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电化学储能系统工作原理和功能

在新型储能技术路径中，电化学储能是最耀眼的明星，也是最被看好的储能方式之一。

特斯拉的Megapack大型电池储能系统(BESS)

电化学储能本质上就是把电能储存成化学能，再用化学电池的机制放出来，放到电网中变回电能。电化学储能包括锂离子、钠离子、液流等等形式，其中锂离子最为成熟，钠离子和液流还有待技术研发。

相对于抽水蓄能来说，电化学储能最大的优势就在于灵活。它可以在小型工商业或者家庭周边建立小型储能站，也可以建到大规模的厂站级别，比如在沿海的风电站或沙漠中的光伏电站附近。

电化学储能中最具商业化潜力的，就是锂离子电池。锂电池已经发展多年，随着电动车的普及，无论是技术成熟度还是成本，都达到每年几百吉瓦时级别的量产，使储能电池的成本从原来的3元左右一瓦时，降至现在的1.5元左右一瓦时。

那么，锂离子储能电池与电动车的动力电池有何区别？

在原材料和生产线方面，两者原材料近似度很高，大部分情况下能够共用生产线，但在其中的添加剂和工艺上会有稍许不同。从量产角度来说，这是锂离子储能电池的优势，也是中国发展电化学储能，同时与电动车爆发双轮共振的核心优势。

不过从研发角度来说，两者在循环寿命和能量密度方面要求不太一样。储能电池要求高循环寿命和安全性，而对能量密度没有太高要求，但动力电池对能量密度要求高。这个差异使得储能电池几乎全部是磷酸铁锂，而不用三元材料。

基于这种需求上的差异，在BMS（电池管理系统）上会有不同侧重。虽然储能电池的BMS与动力电池类似，但动力电池安装在高速运动的电动汽车上，对电池的功率响应速度和功率特性、SOC估算精度、状态参数计算数量，有更高的要求，这些调节都需要通过BMS实现。

而储能电池由于充放电更为频繁，需要侧重循环寿命。磷酸铁锂储能电池的循环次数一般是6000次起，甚至到8000次。而动力电池的寿命一般是2000-3000次。从电池结构来看，由于正负极压实密度、水分、涂布膜密度等因素，会影响电池循环寿命，这些工艺会有稍许不同。

从产业链角度来看，两者的上游几乎相同，差异主要在产业链下游。动力电池是供应主机厂，由于主机厂集中度较高，所以是大B销售的逻辑，比如电池厂签约了小鹏、理想或特斯拉，基本上可以保证未来几年的供货锁定期。

但储能电池主要卖给集成商，中间就有了分销，并且储能电池需要结合项目开发周期，会有更多的不确定性，所以基本上是根据订单来生产。

综合来看，锂电池自身的响应速度是毫秒级，能源转化率能达到85-95%，所以对功率型和电网侧储能都是适用的。再基于它的灵活性，其在电力系统的发电侧、电网侧、用电侧都可以根据需求灵活部署：

发电侧：可提高发电的稳定性，包括电力“削峰填谷”、减少弃风弃光；

电网侧：可降低输电的成本，以及调频、备用容量等，提高电网运行的稳定性和可靠性；

用电侧：可通过峰谷电价差套利，减少企业和用户用电成本，以及容量费用管理、自发供电等。

对于电化学储能的另两种方式，钠离子电池与液流电池，也是如今重要的潜在方向。

钠离子电池正处于加紧研发阶段，它的工作原理与锂离子电池相似，改变的是依靠钠离子在正极和负极之间移动来运作，替代了锂离子。

它的优势在于钠元素在自然界中大量存在。像食用盐的氯化钠就是，钠基本随处可得，是地球上的第五大元素，而锂开采资源有限。并且钠离子电池的低温性能更好，充放电性能也维持得比较稳定，比锂离子电池具有优势。

但钠离子电池的缺点在于能量密度低，比锂离子电池低3倍左右，所以一个单体电池在同样容量的情况下，钠离子电池的体积要大最少3倍。

在目前的技术水平下，钠离子电池可能成本更高。因为锂离子能量密度高，结构件就少，比如装Pack、装插箱等等，一个集装箱下来，锂离子电池例如装了3-4MWh，但是钠离子电池可能只能装1MWh左右。钠离子电池就需要更多的集装箱、配更多的电器连接件，以及PCS等等，综合算下来整个系统集成成本更高。

钠离子电池的另一个缺点，在于它的循环性能不够好。锂离子储能电池可以做到7000-8000次，但是钠离子现在还很难超过3000次，如果单体电池不超过3000次，那模块组合后可能更低，这也是钠离子的核心研发挑战。

不过宁德时代正在这方面率先尝试，不仅在推进钠离子储能电池，也在电动车动力电池中，尝试研发一种Pack组合方式，一层锂离子电池叠一层钠离子电池，这样能够中和锂离子电池低温时表现不佳的问题。

对于钒液流电池，则是更远期的研发目标。钒液流电池的技术路径完全不同于锂离子、钠离子电池，而是与氢燃料电池原理类似，它是一种活性物质呈循环流动液态的氧化还原电池，它的工作原理是通过钒化合价的变化，来实现电能与化学能之间的转化。

钒液流电池存在体积大，不易搬运的缺点，但优点也十分突出，主要是使用寿命长（循环次数20000次以上，