我国新能源储能电池产业技术经济分析.pdf

内容提要伴随新能源经济的膨胀、全球暖化带来的环境压力和政治压力，中国的太阳能光伏 发电和风能发电装机量呈爆发式增长。新能源产业的发展也为储能电池产业带来全新 的机遇，数据表明，中国新能源储能电池产业也以惊人的速度迅速成长。然而新兴产业的诞生总是伴随着技术方向的分歧、技术标准的缺失以及市场的整体 混乱。当前，我国新能源储能电池产业的技术研发人员、投资者、经营者、购买者和 政策制定者亟需深入了解该产业形成过程中所产生的技术经济问题，作为决策的依据。本文从产业技术路线选择、产业市场环境分析和产业经济价值预测三个角度对中国 新能源储能电池产业进行了产业技术经济分析。本文的研究填补了新能源储能电池行业的技术经济研究空白，为市场参与者提供决 策支持意见，并为后续技术经济研究奠定基础。此外，本文也试图探索产业技术经济 研究方法，并重视以管理学方法分析和解决技术经济问题。目录第1章绪论.11.1 选题背景与研究意义.11.2 国内外研究现状.21.3 研究方法与技术路线.3第2章产业技术经济理论研究.52.1 产业技术经济理论概述.52.2 技术评价理论.62.3 产业市场分析理论与产业经济评价理论.7第3章 新能源储能电池技术评价.103.1 新能源储能电池技术发展沿革.103.1.1 储能技术定义及分类.103.1.2 技术生命周期分析.123.1.3 储能技术的前沿发展.123.2 主流储能电池产品技术性能评价.143.3 储能电池技术的应用现状.173.3.1 光伏/风电系统.173.3.2 基于可再生能源的混合电力系统.183.3.3 智能电网.19第4章 我国新能源储能电池市场分析.234.1 新能源储能电池产业环境分析.234.1.1 新能源储能电池产业的PESTLE分析.234.1.2 我国宏观经济战略对新能源市场的影响.244.1.3 我国针对新能源产业发展的政策分析.244.2 新能源储能电池市场营销分析.264.2.1 销售渠道分析.264.2.2 用户需求分析.294.2.3 市场参与者影响力分析.304.2.4 行业壁垒.314.3 新能源储能电池市场竞争现状.324.3.1 部分储能电池主要生产企业概况.324.3.2 市场主要竞争者优劣势分析.36第5章 新能源储能电池产业经济效果预测.385.1 应用市场容量分析光伏发电装机量预测.385.1.1 产业链结构及主要参与者.385.1.2 行业驱动力和未来影响因素.395.1.3 中国太阳能光伏发电装机容量预测.405.2 应用市场容量分析-风电装机量预测.415.2.1 产业链结构及主要参与者.425.2.2 行业驱动力和未来影响因素.425.2.3 中国风力发电装机容量预测.435.3 新能源储能电池产业经济效果预测.445.3.1 新增独立光伏/风电市场的测算.455.3.2 新增并网光伏/风电市场的测算.485.3.3 电池使用寿命对替换市场的影响.495.3.4 新能源储能电池产业市场容量与经济价值预测.50第6章结论.546.1 对中国新能源储能电池产业的研究结论.546.2 研究展望.55参考文献.56附录.59论文摘要.IABSTRACT.Ill致谢.V第1章绪论第1章绪论1.1 选题背景与研究意义伴随新能源经济的迅速膨胀、全球暖化带来的环境压力和政治压力，主要国家都将 新能源行业列为今后几年的发展重点，中国的太阳能光伏发电和风能发电装机量也正 存在爆发性增长。市场数据表明，今后十年新能源产业仍将以平均高达50%以上的 增长速率在全球范围内高速发展。新能源产业的发展也为储能技术带来了全新的机遇，储能电池（化学储能技术）在 各种储能技术中发展最为成熟，也率先迎来新能源发展阶段，催生了新能源储能电池 技术和产业。近年，虽然蓄电池在传统市场渐趋饱和与产业夕阳化，但欧洲新能源主 要市场为中国蓄电池企业提供了大批订单，并从市场需求的角度拉动了产业发展和技 术变革：中国新能源储能电池技术和产业发展正与国际同步。然而一个新兴产业的诞生总是伴随着技术方向的分歧、技术标准的缺失以及市场的 整体混乱。至少有以下几种行业参与者需要加深对这一行业技术经济问题的理解：（1）技术研发者：需要在了解市场需求和当前产业形势的基础上，适时推出适用的技术；（2）投资者：需要了解技术发展的可能方向及市场需求，帮助投资决策；（3）经营者：了 解技术动态、经济回报和市场信息，参与市场竞争；（4）购买者：了解产品状态和其 他购买者行为，帮助消费决策；（5）政策制定者：了解产业发展动态，帮助制定政策 法规和规范市场行为。上述问题属于典型的产业层面技术经济问题。本文是作者在2009年受企业委托,与高校和管理咨询公司合作进行新能源储能电池行业技术经济分析的基础上完成的。本文的研究至少具有以下意义。（1）填补新能源储能电池行业的技术经济研究空白。近年来虽然新能源产业的研 究受到了学界的普遍关注，但新能源储能技术作为正在形成的分支产业和交叉产业尚 未得到业界和学界的普遍重视，尤其是相关技术经济研究较为空白。（2）满足市场参与者和后续学术研究的需要。上述五种市场参与者亟需该领域的 技术经济研究，本文的主要目的就是为他们提供决策支持；同时，相关技术领域、商 业、经济学界的研究者也可作为研究参考。（3）产业技术经济研究方法的理论创新。本文除实际参考价值外，也试图探索产 吉林大学硕士学位论文业技术经济研究方法，并在具体分析模型上回归工商管理学科的经典理论，用管理学 的视角思考产业技术经济问题。1.2 国内外研究现状由于新能源储能电池产业仍处于形成阶段，国内外的相关研究资料较少，且主要是 从技术角度出发的，关注的重点一方面是储能技术与新能源系统结合的可行性和技术 方案：如陈习坤，汤双清(2007)分析飞轮储能技术在并网风电和独立风电系统中的 应用叫以及唐西胜，武鑫，齐智平(2007)对光伏系统用超级电容储能电池方案的研 究类似研究还有 F.Mat t era,D.Benchet rit e(2003)，Dirk Uwe Sauer,Jurgen Garche(20 0 1)6,以及陈维，沈辉，邓幼俊(2006)，靳建鼎(2009)等。技术研究的另一方式是对新能源储能电池应用前景的介绍，此类研究主要成果有桂 长清(2008)冏，王志坤(2009)叫 叶锋(2008)11,鞠洪新，于金辉(2009)阿等,其中桂长清发电系统中的储能电池对的介绍最为系统详尽。国外类似研究包括Isidor Buchmann(2001)I3,Masaaki Shiomi(20 0 1)阿以及坂本研也(2001)15o应该看到，当前关于新能源储能电池产业的技术研究还有明显的缺陷。一方面，大 量高新技术、尤其是准商业化技术作为商业机密保存在领导企业的实验室中，难以在 学界共享；另一方面，技术领域的专家在技术路线的发展方向上存在明显分歧，各种 不同技术的未来难以预测。同时，由于缺乏市场数据和经济分析，单纯的技术研究也 难以为最终的商业化进程提供决策支持。而在技术经济学科内部，目前还没有以新能源储能技术为研究对象的产业技术经济 研究，少量相关的研究例如朱元(2003)U6对电网需求侧管理技术的技术经济分析；而在方法论上，傅家骥、雷家啸(2003)等技术经济专业领军人物在分析技术经济方 法论问题时指出产业层面技术经济分析缩影关注的焦点，包括技术创新和扩散、创业 投资等；刘晓明，章卫民等(2009)则总结高新技术产业在中国发展的一般规律。类似研究还有芮雪琴(2008)1网提出以循环经济的视角进行产业技术经济评价，沈浸(2007)口91则系统分析了当代技术经济理论中对于产业技术经济分析的方法。整体来说，近年来技术经济学科对于产业层面的技术经济研究并不多，虽然有一些 研究关注到新能源领域，但对新能源储能技术的关注还远远不够。与此相对，许多新 能源行业协会、储能技术行业协会、业内领导企业和管理咨询机构已经对该领域有了 2第1章绪论一定的研究，虽然这些研究公开性较差，但为后续研究提供了重要参考。1.3 研究方法与技术路线本文提出产业技术经济分析的基本思路：1.产业技术分析。包括技术路线和产品生 命周期分析、不同技术路线的性能评价以及不同技术路线的市场应用情况；2.产业市场 分析。包括商业环境分析、营销要素分析和市场主要竞争者评价。3.产业经济效果预测。不同于传统的项目技术经济研究方法侧重于技术方案选择和财务可行性评价，产业技 术经济分析更关注技术发展方向与整体市场前景。因此本文的研究重点是新能源储能 电池产业的技术路线分析和经济效果预测。在研究方法上，本文更多采用了工商管理学科的经典理论和商业研究方法，并吸收 管理咨询业广泛使用的分析框架和市场预测方法，体现了技术经济分析的学科特点。数据来源上，本文主要采用一手调研数据。2009年6月至2009年8月期间，作者 先后调查了新能源储能电池厂商、相关供应商和经销商、产品客户、行业协会和政府 主管部门等相关领域的管理者或专家共计70余人，地点涵盖了 20个省级行政区，调 研方式包括问卷调查、电话访谈和实地访谈等，内容涵盖技术、市场、商业环境、未 来趋势等若干领域。访谈的部分名录见附录。在市场预测时，本文参考了部分二手数据，主要是政府相关统计、政策法律和权威 行业协会的市场报告与预测数据。所采用的历史数据为2006至2008年，部分追溯到 2000年，基年为2008年，预测年份为2009至2015年。本文调查研究的技术路线如图L1所示。3吉林大学硕士学位论文图1.1本文调查研究技术路线图4第2章产业技术经济分析理论研究第2章 产业技术经济理论研究2.1 产业技术经济理论概述傅家骥（2003）认为，技术经济学是研究技术与经济相互关系以及技术自身客观 规律的一门科学，这一分类得到学界的广泛认同。技术经济学是一门自然科学与社会 科学交叉，数学、工程技术科学与经济科学交叉，以及经济科学内部各学科交叉，综 合性、应用性很强的边缘学科。I?。50年代初期，中国从前苏联引进技术经济分析方法，技术经济分析在历史上相当 长的时间内停留在项目决策层面，分析重点是项目技术比选和财务可行性。研究表明，技术经济分析的主要内容有技术经济比较原理；经济效果原理；技术经济预测和决策 原理；技术经济计算方法；技术方案的各种技术经济指标体系；技术进步对经济发展 的能动作用理论；技术适宜性和条件性原理等。】技术经济分析的研究对象必然要向产业层面转移2汽一方面固然是因为项目技术 经济分析的可研究空间逐渐减少，更重要的是产业技术经济分析能全面体现技术经济 关注技术与经济相互关系以及技术自身客观规律的学术使命，满足市场参与者和学术 研究的需要。特别是近年来，创新与创业逐渐成为技术经济研究的主要领域，这更对 新兴产业技术经济分析提出了要求。徐斌（2007）在对115部技术经济学著作进行统计研究的基础上，分析得出在技 术经济学研究主题中，涉及产业技术经济分析的包括技术经济指标体系、技术评价、技术创新、技术进步与产业结构、高新技术产业及风险管理、技术进步与产业组织、海外直接投资等。本文在产业技术经济分析中主要借鉴技术评价理论、市场分析相关 方法和经济评价理论。值得说明的是，产业技术经济分析与产业经济学的分析有着明显的区别。（1）在研 究对象上，产业技术经济分析往往关注高新技术和新兴产业，研究时点应比产业经济 提前；（2）在研究内容上，产业经济学主要研究产业内组织等经济问题，而产业技术 经济分析更关心技术与经济的互动关系，特别是技术本身在产业内的创新与扩散过程;（3）在分析方法上，虽然二者都重视使用系统论和经济学方法，但技术经济分析重视 经济效果预测、技术评价、技术创新等方法的应用。5吉林大学硕士学位论文2.2 技术评价理论1.技术评价“技术评价”一词最早由美国前议员戴达利在1966年国会的一份报告中提出的。1972年美国通过立法建立了国会技术评估办公室，随后在美国国家科学院工学院以及 联邦政府的一些机构和私营企业也都建立了相应机构。技术评价关注于技术的先进性、成熟性和市场性。沈涅（2007）分析了国际研 究方法中，不同技术评价指标体系对技术先进性、成熟性和市场性的关注，提出这是 技术评价的核心内容。OECD提出的技术评价程序共分为九步：明确问题；弄清技术评价的实施范围及前 提条件等；列举相关技术的替代方案；明确影响范围（影响的可能性影响的种类、对 象）；影响评价（影响的重要程度）；明确决策者（团体或个人）明确利益相关者；替 代方案（选出可能的较优的方案）；替代方案的综合评价和结论。Ml技术评估有专家评估、经济分析、运筹学评价和综合评价四类方法。阳（1）专家评估法：以评价者的主观判断为基础的评估方法。通常以分数或指数等 作为评价尺度，然后把它们适当综合起来。（2）经济分析法：以经济指标作为尺度，通过成本效益分析对技术进行研究和评 价。（3）运筹学评价法：利用数学模型对多因素的变化进行定量的动态评价。（4）综合评价法：将前三种评价法以不同形式组合起来。2000年出版的沃顿论新兴技术管理（Whart on Managing Emerging Technologies）是该研究计划阶段性成果的集成2叫该书探讨了技术评估、市场管理、战略制定、投 融资策略、组织结构等一系列关键问题，成为第一部较为系统地研究新兴技术管理的 理论著作。该书也系统分析了技术评价问题的国际主要流派和研究方法。2.技术生命周期1966年，哈佛大学教授维农（Vemon）在论述技术差距理论的基础上，提出了产 品生命周期理论。所谓技术生命周期（Tech Life Circle）是指一项从研制成功进入市场 到成长、成熟直至最后被淘汰出市场的整个时间历程，它反映了产品随时间的推移在 市场上的变化规律。与维农的产品生命周期理论相似的另一个学说是由波斯纳（M.A.Posner）于1961年在国际贸易和技术变化一文中提出的技术差距论6第2章产业技术经济分析理论研究(Technological Gap Theory),又称为仓ll新与模仿理论(Innovat ion and Imit at ion Theory)0 27根据技术生命周期的经典理论，可以判断新技术或某产业不同技术路线的发展阶段 和后续发展潜力，并为经济行为提供直接指导。技术生命周期的概念认为：知识是按照一个有章可循的步骤不断变得更具有应用 性。然而，时间序列的连续线性变化与现实的技术创新并不完全一致，技术的开发研 究和商业化过程，不同阶段或不同因素之间常常是相互作用，伴随着政府激励机制的 创新，使技术的创新活动存在内在的不确定性和市场需求的不确定性。3.技术轨道有关产业技术的发展演变规律问题，纳尔逊(RNelson)和温特(S-Wint er)等人 最早提出了自然轨道的概念2%这个概念被认为是多西后来所提出的技术轨道概念的 前身。技术轨道轨是指技术发展要受到先前基因遗传的规定和由经济、制度以及其他 社会因素构成的选择环境的影响，使得其发展沿着特定的方向前进。Park和Lee(2004)四的研究归纳出4个技术特征：技术轨道的可预见性；获得外 部知识流的便利性(即技术转移)；技术知识更新换代的速度;相对于市场需求，新技术 研发改进的速度。技术轨道实现了技术和经济的有机结合，是技术本身和市场需求共同作用的结果，决定了技术创新可能有的方向和强度，从而也就决定了企业发展的目标和前景。2.3产业市场分析理论与产业经济评价理论本文参考的市场分析理论主要来自工商管理学科的经典分析框架和管理咨询公司 的部分分析模型3 3。PESTLE模型阳PESTLE分析模型又称大环境分析，是分析宏观环境的有效工具，不仅能够分析外 部环境，而且能够识别一切对组织有冲击作用的力量。它是调查组织外部影响因素的 方法，其每一个字母代表一个因素，可以分为6大因素：(1)政治因素(Polit ical)：是指对组织经营活动具有实际与潜在影响的政治力量和 有关的政策、法律及法规等因素。(2)经济因素(Economic)：是指组织外部的经济结构、产业布局、资源状况、经 7吉林大学硕士学位论文济发展水平以及未来的经济走势等。(3)社会因素(Social)：是指组织所在社会中成员的历史发展、文化传统、价值观 念、教育水平以及风俗习惯等因素。(4)技术因素(Technological)：技术要素不仅仅包括那些引起革命性变化的发明，还包括与企业生产有关的新技术、新工艺、新材料的出现和发展趋势以及应用前景。(5)法律因素(Legal)：组织外部的法律、法规、司法状况和公民法律意识所组成 的综合系统。(6)环境因素(Environment al)：一个组织的活动、产品或服务中能与环境发生相 互作用的要素。4PS营销理论RI4P理论产生于20世纪60年代的美国，1967年，菲利普科特勒在其畅销书营 销管理：分析、规划与控制笫一版进一步确认了以4Ps为核心的营销组合方法，即：产品(Product)：注重开发的功能，要求产品有独特的卖点，把产品的功能诉求放 在第一位。价格(Price)：根据不同的市场定位，制定不同的价格策略，产品的定价依据是企 业的品牌战略，注重品牌的含金量。分销(Place)：企业并不直接面对消费者，而是注重经销商的培育和销售网络的建 立，企业与消费者的联系是通过分销商来进行的。促销(Promot ion)：企业注重销售行为的改变来刺激消费者，以短期的行为促成消 费的增长，吸引其他品牌的消费者或导致提前消费促进销售的增长。该模型把企业营销活动这样一个错综复杂的经济现象简化为行动流，把企业营销过 程中可以利用的成千上万的因素概括成四个大的因素，4Ps的提出奠定了管理营销的基 础理论框架。经济评价理论1978年，于光远所著的论社会主义生产中的经济效果一书的出版标志着我国 的经济效果理论进入了成熟期。在徐寿波的技术经济学概论一书中，已经把经济 效果理论成功地加以运用和发挥，使经济效果理论成为技术经济学最基础的理论之一 21J OLint on(20 0 3)3 4提出了预测处于早期阶段的新兴技术市场容量和需求的模型。该模 8第2章产业技术经济分析理论研究型考察了供给、需求、供求差距、价格、政府政策、企业战略和知识产权等因素，并 以微电子系统产业为例进行了案例研究。该模型的贡献在于考虑了新兴市场的不确定 性这一在往往被忽视的要素。他认为该模型有助于在新兴市场进行定价和预测盈利性,还可用于特定知识产权的价值评估。Kim 等（1995）图】应用 Value-based plannin 方法构建了 imbed market penet rat ion 模 型，以评估新兴市场的价值，并以蜂窝通信技术产业为对象进行了案例研究。他们认 为该模型不仅可以用于产业分析，也有助于企、业战略的制订者评估兼并收购机会和制 定饱和、未饱和以及未启动市场的投资策略。本文参考Lint on和Kim的市场预测模型，综合趋势外推和专家意见预测改性新兴 市场的经济价值。其他模型本文采用的其他基本分析模型包括SWOT分析，5Forces,波特竞争分析，产业链 分析，创新动力模型，McKinsey7s模型等。9吉林大学硕士学位论文第3章新能源储能电池技术评价3.1 新能源储能电池技术发展沿革3.1.1 储能技术定义及分类储能技术主要是指对电能的存储。储能技术一般有五个要求，储能密度大，变换损储能技术已被视为电网“采-发-输-配-用-储”六大环节的重要组成部分。系统中引入 储能环节后，可以有效实现需求侧管理，消除昼夜间峰谷差，平滑负荷，不仅更有效 地利用电力设备，降低供电成本，还可以促进可再生能源的应用，也可作为提高系统 运行稳定性、调整频率、补偿负荷波动的一种手段。表3.1储能技术分类电池分类应用领域铅酸阀控电池大功率电源储铅酸胶体电池大功率电源和大型储能系统，恶劣环境能银氢电池小型固定电源电锲镉电池小型固定电源池锂电池小型储能系统，太阳能路灯钠硫电池大型储能系统其抽水储能口负荷调节他飞轮储能电网调频技压缩空气储能调峰，频率控制术超导电池储能电能质量调节储能电池的主要技术品种包括：(1)铅酸阀控电池：电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液的一种蓄 10第3章新能源储能电池技术分析电池。荷电状态下，正极主要成分为二氧化铅，负极主要成分为铅；放电状态下，正 负极的主要成分均为硫酸铅。铅酸阀控电池由于自身结构上的优势，电解液的消耗量 非常小，在使用寿命内基本不需要补充蒸储水。它还具有耐震、耐高温、体积小、自 放电小的特点。使用寿命一般为普通蓄电池的两倍。其主要市场为汽车，电动车等机 动启动用蓄电池领域，近年来在通信，邮电，电力和铁路交通等方面也有极大应用(2)铅酸胶体电池：胶体电池属于铅酸蓄电池的一种发展分类，在硫酸中添加胶 凝剂，使硫酸电液变为胶态。胶体电池与常规铅酸电池的区别，从最初理解的电解质 胶凝，进一步发展至电解质基础结构的电化学特性研究，以及在板栅和活性物质中的 应用推广。其最重要的特点为：用较小的工业代价，制造出更优质的电池，其放电曲 线平直，拐点高，比能量特别是比功率要比常规铅酸电池大20%以上，寿命一般也比 常规铅酸电池长一倍左右，高温及低温特性要好得多。近年来胶体电池逐步进入铅酸 电池市场，在各领域都有应用，但主要被推荐在大型储能市场方面使用。(3)银镉电池：镉银电池采用金属镉作为负极活性物质，氢氧化银作正极活性物 质的碱性蓄电池。银镉电池可重复500次以上的充放电，经济耐用。其内部抵制力小，既内阻很小，可快速充电，又可为负载提供大电流，而且放电时电压变化很小，是一 种非常理想的直流供电电池。其原用作数码设备电池，但因其有“电池记忆问题且镉 有毒，已被多数欧洲国家禁用属于淘汰类产品。(4)银氢电池：银氢电池是由银镉电池改良而来的，其以能吸收氢的金属代替镉(Cd)。它以相同的价格提供比银镉电池更高的电容量、比较不明显的记忆效应、以及 比较低的环境污染(不含有毒的镉)。它被称为是最环保的电池。但是与锂离子电池比较 时，却有比较高的记忆效应，以及较高的自我放电反应。银氢电池比碳性或碱性电池 有更大的输出电流，相对地更适合用于高耗电产品，某些型号甚至比银镉电池有更大 输出电流。目前银氢电池其主要作为动力电源使用，同时在通讯电子设备电源方面也 有一定的运用。(5)锂电池：锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液 的电池。锂离子电池主要优点表现在：比能量高、使用寿命长、额定电压高、具备高 功率承受力、安全环保等诸多优点。由于安全性等原因，目前锂电池只大量运用于手 机，电脑电源等小型设备中，很少部分用于动力电源。近期随着磷酸亚铁锂技术的成 熟，锂电池用于储能功能呢的技术瓶颈正在被突破。11吉林大学硕士学位论文3.1.2 技术生命周期分析上述主流电池产品处于技术生命周期的不同阶段，并表现出不同的市场和产业特点 具体分布如图3.2所示。进入期：硫钠电池、针L电池；处于研发阶段，目前的市场份额还很小。处于研发阶 段的锂电池、钠硫电池和钏电池其市场份额还无法与铅酸电池抗衡，但其高效和环保 的概念将会是未来储能电池的发展趋势。成长期：铅酸胶体电池；需求来自于对电池性能的高要求，未来胶体电池的使用者 会更普及。胶体电池凭借着比阀控电池更长的循环寿命和更好的在恶劣环境下工作的 性能，渐渐成长起来，同时，规模成本也在不断的降低。成熟期：铅酸阀控电池。目前80%以上的发电用蓄电池采用阀控式，价格较低。铅酸阀控电池的市场已经非常成熟，规模化生产也让成本有了大幅降低，同时市场上 的竞争也相对激烈。衰退期：银氢、银镉电池。目前银镉银氢类电池已经渐渐在储能电池市场上衰退。随着铅酸电池，锂电池的应用，银氢银镉类电池已经在储能电池市场的竞争中处于劣 势。3.1.3 储能技术的前沿发展1.储能电池技术发展趋势循环寿命更长，提升比能量:12第3章新能源储能电池技术分析作为新能源用储能电池，受太阳能（风能）发电性质影响，其充放电次数较多且不 规律，此问题会极大影响电池的使用寿命。作为未来技术发展趋势，提高蓄电池在此 种充放电情况下的使用寿命，延长使用时间降低使用成本将为成为技术研究主要方向。环境适应性，使用更安全稳定：用于太阳能（风能）储能用的蓄电池将在环境适应性上有更高的要求，我国风光产 电地区气候环境较差，此类蓄电池需在温差变化较大的地区工作，对于减小温度等气 候环境问题对电池性能和寿命的影响将为蓄电池技术研究的另一重点。提升电池环保性：新能源用储能蓄电池的使用寿命短，更替周期短，使得废旧电池的处理环保性要求 更高。作为开发新能源电力的目的之一就是提高能源开发的环保性，因此在未来选用 于配套使用的储能蓄电池时，对于电池环保因素的要求也有更多考虑。传统银镉，铅 酸电池在环保性要求上有不足，在未来十年里，对于环保类电池的研发和使用将成为 该行业内的新趋势。2.最新储能电池技术发展举例 大容量，长寿命，新型铅酸胶体电池大容量长寿命新型铅酸胶体储能电池采用了新的铅钙稀土合金，并在电池板栅结 构、极柱结构、安全阀、隔板、外壳、电池配方等方面作出多项重大技术改进，同时 采用独特的高、低温铅膏配方和纳米气相二氧化硅胶体电解质，大大增强了电池深放 电的循环寿命和耐环境温差。新型胶体储能电池可应用于大功率电源和大型储能系统。主要研发企业：天能动力国际有限公司 钠硫电池钠硫电池其正极活性物质是液态的硫，负极活性物质是液态金属钠，中间是多孔性 陶瓷隔板。钠硫电池的主要特点是能量密度大、充电效率高、循环寿命比铅蓄电池长 等优点，适用于大型储能系统。但目前钠硫电池在世界上还处于研发，试用阶段。主要研发企业：上海硅酸盐研究所 铀电池是一种活性物质呈循环流动液态的氧化还原电池。是目前发展势头强劲的优秀绿色 环保蓄电池之一。它具有特殊的电池结构，可深度大电流密度放电；充电迅速；比能 量高；价格低廉；应用领域十分广阔：如可作为大厦、机场、程控交换站备用电源；13吉林大学硕士学位论文可作为太阳能等清洁发电系统的配套储能装置主要研发企业：北京普能世纪科技有限公司 超级电容超级电容器是根据电化学双电层理论研制而成，可提供强大的脉冲功率。超级电容 充电时处于理想极化状态的电极表面，电荷将吸引周围电解质溶液中的异性离子，使 其附于电极表面形成双电荷层，构成双电层电容。历经十年的发展超级电容已形成容 量为0.510 0 0 F、工作电压1240 0 V、最大放电流40020 0 0 A系列产品，储能系统 最大储能量达3 0 MJ。但超级电容器价格较为昂贵，多用于短时间、大功率的负载平滑 和电能质量峰值功率场合。目前，基于活性碳双层电极与锂离插入式电极的第四代超 级电容器正在开发中。主要研发企业：北京集星联合电子科技有限公司、深圳富威康超级电容科技有限公 司、奥威超级电容器研发中心等。3.其他储能技术发展趋势 以可再生能源为切入点以可再生能源应用系统为切入点，开发10 kw级全钢液流和MW级钠流电池储能系 统，逐步替代铅酸电池系统，为区域电网平滑负荷、提高配电网供电可靠性、UPS等 应用奠定基础。加强抽水储能以调节电力不稳加快建设GW级抽水蓄能混合式电站，满足大电网调峰和紧急事故备用的现实需 要。为了优化电源结构，保证电网安全，改善电能质量。抽水蓄能电站的运行正逐渐 向双日或周季调节过渡，并通过技术创新提高转换效率、增加运行灵活性。促进环境 保护和资源的节约利用。以研究液氮温区SMES为研究重点以液氮温区运行SMES研究为重点，开发分布式储能系统，用以提高我国大电网 暂态稳定性，抑制低频振荡，增加高压线路的输电能力。由于SMES的毫秒级响应、大容量功率/能量传递等方面的优势，其在提高大电网动态稳定性方面具有无可替代 性。通过示范推动SMES的实际应用，确保大电网的安全、可靠运行。3.2 主流储能电池产品技术性能评价2009年7月，中国蓄电池协会联合相关检测机构在第三方委托下对中国储能电池 14第3章新能源储能电池技术分析市场的主要产品类型进行了抽样检测。（每类型电池抽取市场上销售量最大的三款产 品，其中铅酸阀控电池抽取五款，检测后对检测结果取平均值。）检测后的得到的主要表3.2不同技术产品性能指标对比铅酸阀控 电池铅酸胶体 电池银镉电池银氢电池锂电池电压（V）221.21.23.6能量密度（wh/kg）3 0-503 0-6045-8 08 0-90110-160价格（元/wh）0.6-0.80.8-1.11.4-1.82.4-2.64.0-4.5自放电（%/月）5115-3 025-3 52-5容量效率（%）8 0-8 58 5-9067-7555-6595循环寿命（次数）4006005007001000工作温度（）-20-60-40-60-20-60-20-60-20-60根据以上结果，分析各类储能电池技术的性能特点和优劣势如表3.3及图3.3,选 取的性能指标为访谈中客户最关心的选项。表3.3客户对产品性能指标的需求分析银氢电池阀控铅酸 电池胶体电池锂离子 电池能量密度中低低高价格中低低高循环寿命较长短较长长环境适应中中好好技术成熟度好好较好较差环保性好差中好银氢电池具有环保，安全性能好，价格适中，良好的快冲性能等优点；但有记忆问 题，需要定期充放电，在发电系统中技术不够成熟。15吉林大学硕士学位论文铅酸阀控电池具有技术成熟、价格低廉的优势；缺点是能量密度低、循环寿命较低、铅污染环境。铅酸阀控电池的寿命一般在1到3年，铅酸胶体电池的寿命一般在3到5 年，在2012年之后，电池更换的需求仍是很重要的一部分市场铅酸胶体电池性能好，适用于恶劣环境；缺点是价格比阀控电池高，污染环境，市 场尚未成熟；在短期，铅酸电池市场已渐渐由传统的阀控电池向胶体电池升级，胶体 电池的循环寿命是阀控电池的3倍左右，同时，可在恶劣的自然条件下使用。今后，胶体电池的研发和投产会有效地提高电池的性能和寿命，各厂商在0 7-0 9年间已有胶 体铅酸电池上市，预计在0 9-11年，胶体电池的选用比例会有大的增加。卬锂电子技术性能指标最为出色，能量密度高、无记忆效应、循环寿命长、自放电小、环保性好；缺点是成本高、安全性未完全解决、高功率放电性能差。就产品升级的角 度看，铅酸电池将面临其它替代产品（如锂电池，铁电池）的挑战，这些替代品将以 高效环保的特点形成自己的优势，同时，一旦这些替代品规模化生产，铅酸电池的价 格优势也将被削弱技术性能研究结论：与锂电池、胶体电池等相比，阀控铅酸蓄电池具有成本低廉、技术成熟等优点，在短期，阀控铅酸蓄电池将受到性能更好的胶体电池的挑战，在长 期，锂电池的发展也会影响到阀控铅酸电池的市场，但阀控电池还难以被其它电池完 全替代。阀控铅酸蓄电池依然会在市场中占据非常重要的位置。能量密度环境适应-铅酸电池-胶体电池16第3章新能源储能电池技术分析图3.3产品性能指标雷达分析图锂离子电池 镶氢电池3.3 储能电池技术的应用现状未来的能源结构中，可再生能源将占据越来越大的比重。然而，风能、太阳能等可 再生能源发电具有不稳定和不连续的特点。如风力资源集中地夜间的风往往强于白天,风强时正是电网用电低谷，如有配套的电能储存（蓄电）装置将风电存储起来，可以 增加效益、降低电网负担，并能容易保证发电、供电的连续性和稳定性。储能技术在可再生能源大规模利用中的作用主要包括：第一，对于独立运行（离网）的中小型风电、太阳能光伏发电及海洋能发电等进行调节；第二，对于作为常规电网 电源（或称并网发电）的大型风电、光伏发电，在并网前进行调峰和调频以保证电网 中电的品质不受影响。3.3.1 光伏/风电系统并网技术在短期内因成本和电力资源问题仍无法大规模普及，离网技术对储能电池 仍有需求独立风光系统与大规模蓄电相结合，不仅突破大规模风光系统仅有并网运行的一种 方式，而且可进一步发挥两者的优势。通过大规模蓄电，既使独立风光系统的质量提 高、范围扩展、效益增大，又使企业的生产设备主要靠风光系统就能稳定而充分利用。可以采用三种模式将独立风光系统与大规模蓄电相结合：1）独立风光系统-蓄电调 节，独立风光系统发电总量与总用电量平衡，独立风光系统发电的所有波动完全由大 规模蓄电装置平抑；2）独立风光系统-谷电供电-蓄电调节，生产用电以独立风光发电 为主、蓄电为辅，电能的不足部分由夜间的电网提供给蓄电装置，而不是直接将白天 17吉林大学硕士学位论文高价的市电用于生产，从而既节省了电费，又助电网消化“谷”电；3）独立风光系统-蓄电-网电三联合，生产用电以风电为主并配备大容量蓄电装置，蓄电在平抑风电波动 之后电能有余，过剩的风电通过蓄电池将部分容量用于电网调峰，即在白天用电高峰 期经变流以较高的价格售给电网。3.3.2 基于可再生能源的混合电力系统定义：基于可再生能源的混合电力系统是指由两种以上可以互补的可再生能源（如 光伏、风电、生物质能、小型水电等）构成的发电系统，由于其更适用于在无电地区 建设离网系统，其构成往往包括储能电池和备用发电机；市场前景：混合电力系统的供电能力可以满足几十W到数百KW的不同需求，尤 其可提供相当于电网质量的社区规模电力，被认为是解决农村电气化问题的首选方案。由于它费用低廉、供电质量高、环境友好，在广大的农村地区具有很好的市场前景。色 混合电力系统的典型应用方式见表3.4表3.4混合电力系统应用举例应用领域典型设计照明及家庭用电社区道路照明系统；楼体景观照明灯；广告牌供电；无电地区户用独立供电系统；通信通信基站供电系统；灯塔/航标供电；林业/海洋/高速公路/气象无人监控系统供电；制冷无电地区血站冷藏供电；冷库供电；厂房/写字楼室内制冷供电；供水系统海岛淡水供应工程；荒漠抽水灌溉工程供电；动力/生产用电大型粮库干燥系统供电；粮食粗加工动力用电；医疗卫生服务移动医疗车、医疗设备供电系统；无电地区医疗站供电系统；大型电力系统 海岛独立供电系统；军用哨所、营房供电系统；公共电网备用电力系统；混合电力系统的发展特点：通过访谈，主要的市场供应商提供了典型案例作为储能 电池配比的经验公式，并分析了混合电力系统的发展特点（表3.5）。18第3章新能源储能电池技术分析优势：相对单一可再生能源供电更持续、供电质量高、电流电压稳定；发电成本不 仅低于单一可再生能源，也低于柴油或小型火力发电；深度充放电，有效延长储能电 池使用寿命缺点：产品处于市场导入期，价格和技术指标混乱，质量难以得到保证。表3.5混合电力工程设计配比举例项目名称安装厂商风电 装机量光伏 装机量蓄电池 需求负载 用电量1浙江宁波邺州投资创业中宁波风神0.4kwO.lkw4.8 kvah0.3 5kwh心风光互补路灯供电系统 广州市某高速公路风光互 补路灯广州红鹰lkw0.3 2kw12kvah0.8 kwh3 山东网通某基站供电项目江苏双登4kw6.4kw48 kvah18 kwh4 浙江移动某基站供电项目宁波风神4kw2kw3 8 kvah14.4kwh5 内蒙古户用风光互补系统北京计科5kw2.5kw60 kvah12kwh6 江苏金湖渔户用风光系统中科院电工 研究所0.15kw0.0 9kw6kvah1.3 2kwh宁波北仑梅山岛独立供电7 以宁波风神68 0 kw8 0 kw2448 kvah120 0 kwh系统3.3.3 智能电网1.智能电网的定义3】：以物理电网为基础，将现代先进的传感测量技术、通讯技术、信息技术、计算机技 术和控制技术与物理电网高度集成而形成的新型电网。它以充分满足用户对电力的需 求和优化资源配置、确保电力供应的安全性、可靠性和经济性、满足环保约束、保证 电能质量、适应电力市场化发展等为目的，实现对用户可靠、经济、清洁、互动的电 力供应和增值服务。2.智能电网主要特征坚强：电网发生大扰动和故障时，仍能保持对用户的供电能力，而不发生大面积的 停电事故；在自然灾害和极端气候条件下、或人为的外力破坏下仍能保证电网的安全 运行；具有确保信息安全的能力和防计算机病毒破坏的能力。19吉林大学硕士学位论文自愈：具有实时、在线连续的安全评估和分析能力，强大的预警控制系统和预防控 制能力，自动故障诊断、故障隔离和系统自我恢复的能力。兼容：能支持可再生能源的正确