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绿色储能的技术实现和商业模式

北极星智能电网在线  来源:能源新媒  作者:陈永翀  2022/12/23 16:43:20  我要投稿  

北极星智能电网在线讯:储能是保障可再生能源大规模发展和电网稳定运行的关键环节。在支撑能源可再生发展的同时,储能产业自身的可再生发展也至关重要。

可再生储能的发展背景

“碳达峰、碳中和”目标的提出是应对气候变化的主要措施,大力发展可再生能源是解决气候问题和能源危机的必然选择。国际能源署(IEA)发布《可再生能源2021:至2026年分析与预测》报告,指出到2026年全球可再生能源发电装机容量将较2020年增加60%以上,达到1800吉瓦以上。

光伏和风力发电具有间歇性和波动性特点,直接接入电网会对电力系统的稳定性造成影响,而储能是保障可再生能源大规模发展和电网稳定运行的重要装备基础和关键支撑技术,是实现碳达峰、碳中和目标的重要支撑。

在支撑能源可再生发展的同时,储能产业自身的可再生发展也至关重要。目前全球储能以抽水蓄能为主,但存在一定的选址和建设难度,资源有限。以电化学储能为代表的新型储能设计灵活,不受地理因素影响,适合各类不同的储能场景。随着新型储能装机规模的扩大,上游材料的资源保障、储能系统全生命周期的碳排放以及储能系统报废后的回收处理问题开始得到关注。

因此,我们提出“可再生储能”的理念,从“长效设计、低碳制造、高效运维和绿色回收”四个方面开发绿色储能技术,并进一步发展循环经济商业模式,推动新型储能产业的绿色可持续发展。

绿色储能的技术实现途径

长效设计

在产品开发初期即立足考虑方便产品应用后的再生和回收问题,对于全生命周期的修复延寿、梯次利用和绿色回收,在生产制造前就进行针对性设计:例如,从材料层面考虑提升可修复性和可回收性,从器件(结构)层面考虑提高产品的可维护性和易拆解性。例如,设计储能电池的易回收电极,降低电池拆解、材料分离和提炼的难度,使产品更易于简单、安全、环保地进行回收。

低碳制造

低碳制造的目的是通过碳排放的控制实现环境保护和资源优化利用。电化学储能系统从原材料的供应到电池本体的制造环节均涉及不同程度的碳排放问题,其中以原材料消耗所引起的温室气体排放量为主。因此,储能电池对制造过程各环节的资源和能源消耗进行严格把控,通过精确计量、自动化控制等减少材料损耗,采用水系制造流程,避免有机废气排放,并对废水和固体废弃物进行回收再利用。在制造环节优先利用绿电和回收再生原料,采用数字技术对产线各生产设备的能耗和效率进行全面分析,制造过程结合用电峰谷进行统筹安排,减少碳足迹。

高效运维

新型储能系统的高效运维包括安全运行、智能修护和科学调度三个方面:一是储能系统实现本质安全;二是全生命周期内可以修复再生,延长系统使用寿命,三是匹配应用场景的高效运行。储

能系统尽量采用创新安全技术的大容量模组化设计,减少电池串联和并联的数量,降低电池不一致性管理方面的难度。例如,锂浆料储能电池的多孔电极和半开放电池结构设计使得安全剂注入成为可能,在电池热失控之前达到本质安全控制的目的,有效阻断安全事故的发生。另外,在生命周期内进行修复延寿,降低储能的度电成本,方便规模推广到容量型长时储能场景的高效运行。

绿色回收

新型储能绿色回收的技术途径包括节能、减排和提效三个方面,要求核心材料回收率达到95%以上,回收过程低能耗、无污染。目前废旧电池的回收有火法和湿法冶金两种方法,主要对钴、镍、锂等有价金属进行提炼回收,回收处理成本高,且存在酸碱废液的环境污染风险。

开发新型储能专用电池,采用水洗物理回收方式,核心材料经过修复再生后重新回到产品的制造环节。通过绿色可持续方法实现电化学储能系统的闭环回收与再生,促进产业可持续发展。

绿色储能的循环商业模式

基于上述可再生技术的开发,可以进一步发展绿色储能的循环商业模式,包括循环资源投入、产品即服务(储能租赁服务)、共享平台(共享储能)、产品使用扩展(电池修复延寿与梯级利用)、资源回收等模式。

循环资源投入

指循环经济的制造环节,在储能产品生产过程中尽可能使用可再生能源(“绿电”)、回收再生料和可循环使用的资产资源,将生产过程中的废水及固体废弃物等进行回收利用,减少直接排放或报废的可能性。通过循环资源投入,可以有效减少环境压力,同时为企业节约资金投入。

在政策方面,需要建立储能企业的绿电消纳凭证认证制度,制定评估产品中回收再生材料使用率的认证标准,鼓励提升产品中回收再生材料含量和可再生能源使用率。加强宣传引导,将绿色储能的循环资源投入形成产业共识。

储能租赁服务

指循环经济的使用环节,主要包括储能租赁服务与保险服务。“产品即服务”的商业模式下,一个或多个客户通过租赁或付费使用的方式使用产品,企业与用户建立长期关系,提供生命周期内的产品维护和报废后的回收服务,而客户不必担心系统的维护和保养,无需承担与产品性能相关的风险。

新型储能技术的修复延寿、高效运维和绿色回收特点都为其租赁服务商业模式的推行提供了技术基础。未来随着储能保险市场的发展,将进一步提高租赁市场机制的完善。

共享储能

共享平台能够使所有者最大限度地利用资产,充分发挥资产的价值。“共享储能”以电网为纽带,充分考虑各方需求,将独立分散的电网侧、电源侧、用户侧储能电站资源进行全网的优化配置,交由电网进行统一协调,有助于推动源网荷各端储能能力的全面释放。

通过共享储能商业模式与储能租赁服务模式的结合,可以降低新能源配套储能的建设成本和日常运维成本,同时有利于推动电网对新能源的科学消纳,必将成为未来储能产业发展的重要商业模式。

修复延寿

与梯级利用产品使用扩展是指通过维修、翻新、升级或在二级市场上的转售,有目的地延长产品的预期使用寿命。新型储能产品的修复延寿包括在线修复和离线修复两种模式,可以结合储能租赁模式下客户的不同需求提供有针对性的服务。在线修复后的产品可继续由客户使用,离线修复后的产品可进入小型储能或备用电池等梯级利用场景。

资源回收

资源回收是将物料或能源回收到产品的生命周期中,实现“避免产生-循环使用-最终处理”的循环经济法则。新型储能专用电池以绿色发展为目标,充分利用循环经济理念提升产品价值,挖掘从采购到报废所有环节在资源回收方面的潜在盈利点。

新型储能技术在最初的长效设计环节,就必须充分考虑回收问题,提供有助于降低回收难度、提高回收率的电池材料和结构设计方案。未来还需要加强储能电池回收标准和政策的顶层设计,完善税收优惠政策,从战略高度进行储能回收产业发展布局,落实生产者责任延伸制,创造绿色发展新价值。

结论

“安全、经济、绿色”是新型储能技术和产业发展的三大目标。《“十四五”新型储能发展实施方案》明确指出,要“加快建立以企业为主体、市场为导向、产学研用相结合的绿色储能技术创新体系”。未来新兴储能市场需要高安全、低成本、可持续的产品技术途径和商业标杆解决方案。因此,新型储能技术的开发在考虑安全和成本的同时,还需特别关注绿色发展。

文 | 陈永翀 冯彩梅 刘丹丹

作者供职于中国科学院电工研究所储能技术组

刘勇

作者供职于中国化学与物理电源行业协会储能应用分会


原标题:绿色储能的技术实现和商业模式

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