜
在戶儲(chǔ)領(lǐng)域，電池性能、循環(huán)壽命要求較低，購(gòu)置成本是核心評(píng)判指標(biāo)。鈉離子電池循環(huán)壽命能做到 4000-5000 次，在戶儲(chǔ)領(lǐng)域由于不一定滿充滿放，對(duì)電池循環(huán)壽命損傷較低，而且質(zhì)保年限通常為 10 年，按每天充放電一次來(lái)算， 鈉離子電池能夠滿足此領(lǐng)域的要求。
同時(shí)戶儲(chǔ)產(chǎn)品體積較小，鈉離子電池體積能量密度較低的問(wèn)題不會(huì)對(duì)成本和占地面積造成太大的影響。而戶儲(chǔ)用戶更關(guān)心成本，所以鈉離子電池購(gòu)置成本就是核心評(píng)判指標(biāo)。隨著鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化 的進(jìn)行，有望在此應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)磷酸鐵鋰電池實(shí)現(xiàn)快速替代。
鈉電池在大儲(chǔ)應(yīng)用
大儲(chǔ)對(duì)循環(huán)壽命和性能要求高，系統(tǒng)容量大，安全性和一致性管控難。To B 屬性的大儲(chǔ)單個(gè) EPC 容量大，為 MWh 級(jí)別，對(duì)電池的循環(huán)壽命和可靠性要求高，目前系統(tǒng)規(guī)劃應(yīng)用年限為 20 年，對(duì)應(yīng)電池的循環(huán)壽命要求在 10000 次以 上，磷酸鐵鋰體系電芯通過(guò)補(bǔ)鋰、正極改善等技術(shù)可以達(dá)到此水平。
然而鈉離子電池電芯循環(huán)壽命在 4000-5000 次，遠(yuǎn)低于磷酸鐵鋰電池，在大儲(chǔ)使用場(chǎng)景中往往需要進(jìn)行多次替換；同時(shí)大儲(chǔ)系統(tǒng)電芯數(shù)量多，往往有 3000~4000 只電 芯，且容量較大，為 280Ah+，一旦發(fā)生安全事故，整體損失較大，所以一致性和安全性管控較難。
海辰新能源3.58MWh?工商業(yè)儲(chǔ)能集裝箱
鈉電池在基站、UPS?領(lǐng)域
基站電池和 UPS 都是作為備用電源來(lái)使用，對(duì)循環(huán)壽命的要求較低，而對(duì)抗浮充性能、電量衰減率和日歷壽命要求較高。備用電源設(shè)備往往采用電網(wǎng)供電， 只有當(dāng)停電發(fā)生的時(shí)候才進(jìn)行工作，由于看重成本，以前往往采用梯次利用的磷酸鐵鋰電池作為備用電源。
隨著性能要求提升，寧德時(shí)代在 5G 基站領(lǐng)域推出了 100Ah 的電芯。在 UPS 場(chǎng)景中，電壓范圍變化較大，寧德時(shí)代推出了 20Ah 的圓柱電池來(lái)適配不同的電壓范圍。
鈉離子電池循環(huán)壽命較長(zhǎng)，有望滿足此場(chǎng)景應(yīng)用，因此類(lèi)似于戶儲(chǔ)的應(yīng)用邏輯，當(dāng)規(guī)模化降本進(jìn)行之后，有望在此領(lǐng)域快速進(jìn)行替代。
鈉電池應(yīng)用案例
產(chǎn)品案例一：鈉離子電池家用儲(chǔ)能系統(tǒng)
2022年1月，全球首款鈉離子電池家用儲(chǔ)能系統(tǒng)正式亮相國(guó)際著名消費(fèi)技術(shù)展覽——拉斯維加斯CES展。該產(chǎn)品由BLUETTI公司設(shè)計(jì)，其搭載的鈉離子電池由京津冀國(guó)家技術(shù)創(chuàng)新中心培育的高科技企業(yè)中科海鈉完全自主研發(fā)。
此次BLUETTI鉑陸帝推出的儲(chǔ)能產(chǎn)品NA300，專(zhuān)為家庭供電而設(shè)計(jì)，基礎(chǔ)款為3度電3千瓦的配置，依照家庭使用的需求，可加配4.8度電的鈉離子電池包，組成7.8度電3千瓦的增配款，或12.6度電的高配款，最高可組成25.2度電6千瓦的光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)，基本滿足中產(chǎn)階級(jí)家庭每天的電力需求。
工程案例二：中科海鈉主導(dǎo)的首個(gè)鈉離子電池儲(chǔ)能電站項(xiàng)目
2019年3月29日，由中科海鈉科技有限責(zé)任公司生產(chǎn)、中國(guó)科學(xué)院物理研究所胡勇勝帶隊(duì)研發(fā)的鈉離子電池儲(chǔ)能電站項(xiàng)目，在江蘇常州長(zhǎng)三角物理研究中心成功投運(yùn)。該儲(chǔ)能電站項(xiàng)目創(chuàng)新采用了30kW/100kWh的鈉離子電池，這是世界上首次將鈉離子電池應(yīng)用于儲(chǔ)能電站。
工程案例三：三峽烏蘭察布鈉離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)
2021年11月12日下午，全球首臺(tái)100kWh鈉離子電池?cái)?shù)字儲(chǔ)能系統(tǒng)樣機(jī)順利通電，該樣機(jī)也是烏蘭察布“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)基地新型儲(chǔ)能驗(yàn)證平臺(tái)首個(gè)完成通電測(cè)試的試制儲(chǔ)能集裝箱。
工程案例四：長(zhǎng)江航道航標(biāo)首次使用鈉離子電池。
2021年9月，長(zhǎng)江蕪湖大橋水道大橋上左右通航浮使用了一種新型航標(biāo)供電電池——鈉離子電池，該電池在長(zhǎng)江航道航標(biāo)上使用尚屬首次。
圖片來(lái)源：長(zhǎng)江航道
工程案例五：悉尼水務(wù)公司邦迪污水泵站
在2018年，Bondi 的可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的調(diào)試工作已經(jīng)完成，該系統(tǒng)包括6千瓦的太陽(yáng)能電池板、一個(gè)臨時(shí)鋰離子電池組和一個(gè)能源管理系統(tǒng)，以最大限度地提高能源效率。
該裝置是耗資1060萬(wàn)美元的智能鈉存儲(chǔ)系統(tǒng)項(xiàng)目的一部分，該項(xiàng)目主要由澳大利亞可再生能源局（ARENA）資助，旨在開(kāi)發(fā)和演示可再生能源存儲(chǔ)應(yīng)用中的鈉離子電池。
工程案例六：
FZSoNick使用Na-NiCl2系統(tǒng)為電信、公共交通和遠(yuǎn)程站點(diǎn)應(yīng)用提供備用電源。目前，F(xiàn)ZSoNick已部署了大約100兆瓦時(shí)的儲(chǔ)能容量和大約2毫安時(shí)的備用存儲(chǔ)容量，其中大部分集中在電信備份方面。他們已經(jīng)部署了超過(guò)14兆瓦時(shí)的額外存儲(chǔ)，用于“儲(chǔ)能系統(tǒng)”，以實(shí)現(xiàn)可再生能源集成、微電網(wǎng)應(yīng)用和電網(wǎng)服務(wù)（如電網(wǎng)平衡、電壓調(diào)節(jié)）。
參考資料：澤潤(rùn)基金、Carbontech、36氪、光大證券、中科海鈉、網(wǎng)絡(luò)等
原文始發(fā)于微信公眾號(hào)（艾邦儲(chǔ)能與充電）：鈉離子電池儲(chǔ)能應(yīng)用及案例