從儲(chǔ)能方式來(lái)看，抽水儲(chǔ)能為目前國(guó)內(nèi)累計(jì)裝機(jī)規(guī)模最大的蓄能方式，占比達(dá)到了89.3%;其次是電化學(xué)儲(chǔ)能，裝機(jī)規(guī)模占比為9.2%。熔融鹽儲(chǔ)熱裝機(jī)規(guī)模占比為1.5%;壓縮空氣儲(chǔ)能和飛輪儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模占比都小于0.1%。電化學(xué)儲(chǔ)能中，鋰電池仍為主導(dǎo)儲(chǔ)能形式，占總量88.8%，鉛蓄電池為第二大分支，占到10.2%。
隨著鉛炭電池技術(shù)在近年日趨成熟，國(guó)內(nèi)儲(chǔ)能市場(chǎng)各類(lèi)型的項(xiàng)目招投標(biāo)中，鉛炭電池已經(jīng)成為重要參與者之一。
電池技術(shù)
承襲鉛酸電池成熟技術(shù)，負(fù)極摻炭提升壽命和能量密度
鉛酸電池包含正極板組、負(fù)極板組、隔板、電解液、容器等結(jié)構(gòu)組成。正極板活性物質(zhì)為二氧化鉛，負(fù)極板主要活性物質(zhì)為鉛。放電過(guò)程中正負(fù)極板上會(huì)形成細(xì)小松軟的硫酸鉛晶體，充電過(guò)程中硫酸鉛歧化為鉛與二氧化鉛。
放電過(guò)程中正負(fù)極板上會(huì)形成硫酸鉛晶體
鉛酸電池因其性?xún)r(jià)比、回收率及安全性高、市場(chǎng)規(guī)模大等優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于電動(dòng)車(chē)、汽車(chē)及能源存儲(chǔ)等領(lǐng)域，其在能源市場(chǎng)占比超過(guò)其他電化學(xué)電池的總和。但鉛酸電池仍然存在比能量密度低、循環(huán)壽命短等問(wèn)題。
鉛炭電池是一種電容型鉛酸電池，是從傳統(tǒng)的鉛酸電池演進(jìn)出來(lái)的技術(shù)，它是在鉛酸電池的負(fù)極中加入了活性碳，能夠顯著提高鉛酸電池的壽命。
相比于傳統(tǒng)的鉛酸電池，在“平行機(jī)理”效應(yīng)下，實(shí)現(xiàn)了鉛離子到鉛的轉(zhuǎn)換，從而使電化學(xué)反應(yīng)循環(huán)往復(fù)，但難溶的硫酸鉛會(huì)阻斷反應(yīng)的進(jìn)行，致使反應(yīng)中止。
碳材料在負(fù)極中所起的作用主要是建立導(dǎo)電網(wǎng)格、形成雙電容層、抑制難溶硫酸鉛晶體的形成、增加活性作用位點(diǎn)等，在減少鉛用量的同時(shí)延長(zhǎng)電池壽命，使電池性能得到綜合提升。
鉛離子在碳表面還原速率遠(yuǎn)大于在鉛表面，大顆粒硫酸鉛晶體被延緩形成
根據(jù)負(fù)極板碳材料的混合方式不同，可將鉛碳電池分為外并式鉛碳電池、內(nèi)并式鉛碳電池、內(nèi)混式鉛碳電池等。
根據(jù)碳材料混合方式可分為三類(lèi)鉛炭電池
鉛炭電池將鉛酸電池和超級(jí)電容器兩者合一：既發(fā)揮了超級(jí)電容瞬間大容量充電的優(yōu)點(diǎn)，也發(fā)揮了鉛酸電池的比能量?jī)?yōu)勢(shì)，且擁有較好的充放電性能。而且由于加了石墨烯，阻止了負(fù)極硫酸鹽化現(xiàn)象，改善了過(guò)去電池失效的一個(gè)因素，更延長(zhǎng)了電池壽命。
鉛炭電池相較于傳統(tǒng)鉛酸電池性能升級(jí)明顯
鉛炭電池材料技術(shù)是儲(chǔ)能電池領(lǐng)域的主流技術(shù)，因其成本低、安全性高等突出優(yōu)勢(shì)，大容量鉛炭?jī)?chǔ)能電池可廣泛用于太陽(yáng)能、風(fēng)能、風(fēng)光互補(bǔ)等各種新能源儲(chǔ)能系統(tǒng)，智能電網(wǎng)、微電網(wǎng)系統(tǒng)、無(wú)市電、惡劣電網(wǎng)地區(qū)的供電儲(chǔ)能系統(tǒng)，電力調(diào)頻及負(fù)荷跟蹤系統(tǒng)、電力削峰填谷系統(tǒng)以及生活小區(qū)儲(chǔ)能充電系統(tǒng)等，是主流儲(chǔ)能電池之一。
安全性
鉛炭更適應(yīng)高價(jià)值設(shè)備及人群密集場(chǎng)所儲(chǔ)能需求
在新型儲(chǔ)能中，電化學(xué)儲(chǔ)能以效率高、響應(yīng)快、建設(shè)周期短、技術(shù)適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)發(fā)展迅猛，逐漸成為儲(chǔ)能電站的主流。
而在電化學(xué)儲(chǔ)能中，鋰離子電池雖然憑借能量密度高，技術(shù)成熟的優(yōu)勢(shì)占接近90%的比重，但也由于事故多發(fā)，用戶(hù)對(duì)電池安全性的考量進(jìn)一步提升。
鋰電池由于使用有機(jī)物質(zhì)作為電解液溶劑，當(dāng)不正確使用時(shí)(熱濫用、電濫用和機(jī)械濫用)，磷酸鐵鋰等類(lèi)型的鋰電池會(huì)發(fā)生不可逆的熱失控行為，存在較大的火災(zāi)危險(xiǎn)性。
在儲(chǔ)能電站、變電站等實(shí)際運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景中，往往將成百上千節(jié)的電池單體經(jīng)過(guò)串并聯(lián)后形成電池模組或者電池簇后集中使用。
在該種情況下，一旦其中某節(jié)電池發(fā)生火災(zāi)，其釋放的強(qiáng)熱、燃燒等行為會(huì)造成周?chē)姵販囟壬仙瑢?dǎo)致整個(gè)電池模組的熱失控，甚至造成整個(gè)電池系統(tǒng)的火災(zāi)、爆炸事故。
228Ah的磷酸鐵鋰電池，100%SOC狀態(tài)下熱失控產(chǎn)生三次射流火
相較鋰電池而言，鉛酸/鉛炭電池由于自身結(jié)構(gòu)及反應(yīng)機(jī)理，主要使用稀硫酸水溶液作為電解液，不會(huì)發(fā)生熱失控、自燃爆炸情況。
因此在鋰電池使用受限制的特殊環(huán)境如人群密集場(chǎng)所或高價(jià)值設(shè)備機(jī)房，其備電、儲(chǔ)能項(xiàng)目方面鉛炭電池憑借其較高的安全性，適用性更強(qiáng)且?guī)?lái)的安全隱患更少。
經(jīng)濟(jì)性
成本優(yōu)勢(shì)+地區(qū)性峰谷電高價(jià)差推動(dòng)鉛炭電池儲(chǔ)能站推廣
目前儲(chǔ)能站盈利模式的其中一類(lèi)是采取峰谷電價(jià)套利模式，即儲(chǔ)能站在谷時(shí)充電，峰時(shí)放電，以此補(bǔ)平電網(wǎng)負(fù)荷曲線的同時(shí)獲取峰谷電價(jià)差值的收益。
參考2023年各省電網(wǎng)企業(yè)代理購(gòu)電價(jià)格來(lái)看，江蘇、上海、浙江、福建、廣東等省為代表性較強(qiáng)的省份，選取谷時(shí)和高峰時(shí)段電價(jià)進(jìn)行比較，上海和福建的峰谷電價(jià)差值較小，僅為0.56元、0.52元/KWh，而廣東則價(jià)差較大，達(dá)到1.05元/KWh。
表4：廣東省峰谷電價(jià)差較大，達(dá)到1.05元/KWh，上海和福建則較小
從全生命周期來(lái)考慮，儲(chǔ)能站的度電成本包括前期建設(shè)成本、過(guò)程中充電成本及維護(hù)成本、換電成本以及回收成本四大項(xiàng)。以每個(gè)市內(nèi)小型鉛炭?jī)?chǔ)能電站容量50KWh，功率5KW，使用年限為8年進(jìn)行計(jì)算，江蘇、廣東等省可取得較高的投資回報(bào)率。
江蘇、廣東等省小型鉛炭?jī)?chǔ)能電站可取得較高的投資回報(bào)率
目前的鉛炭電池建造成本在0.35-1元/Wh左右，相較于鋰離子電池0.8-2元/Wh的成本而言具有較大的經(jīng)濟(jì)性?xún)?yōu)勢(shì)。
同時(shí)隨著鉛炭電池的技術(shù)不斷成熟，電芯成本的不斷降低，采用鉛炭電池作為電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)預(yù)計(jì)不斷增強(qiáng)。
鉛炭電池具有成本優(yōu)勢(shì)
應(yīng)用場(chǎng)景
5G基站儲(chǔ)能方興未艾，鉛炭更符合家庭儲(chǔ)能安全性考量
1.基站儲(chǔ)能：5G基站儲(chǔ)能聯(lián)動(dòng)虛擬電廠，降低電費(fèi)成本并實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能盈利
我國(guó)5G基站的建設(shè)運(yùn)營(yíng)模式主要采用中國(guó)鐵塔建塔、引電建設(shè)基礎(chǔ)配套設(shè)施，移動(dòng)、聯(lián)通、電信三大主運(yùn)營(yíng)商租塔、安裝設(shè)備并進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)的模式，運(yùn)營(yíng)電費(fèi)由鐵塔代運(yùn)營(yíng)商統(tǒng)一向電力部門(mén)繳納。
5G基站開(kāi)通后電費(fèi)成本開(kāi)支已高于鐵塔租費(fèi)，較大的5G基站耗電量已經(jīng)成為阻礙5G和制約行業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要因素。
利用儲(chǔ)能裝置在負(fù)荷高峰時(shí)期放電，負(fù)荷低谷時(shí)期從電網(wǎng)充電，減少高峰負(fù)荷需求，節(jié)省用電費(fèi)用，從而達(dá)到改善負(fù)荷特性、參與系統(tǒng)調(diào)峰的目的，同時(shí)節(jié)省電費(fèi)、最大限度套利。
基站電源系統(tǒng)主要分為交流供電系統(tǒng)、直流供電系統(tǒng)兩部分。交流供電系統(tǒng)包含市電引入、移動(dòng)油機(jī)、浪涌保護(hù)器、交流配電箱等。直流供電系統(tǒng)包含高頻開(kāi)關(guān)組合電源，蓄電池等。
圖9：基站電源系統(tǒng)主要分為交流供電系統(tǒng)、直流供電系統(tǒng)兩部分
針對(duì)基站現(xiàn)有配電系統(tǒng)，在交流配電箱后引入ESS儲(chǔ)能系統(tǒng)，在電價(jià)低谷時(shí)，通過(guò)ESS儲(chǔ)能系統(tǒng)PCS給儲(chǔ)能電池充電，在電價(jià)高峰時(shí)，由儲(chǔ)能電池反向放電，以實(shí)現(xiàn)峰谷套利。
在交流配電箱后引入ESS儲(chǔ)能系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)峰谷套利
2.家庭儲(chǔ)能：歐洲住宅儲(chǔ)能安裝熱潮，鉛炭電池更符合木結(jié)構(gòu)建筑安全考量
歐美家庭住宅，特別是獨(dú)棟房屋存在大量木質(zhì)結(jié)構(gòu)。因此儲(chǔ)能電池安全性同樣是布置家庭儲(chǔ)能電站較為重要的考量因素之一。鉛炭電池不會(huì)發(fā)生熱失控自燃、爆炸等安全性?xún)?yōu)勢(shì)在木質(zhì)結(jié)構(gòu)家庭儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景中得到展現(xiàn)。
同時(shí)歐美獨(dú)棟住宅空間較大，地下室、車(chē)庫(kù)等大面積空間富裕，使用鉛炭電池替代鋰電池作為儲(chǔ)能電池時(shí)對(duì)于體積較大、重量較大等問(wèn)題并不敏感。
家庭儲(chǔ)能用鉛炭電池安全性占優(yōu)，同時(shí)體積和重量較大的問(wèn)題影響較小
參考資料：開(kāi)源證券、網(wǎng)絡(luò)
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原文始發(fā)于微信公眾號(hào)（艾邦儲(chǔ)能與充電）：?鉛炭電池儲(chǔ)能研究，應(yīng)用于通信基站及家庭儲(chǔ)能