鉛炭電池，長時儲能領域的又一匹“黑馬”？
時間：2023-09-08 12:51:02
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文 | 能鏈研究院
盯住鋰電池儲能不足夠安全、時長較短這一點小“瑕疵”的，除了液流電池外，還有鉛炭電池。
鉛炭電池并不是新鮮事物，如果說鉛酸蓄電池，很多人就不會感到陌生了。目前，大街上跑動的兩輪電動車、低速電動車等絕大多數裝載的是這類電池。特點是成本便宜，相對安全，缺點是續航里程不高，但體積和質量也能接受，適合在移動的帶電量不高、需要頻繁充電的場景下應用。但致命的問題是循環次數太低，固定型的只有300次，裝車的也只有500-800次。
青出于藍而勝于藍，作為鉛酸電池的升級版，鉛炭電池通過在負極材料里增加電容活性炭，算是“逆天改命”，擁有更安全、長時儲能的優勢，能量密度、功率密度方面得到了優化，讓其在儲能領域找到了用武之地。
兩個多月前并網的江蘇長強鋼鐵液冷用戶側儲能電站，采用的就是鉛炭電池。該電站項目規模為25.3MW/243.3MWh，由10個儲能單元構成，是國內用戶側單體最大的鉛炭電池儲能項目，儲能時長方面甚至超過了4-8小時的全釩液流電池，以預制艙戶外布置的形式建設而成，投運后的年放電量高達5720萬度電。這也是國內容量最大的采用組串式儲能系統的工商業儲能電站。
目前，在已經實現商業化、產業化落地的電化學儲能技術中，液流電池與鉛炭電池已成為繼鋰電池后兩股不可忽視的力量。
長時、安全，鉛炭電池的兩張王牌
任何新型儲能技術的脫穎而出，都有自己的兩把刷子。鉛炭電池主打的就是安全性、10小時的儲能時長和性價比足夠高，這三點已經讓其有了立足之地。
鉛炭電池并沒有跟磷酸鐵鋰、三元鋰電池一樣，去搶電動汽車的生意，也沒有替代磷酸鐵鋰小時級儲能的想法。畢竟未來新型電力系統需要的是不同時長、不同類別、適應不同場景需求的儲能技術的最優組合，不同技術路線的儲能系統，只要在經濟性、安全性上能跑出來，就能擁有一席之地。
鉛炭電池是“混血兒”，屬于電容型鉛酸電池，通過在鉛酸電池的負極金屬鉛中摻入特種活性炭，解決了硫酸鹽化問題，避免了硫酸鉛結晶顆粒長大而失去充放電的可逆性，有了活性炭，衰減問題就化解了，循環性增強，電池壽命相比鉛酸電池可直接提高6倍，在大規模儲能領域應用就有了資格。
鉛酸電池的電化學反應原理
而且功率密度也提升了3倍，可達300~400W/kg（接近鋰電池），充電速度快了8倍。這與鉛炭電池兼具鉛酸電池和超級電容器兩種技術有關，既有電容瞬間大容量放電的特性，又具備能量優勢，可快速充放電。鉛炭電池的能量密度可以提升到40~60Wh/kg，高于當下的液流電池，更不需要“攜帶”兩個大儲罐，這意味著體積和占地面積更小一些。而且鉛炭電池儲能柜的密度要求更低，1m就符合要求（鋰電池需要3m），可以更密集的方式堆疊，一定程度上彌補了能量密度較低的劣勢。
更關鍵的一點是，鉛炭電池的性價比很高，成本遠低于鋰電池儲能的1.5元/Wh的一次性初始投資，僅為0.8-1元/Wh。當然，如果與同為長時儲能的釩液流電池比較，兩者均剛剛跨過商業化的臨界線，且電解液等都有較高的回收率和成熟的回收工藝、技術，鉛炭電池的壽命只有5-8年左右，但好在成本低，單體電池容量更大，BMS成本低一些，后者的液流電池則可妥妥使用20年，但單瓦時的投建價格高。對比會發現，魚與熊掌很難兼得，但液流電池的成本高和體積大的缺點，其實并非硬傷，后期可以逐步改進。
安全性是鉛炭電池的另一張王牌，由于沒有易燃物，溫升過程時間較長，同時與液流電池一樣，使用的是水性電解液（稀硫酸水溶液），不用擔心熱失控和燃料、爆炸問題。
玩家眾多，鉛炭電池頻頻落地項目
相比液流電池的姍姍來遲，鉛炭電池落地項目的時間更早。只不過，過去是零散項目稀稀落落，但自去年下半年以來，鉛炭電池儲能項目擴產、中標、投運的消息不斷，行業關注度也得到了大幅提高。
從產業鏈角度看，鉛炭電池由于取自鉛酸電池，因此參與者多為鉛蓄電池領域的老牌選手，如天能股份、超微集團、圣陽股份、南都電源、雙登集團，采取的技術路線較為類似。他們在鉛炭領域積淀多年，比如雙登集團2009年就開始在電池材料、合金配制方面研究，還推出了1.2MWh的集裝箱方案，南都電源電池的循環性能已達到6000次以上，并已應用在國內多個儲能示范項目中，包括臨安2MWh、浙江鹿西島4MWh微網儲能、珠海萬山海島6MWh等。
天能股份也是重要的一位參與者，其鉛炭電池可以進行大規模、高比例長時段儲能。早在2020年，天能就參建了10千伏雉城鉛炭電池儲能電站，這是當時浙江省首批4個在建電網側儲能項目。2022年12月，天能股份與太湖能谷簽署采購合作協議，未來三年內將采購不低于30GWh的鉛炭電池電芯。而且在天能股份已投入和運營的30多個儲能項目中，有超過20個以上為鉛炭電池。
除鉛蓄電池領域的巨頭們浸淫多年外，昆工科技算是跨界者，其在2021年11月就成立新能源子公司，將獨有的鋁基鉛合金板柵制備技術，用于大容量長時鉛炭儲能電池領域。今年7月25日，昆工科技年產2000萬KVAh新型鉛炭儲能電池項目開工，總投資24億元。
從去年開始，鉛炭儲能項目的投建開始加速。2022年5月，國家電投旗下吉電能谷在吉林白城投資的年產20吉瓦鉛炭電池產線開工建設；同年9月，昆工科技發布公告，將在云南曲靖投資建設年產10吉瓦的鉛炭電池項目；今年三月，國家電投煤山用戶側共享儲能項目一期工程EPC總承包公開招標，建設規模達5.04MW/48.66MWh，選擇的也是鉛碳電池技術路線；2023年4月，投資100億元的內蒙古察右中旗與太湖能谷簽約鉛炭儲能電站項目，裝機高達10GWh。
大容量、長時是已投運鉛炭儲能項目的兩大特征。目前，單體裝機規模超過100MW的鉛炭儲能電站很普遍，甚至有超過1GW裝機的項目。
并駕齊驅，鉛炭電池與液流電池共舞
今年上半年，國內新型儲能投運裝機量大爆發，半年增長了過去10年的總和，總裝機功率接近20GW，預計今年有望新增16GW。其中，鉛炭電池的增量僅次于液流電池。目前，鉛炭電池儲能裝機容量占全部電化學儲能裝機的10%左右，如果按功率計算，則有不到3%的市占率，與液流電池的份額不相上下。
無論是液流電池還是鉛炭電池，都在頂層及各地方省市相關儲能支持政策中有“露面”，與支持和鼓勵新型儲能多技術路線發展的導向保持了一致性。
今年8月22日，工信部、國家發改委、商務部三部門印發《輕工業穩增長工作方案（2023—2024年）》，方案要求大力發展高安全性鋰電池、鉛炭電池、鈉電池等產品，擴大在新能源汽車、儲能、通信等領域應用，鉛炭電池赫然在列。
2022年初，國家《“十四五”新型儲能發展實施方案》也明確，開展包括鉛炭電池、鈉離子電池、新型鋰離子電池、液流電池、壓縮空氣、氫（氨）儲能、熱（冷）儲能等關鍵核心技術、裝備和集成優化設計研究與應用落地，支撐構建新型電力系統，加快推動新型儲能高質量規模化發展。
中國科學院大連化學物理研究所張華民認為，憑借充電接受能力強、安全可靠、制造成本低等優勢，在可再生能源廣泛利用和儲能市場規模不斷擴大的背景下，鉛炭電池將成為繼鋰離子電池、液流電池之后，儲能電池的又一發展方向。
不僅僅能滿足長時儲能需求，高安全性是鉛炭電池、液流電池在某些場景下替代鋰電池儲能的重要考量因素。出于安全考慮，鉛炭電池可以在人員密集區、危化場所、建筑地下空間、數據中心、電力設施等對安全性要求極高的場景下配置。這時，鋰電池可能會受到限制。
未來，新型儲能領域將是百花齊放的格局，有滿足長時儲能需求的，有強調功率響應能力的，也有主打安全等特殊場景。鋰電池、壓縮空氣、液流電池、鉛炭電池處于已經實現商業應用的第一梯隊，后續裝機量的快速增長不成問題。但最終誰能拿到最大的市場份額，就要看能量密度、安全性、溫度適應性、經濟性、循環次數等方面的持續進化能力了。
