鉛炭電池儲能行業(yè)分析研究

鉛炭電池儲能行業(yè)分析研究鉛碳電池技術(shù)介紹與儲能應(yīng)用分析鉛酸電池是電池界中的一名老兵，于1859年由法國人G.plante發(fā)明，至今已有150多年的歷史。同時(shí)，在這些年中，鉛酸電池的主要工作原理幾乎沒有變過，可以說是電池界中的元老。普通鉛酸電池的正極活性材料是氧化鉛(PbO2)，負(fù)極活性材料是鉛(Pb)，它們附著在板柵上。鉛酸電池以硫酸的水溶液為電解液，構(gòu)造簡單，易于使用。其充電、放電反應(yīng)機(jī)理如下：鉛酸電池在過去一百多年中一直是人類最常用的電池之一，這主要是因?yàn)槠鋷讉€(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)：1）成本低廉：只有0.6~0.7rmb/Wh；2）制備工藝簡單：制備設(shè)備、廠房投資都不大，相比于鋰電要小的多；3）較為安全：爆炸燃燒的可能性很低；4）環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)：具有很寬的工作范圍區(qū)間，而且性能隨溫度的變化不像鋰離子電池一樣劇烈，對于溫控系統(tǒng)要求更低；5）易于回收再利用：廢舊的鉛酸電池回收活性材料較為容易；6）技術(shù)成熟穩(wěn)定可靠：已有百余年歷史的技術(shù)，使用經(jīng)驗(yàn)豐富，值得依賴。然而傳統(tǒng)鉛酸電池也一直有其突出的問題：1）壽命問題：傳統(tǒng)上只有幾百次壽命；2）大功率工作問題：在0.5C以上的大倍率工作條件下，會發(fā)生“硫酸鹽化現(xiàn)象，”衰減加速，而這也是鉛酸電池壽命不佳的根本原因；3）能量密度不高：只有20~40Wh/kg，因此大部分對于能量密度較高的場合都選用了鋰電池，這也是鋰電池近年來強(qiáng)勢崛起的重要原因；4）回收再利用方面：雖然鉛酸電池回收并不困難，但是因?yàn)榛厥諜C(jī)制不健全、民眾環(huán)保意識不強(qiáng)的因素，導(dǎo)致了鉛酸電池回收存在許多不正規(guī)的現(xiàn)象，因而造成了資源的浪費(fèi)和環(huán)境的污染。隨著社會的進(jìn)步，社會的各種場合對于電池儲能的要求不斷提升。在過去的幾十年中，很多種電池技術(shù)都有了長足的進(jìn)步，而鉛酸電池自身的發(fā)展也遇到了諸多機(jī)遇與挑戰(zhàn)。在此背景之下，科學(xué)家與工程師共同努力，將鉛酸電池的負(fù)極活性材料中加入碳，于是就誕生了鉛碳電池——這一鉛酸電池的升級版本。新花：鉛碳電池傳統(tǒng)鉛酸電池的最大問題在于在大電流，長時(shí)間服役后出現(xiàn)的負(fù)極的硫酸鹽化效應(yīng)，使得材料發(fā)生失效，容量驟降。與此同時(shí)，大家都看過不少關(guān)于電池進(jìn)步的大新聞，比如充電7秒之類，實(shí)際上這些新聞講的都是充電速度本質(zhì)上就很快的超級電容，而非電池。這樣不難看出：鉛酸電池的短板（快充放），恰恰是電容機(jī)理比較擅長應(yīng)對的情況。因此就有人想到了：在鉛酸電池的負(fù)極中加入活性碳，可以綜合電容和電池的優(yōu)點(diǎn)。實(shí)際上，是可以把超級電容器與鉛酸電池并聯(lián)使用的（這種用法可稱“外并”，即電池和電容器做為兩個(gè)獨(dú)立的元件進(jìn)行一個(gè)機(jī)械的并聯(lián)整合）。而對于鉛碳電池來說，此時(shí)的情景就變成了“內(nèi)并”(lead-acidbatterywithacarbonsupercapacitor

combination)，就是將雙電層電容器的高比功率、長壽命的優(yōu)勢內(nèi)化融合到鉛酸電池中，從而提高了功率、比能量，延長了電池壽命，因此也有地方將其稱為“超級電池”（Ultrabattery）。普通鉛酸電池的負(fù)極活性材料是鉛(Pb)，而在鉛碳電池中，負(fù)極從純Pb變成了具有雙電層電容特性的碳材料（C）+電池特性海綿鉛（Pb）混合組成的雙功能復(fù)合負(fù)極，即鉛碳（Lead-carbon）負(fù)極，然后再與PbO2正極匹配組裝，即組成了鉛碳電池?？傮w來說，鉛碳電池的變化主要出現(xiàn)在負(fù)極上，電極液、正極等方面的變化并不大?？梢赃@樣說，鉛碳電池可以說是鉛酸電池這顆老樹上開出的新花，并且在近年來還結(jié)出了很多不錯(cuò)的應(yīng)用成果。而在這一方面，加入的碳自然是要記頭功的。目前，國內(nèi)外有許多電池企業(yè)都在生產(chǎn)鉛碳電池，代表性的企業(yè)包括日本古河，Ecoult，EastPenn，Axion，國內(nèi)的圣陽、雙登、南都、C&D等。鉛碳電池工作原理分析傳統(tǒng)鉛酸電池中的一個(gè)核心問題就在于負(fù)極的硫酸鹽化，即在高倍率放電模式下，負(fù)極的海綿狀鉛與HSO4-快速反應(yīng)生成PbSO4，此時(shí)因?yàn)镠SO4-與Pb這一對反應(yīng)物的供應(yīng)失配，導(dǎo)致了PbSO4成核速率太快，這樣就使得生成的PbSO4（本質(zhì)是絕緣的）“糊”在了負(fù)極表面，或者是生成了極大的顆粒；而不是按我們所需要的在負(fù)極板內(nèi)部均勻的生成，或者是在表面只是生成細(xì)小均勻容易還原的絨狀PbSO4。表面生成的PbSO4堆積層或者是大顆粒PbSO4明顯減少了電子轉(zhuǎn)移、反應(yīng)需要的有效表面積和物質(zhì)，使得后續(xù)的反應(yīng)更為困難，因此使得負(fù)極板內(nèi)部變成了“死”區(qū)。而在充電時(shí)，因?yàn)楸砻鍼bSO4層阻礙了鉛酸電池本體反應(yīng)的發(fā)生，此時(shí)負(fù)極的電位只好將電池中的水電解成氫氣，造成電解液的枯竭，這樣會進(jìn)一步導(dǎo)致電池性能的惡化。為了解決這一問題，我們可以在鉛負(fù)極中加入的碳粒子，其會形成如上圖所示的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)主要如下：1）提供反應(yīng)中心：這些碳粒子表面就形成了新的反應(yīng)活性中心；2）形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)降低極化；3）形成更幼小均勻的傳質(zhì)網(wǎng)絡(luò)，促進(jìn)電化學(xué)反應(yīng)在電極表面、內(nèi)部的均勻進(jìn)行，從而減輕PbSO4在表面的集中析出效應(yīng)；4）作為異質(zhì)材料阻礙PbSO4顆粒的長大，使其均勻分布。5）通過碳的電容效應(yīng)，提高電池的容量和功率特性。鉛碳電池負(fù)極板碳導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)示意圖基于以上幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)，鉛碳電池通過加入碳，有效抑制了負(fù)極的硫酸鹽化趨勢，使得電池壽命明顯提升。不僅如此，鉛碳電池的生產(chǎn)工藝相比于傳統(tǒng)鉛酸電池并無本質(zhì)區(qū)別，不需改變現(xiàn)在已經(jīng)成熟的工藝，生產(chǎn)容易實(shí)現(xiàn)規(guī)?；绕鋵τ趦δ茈姵亻L壽命、低成本方面的要求。對于鉛碳電池來說，加入的碳的種類有很多種：炭黑、活性炭、石墨烯、石墨、碳纖維、碳納米管均可。而它們的主要優(yōu)點(diǎn)/能為鉛碳電池提供的主要功能有：1）導(dǎo)電導(dǎo)熱；2）網(wǎng)絡(luò)孔隙結(jié)構(gòu)，提供反應(yīng)所需比表面積以及雙電層電容?？梢哉f，鉛碳電池的發(fā)展給了碳材料家族一個(gè)施展才華的舞臺，但是如何在性能提升與成本控制上尋找一個(gè)平衡點(diǎn)，可能是在鉛碳電池中應(yīng)用高級碳材料的一個(gè)需要注意的問題。此外，碳材料加入也是需要控制量的，過多的碳材料加入會導(dǎo)致極板活性物質(zhì)脫落等一系列問題。工作與性能特點(diǎn)鉛碳電池的負(fù)極形成了鉛金屬-碳顆粒組成的較為均勻、細(xì)小的網(wǎng)絡(luò)，此結(jié)構(gòu)有利于縮短擴(kuò)散距離，提高反應(yīng)均勻性，而且碳本身具有良好的導(dǎo)電性、電容特性使得鉛碳電池具有比傳統(tǒng)鉛酸電池有更好的低溫啟動能力、充電接受能力和大電流充放電性能。1）大電流工作時(shí)：電容碳材料起“緩沖”作用。當(dāng)鉛碳電池在頻繁的瞬時(shí)大電流充放電工作時(shí)，主要由具有電容特性的碳材料釋放或接收電流，此時(shí)鉛金屬負(fù)極接收的大電流的沖擊較小，從而不會像傳統(tǒng)的鉛酸電池一樣，在大電流下急劇的發(fā)生“負(fù)極硫酸鹽化”，這樣就有效地延長了電池使用壽命；2）小電流工作時(shí)：主要由海綿鉛負(fù)極工作，持續(xù)提供能量，而之前因?yàn)榇箅娏鳑_擊以電容能量儲存在碳中的能量也會就近與鉛反應(yīng)，逐步反應(yīng)均勻化。3）能量&功率密度，可以提升到40~60Wh/kg，300~400W/kg左右，性能已經(jīng)接近了一部分鋰電池的能力，而且更關(guān)鍵的一點(diǎn)，是其成本仍然是0.6~0.8rmb/Wh，低于鋰電池等其它電池，在成本控制嚴(yán)格的場合最有優(yōu)勢。4）壽命，在淺充放條件下具有很長的循環(huán)壽命（比如4500次（70%DOD））市場定位與技術(shù)分析：鉛碳PK鋰電PK其它？鉛酸/鉛碳電池的典型應(yīng)用場景近年來，鋰離子電池發(fā)展速度非?？?，給很多人一度造成了“鉛酸電池落后應(yīng)該被淘汰”的印象。然而實(shí)際上，隨著鉛碳電池技術(shù)的推出與改進(jìn)，其核心競爭力：低廉的成本（0.6~0.8rmb/Wh）與較好的壽命使之在固定式儲能、低速電動車、電動自行車等領(lǐng)域都取得不小的成果，成為了鋰電等技術(shù)的強(qiáng)勁對手。1）在固定式儲能方面，光伏電站儲能、風(fēng)電儲能和電網(wǎng)調(diào)峰等儲能領(lǐng)域，常要求電池具有功率密度較大，循環(huán)壽命長和價(jià)格較低等特點(diǎn)。鉛碳電池在空間寬裕、成本要求高的場合競爭優(yōu)勢更大，而且相對來說一次投資成本較低。而鋰電因?yàn)槟芰棵芏雀?、成本偏高，更適合用于一些對于空間有要求、成本相比下不那么敏感的場合，在分布式儲能場合會更有發(fā)展。而對比其它儲能技術(shù)，比如電容（儲能密度很低，只能進(jìn)行功率緩沖），液流電池（技術(shù)成熟度中等，體積明顯偏大），鉛碳技術(shù)在現(xiàn)階段仍然具有良好的競爭實(shí)力。鉛碳電池用于固定式儲能2）交通工具儲能方面，鉛碳電池的主要競爭優(yōu)勢在于成本低廉、性能穩(wěn)定、安全性佳。A、成本低廉使其在低速電動車等中低端市場上一直占有優(yōu)勢，雖然國家有推廣鋰電的想法，但是畢竟市場規(guī)律更需要尊重。B、性能穩(wěn)定使得鉛碳電池在高、低溫等極端條件下一直可以提供可靠的保障，比如汽車啟停電源要在-20℃下能夠輸出大電流，而鋰電池的低溫性能則一直是個(gè)普遍性的老大難問題。C、安全性佳：交通運(yùn)輸工具的安全性無論如何強(qiáng)調(diào)都不為過，在這方面鋰電客觀上就是存在短板的，而鉛酸-鉛碳電池在這方面先天就具有明顯優(yōu)勢。因此筆者認(rèn)為：鉛碳電池在近年內(nèi)，在一些細(xì)分領(lǐng)域能夠保持自己的優(yōu)勢地位。雖然鋰電等技術(shù)增速較快，但是這些電池技術(shù)都是各有自己的優(yōu)缺點(diǎn)，沒有哪種儲能技術(shù)可以做到在各種規(guī)模、場景下通吃。根據(jù)實(shí)地需求，選擇合適的儲能技術(shù)應(yīng)用，才是王道。總結(jié)鉛酸電池是一種古老而又實(shí)用的電池技術(shù)，通過引入電容碳的優(yōu)化產(chǎn)生的新一代鉛碳電池則成為了這種神奇電池技術(shù)在新時(shí)代中延續(xù)傳奇的重要助力。成本、性能穩(wěn)定性、安全性是這一類電池的核心優(yōu)勢所在，因此在固定式儲能、低端電動車領(lǐng)域，仍會在近幾年內(nèi)具有良好的競爭力。當(dāng)然隨著各種技術(shù)不斷進(jìn)步，我們也殷切期望會有更多更新更好的儲能技術(shù)不斷涌現(xiàn)、成熟，從而為我們的生活帶來便利。鉛炭電池儲能行業(yè)分析1、儲能行業(yè)政策支持力度增強(qiáng)，鉛炭電池已成為重要參與者1.1、政策層面：儲能支持力度不斷增強(qiáng)，年內(nèi)已公布70余項(xiàng)相關(guān)政策2023年以來，國家及地方儲能政策發(fā)布進(jìn)入高峰，其中1月份從國家到地方共有50余項(xiàng)發(fā)布或征求意見，涉及新能源配儲、輔助服務(wù)市場、電力市場、補(bǔ)貼政策等方面；2月全國共發(fā)布26項(xiàng)儲能產(chǎn)業(yè)相關(guān)政策。其中，國家政策4項(xiàng)，地方政策22項(xiàng)。國家及地方層面對于儲能行業(yè)的政策支持力度在不斷增強(qiáng)。1.2、鉛炭電池已成為電化學(xué)儲能重要參與者，近期招中標(biāo)信息頻現(xiàn)到2020年，我國已投運(yùn)儲能項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)規(guī)模為35.6GW，占全球市場總規(guī)模的18.6%，同比增長9.8%。從儲能方式來看，抽水儲能為目前國內(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)儲能，裝機(jī)規(guī)模占比為9.2%。熔融鹽儲熱裝機(jī)規(guī)模占比為1.5%;壓縮空氣儲能和飛輪儲能裝機(jī)規(guī)模占比都小于0.1%。電化學(xué)儲能中，鋰電池仍為主導(dǎo)儲能形式，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，國內(nèi)儲能市場各類型的項(xiàng)目招投標(biāo)中，鉛炭電池已經(jīng)成為重要參與者之一。2022年8月9日，中國鐵塔股份有限公司甘孜州分公司發(fā)布2022年鉛碳電池采購項(xiàng)目詢價(jià)公告。公告顯示，該項(xiàng)目為鉛碳電池采購，預(yù)估含稅金額48.29萬元。采購內(nèi)容為100AH閥控式密封碳蓄蓄電池180只，不含稅單價(jià)限價(jià)為929.2元/12V.Ah，200AH閥控式密封碳蓄蓄電池140只，不含稅單價(jià)限價(jià)為1858.41元/12V.Ah。2022年9月28日，國核電力規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司發(fā)布國家電投集團(tuán)浙江分公司江蘇長強(qiáng)鋼鐵25.2MW/243.3MWh鉛碳電池儲能電站項(xiàng)目EPC總承包招標(biāo)公告。項(xiàng)目地點(diǎn)為江蘇省靖江市江蘇長強(qiáng)鋼鐵有限公司廠區(qū)內(nèi)南側(cè)空地，建設(shè)規(guī)模為25.2MW/243.3MWh鉛碳電池儲能電站。中標(biāo)候選人為長興太湖能谷科技有限公司，投標(biāo)報(bào)價(jià)為2.27億元，投標(biāo)單價(jià)為0.93元/Wh。備選中標(biāo)人為湖州吉泰電力設(shè)備有限公司。2023年3月3日，國家電投集團(tuán)云南國際電力投資有限公司發(fā)布國家電投煤山用戶側(cè)共享儲能項(xiàng)目Ⅰ期工程EPC總承包公開招標(biāo)，項(xiàng)目地點(diǎn)為浙江省湖州市長興縣煤山鎮(zhèn)，建設(shè)規(guī)模為5.04MW/48.66MWh鉛碳電池儲能電站，預(yù)計(jì)項(xiàng)目竣工日期為2023年6月15日。2022年12月13日，天能股份發(fā)布公告，2023-2025三年太湖能谷在其所實(shí)施的儲能項(xiàng)目(含公司下屬生產(chǎn)基地)中采用天能股份的鉛炭電池電芯總量合計(jì)不低于30GWh的戰(zhàn)略合作意向并簽署了《儲能項(xiàng)目戰(zhàn)略采購合作協(xié)議》。太湖能谷是一家新能源技術(shù)研發(fā)商，著力于開發(fā)和推廣大規(guī)模電網(wǎng)儲能技術(shù)，設(shè)計(jì)并實(shí)施各種規(guī)模的儲能應(yīng)用方案，優(yōu)化儲能系統(tǒng)的安裝及運(yùn)行效率。目前已經(jīng)研發(fā)出移動儲能電站。2、安全先行，鉛炭電池更適應(yīng)高價(jià)值設(shè)備及人群密集儲能2.1、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。放電過程中正負(fù)極板上會形成細(xì)小松軟的硫酸鉛晶體，充電過程中硫酸鉛歧化為鉛與二氧化鉛。鉛酸電池因其性價(jià)比、回收率及安全性高、市場規(guī)模大等優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于電動車、汽車及能源存儲等領(lǐng)域，其在能源市場占比超過其他電化學(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)延長電池壽命，使電池性能得到綜合提升。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。鉛炭電池將鉛酸電池和超級電容器兩者合一：既發(fā)揮了超級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優(yōu)勢，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，改善了過去電池失效的一個(gè)因素，更延長了電池壽命。鉛炭電池材料技術(shù)是儲能電池領(lǐng)域的主流技術(shù)，因其成本低、安全性高等突出優(yōu)勢，大容量鉛炭儲能電池可廣泛用于太陽能、風(fēng)能、風(fēng)光互補(bǔ)等各種新能源儲能系統(tǒng)，智能電網(wǎng)、微電網(wǎng)系統(tǒng)、無市電、惡劣電網(wǎng)地區(qū)的供電儲能系統(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)儲能充電系統(tǒng)等，是主流儲能電池之一。2.2、安全性：鉛炭更適應(yīng)高價(jià)值設(shè)備及人群密集場所儲能需求在新型儲能中，電化學(xué)儲能以效率高、響應(yīng)快、建設(shè)周期短、技術(shù)適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)勢，近年來發(fā)展迅猛，逐漸成為儲能電站的主流。而在電化學(xué)儲能中，鋰離子電池雖然憑借能量密度高，技術(shù)成熟的優(yōu)勢占接近90%的比重，但也由于事故多發(fā)，用戶對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)，磷酸鐵鋰等類型的鋰電池會發(fā)生不可逆的熱失控行為，存在較大的火災(zāi)危險(xiǎn)性。在儲能電站、變電站等實(shí)際運(yùn)營場景中，往往將成百上千節(jié)的電池單體經(jīng)過串并聯(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、燃燒等行為會造成周圍電池溫度上升，導(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。在模擬燃燒實(shí)驗(yàn)中，鋰電池的燃燒過程包括受熱鼓脹、初次射流火、穩(wěn)定燃燒、多次射流火、火焰熄滅等過程。不同SOC（電池中剩余的電荷余量，100%為滿電）狀態(tài)下，鋰電池會產(chǎn)生2-3次射流火，100%狀態(tài)下熱失控溫度僅為167℃，而燃燒峰值溫度將達(dá)到573℃。同時(shí)在機(jī)房、汽車等類型的受限空間內(nèi)，鋰電池的熱失控自燃會產(chǎn)生大量可燃性氣體及有毒氣體，可燃性氣體主要包括烷烴類氣體和一氧化碳，有毒性氣體主要包括一氧化碳、氰化氫、二氧化氮、氯化氫等。大量可燃性氣體產(chǎn)生并聚集，容易在短時(shí)間內(nèi)形成爆炸性混合氣體，使爆炸成為大概率事件。大量急性中毒類氣體產(chǎn)生并聚集，會對現(xiàn)場無防護(hù)人員造成速殺性致命傷害。2022年6月，國家能源局公布《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求（2022年版）（征求意見稿）》。要求中針對火災(zāi)事故共提出12條細(xì)則，其中針對鋰電池、鉛炭電池、儲能站相關(guān)的細(xì)則包括：“電化學(xué)儲能電站站址不應(yīng)貼鄰或設(shè)置在生產(chǎn)、儲存、經(jīng)營易燃易爆危險(xiǎn)品的場所，不應(yīng)設(shè)置在具有粉塵、腐蝕性氣體的場所，不應(yīng)設(shè)置在重要電力設(shè)施保護(hù)區(qū)內(nèi)?！薄爸写笮碗娀瘜W(xué)儲能電站不得選用三元鋰電池、鈉硫電池，不宜選用梯次利用動力電池；選用梯次利用動力電池時(shí)，應(yīng)進(jìn)行一致性篩選并結(jié)合溯源數(shù)據(jù)進(jìn)行安全評估?！薄颁囯x子電池設(shè)備間不得設(shè)置在人員密集場所，不得設(shè)置在有人居住或活動的建筑物內(nèi)部或其地下空間。鋰離子電池設(shè)備間應(yīng)單層布置，宜采用預(yù)制艙式。站房式鋰離子電池設(shè)備間，單個(gè)防火分區(qū)電池容量不宜超過6MW·h；超過6MW·h時(shí)，室內(nèi)應(yīng)設(shè)置固定自動滅火系統(tǒng)，系統(tǒng)的滅火效果和技術(shù)參數(shù)應(yīng)符合本文件2.12.6的規(guī)定?！毕噍^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)境如人群密集場所或高價(jià)值設(shè)備機(jī)房，其備電、儲能項(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)淼陌踩[患更少。2.3、經(jīng)濟(jì)性：成本優(yōu)勢+地區(qū)性峰谷電高價(jià)差推動鉛炭電池儲能站推廣目前儲能站盈利模式的其中一類是采取峰谷電價(jià)套利模式，即儲能站在谷時(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)代理購電價(jià)格來看，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。從全生命周期來考慮，儲能站的度電成本包括前期建設(shè)成本、過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)小型鉛炭儲能電站容量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。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)性優(yōu)勢。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)儲能技術(shù)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢預(yù)計(jì)不斷增強(qiáng)。2.4、應(yīng)用場景：5G基站儲能方興未艾，鉛炭更符合家庭儲能安全性考量2.4.1、基站儲能：5G基站儲能聯(lián)動虛擬電廠，降低電費(fèi)成本并實(shí)現(xiàn)儲能盈利2022年8月26日，深圳虛擬電廠管理中心正式揭牌，設(shè)在南方電網(wǎng)深圳供電局，主要負(fù)責(zé)深圳虛擬電廠的建設(shè)、管理和日常運(yùn)維，預(yù)計(jì)到2025年，深圳將建成具備百萬千瓦級可調(diào)節(jié)能力的虛擬電廠，逐步形成年度最大負(fù)荷5%左右的穩(wěn)定調(diào)節(jié)能力。2022年12月14日深圳舉行的2022碳達(dá)峰碳中和論壇暨深圳國際低碳城論壇上，深圳虛擬電廠管理中心與中國鐵塔、中國電信、中國移動、中國聯(lián)通、華為數(shù)字能源等單位簽訂虛擬電廠建設(shè)合作協(xié)議，將合力推動全市5G基站儲能系統(tǒng)到2023年全部接入該中心，為保障能源電力系統(tǒng)安全提供快速、靈活的調(diào)節(jié)能力。通信儲能作為通信基站的配套基礎(chǔ)設(shè)施，是保障通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。開年以來，北京、上海、深圳、寧夏、大連、吉林等省市宣布5G基站建設(shè)目標(biāo)，1月31日，北京宣布將在2023年新建1萬個(gè)以上5G基站；2月8日，寧夏宣布將在2023年新建5G基站2000個(gè)，累計(jì)達(dá)到13000個(gè)；2月11日，上海計(jì)劃2023年新建1萬個(gè)5G基站；2月10日，深圳市工信局發(fā)布《深圳市極速先鋒城市建設(shè)行動計(jì)劃》，計(jì)劃指出要全面提升5G網(wǎng)絡(luò)能效，全年新增5G基站10000個(gè)。2月13日，吉林省通信管理局公布5G基站相關(guān)數(shù)據(jù)：2022年建成5G基站13042個(gè)，累計(jì)建成5G基站34092個(gè)，并宣布了2023年目標(biāo)：力爭新建5G基站8000個(gè)。2月14日，大連市通信管理局宣布全年全域?qū)⑿陆?G基站4000個(gè)以上，力爭年底建成19000個(gè)5G基站，重點(diǎn)場所網(wǎng)絡(luò)通達(dá)率提升至99%。我國5G基站的建設(shè)運(yùn)營模式主要采用中國鐵塔建塔、引電建設(shè)基礎(chǔ)配套設(shè)施，移動、聯(lián)通、電信三大主運(yùn)營商租塔、安裝設(shè)備并進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營的模式，運(yùn)營電費(fèi)由鐵塔代運(yùn)營商統(tǒng)一向電力部門繳納。5G基站開通后電費(fèi)成本開支已高于鐵塔租費(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?；倦娫聪到y(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)包含高頻開關(guān)組合電源，蓄電池等。針對基站現(xiàn)有配電系統(tǒng)，在交流配電箱后引入ESS儲能系統(tǒng)，在電價(jià)低谷時(shí)，通過ESS儲能系統(tǒng)PCS給儲能電池充電，在電價(jià)高峰時(shí)，由儲能電池反向放電，以實(shí)現(xiàn)峰谷套利。2.4.2、家庭儲能：歐洲住宅儲能安裝熱潮，鉛炭電池更符合木結(jié)構(gòu)建筑安全考量歐洲光伏產(chǎn)業(yè)協(xié)會（SolarPowerEurope）數(shù)據(jù)表明，歐洲部署的住宅儲能系統(tǒng)總儲能容量在2020年首次突破1GWh，而在2021年又增長了一倍多，達(dá)到2.3GWh。2021年住宅電池儲能市場的規(guī)模是2014年的35倍。歐盟各國在2014年僅安裝了約9000套住宅電池儲能系統(tǒng)，而到2021年，約部署了26萬套住宅電池儲能系統(tǒng)。歐洲光伏產(chǎn)業(yè)協(xié)會在其“中等情景”預(yù)計(jì)2022年將達(dá)到3.9GWh，將增長71%，這將使歐洲累計(jì)部署的住宅儲能系統(tǒng)總儲能容量達(dá)到9.3GWh。根據(jù)該協(xié)會的預(yù)計(jì)，歐洲在2022年將安裝42萬多塊蓄電池，這將使歐洲100多萬戶家庭使用住宅太陽能發(fā)電設(shè)施和住宅電池儲能系統(tǒng)。歐洲電池儲能系統(tǒng)的電池通常是進(jìn)口的，現(xiàn)在面臨著嚴(yán)重短缺的困境。歐洲光伏產(chǎn)業(yè)協(xié)會認(rèn)為，住宅太陽能和儲能系統(tǒng)的部署熱潮將會持續(xù)下去。根據(jù)該協(xié)會對“中等情景”的預(yù)計(jì)，到2026年底，歐洲將有390萬戶家庭部署住宅電池儲能系統(tǒng)，累計(jì)部署的儲能容量將增長300%以上，達(dá)到32.2GWh。而其“高等情景”預(yù)測超過44GWh。德國是在歐洲領(lǐng)先的住宅電池儲能市場(2021年占?xì)W洲住宅電池儲能市場份額的59%)，新建的住宅太陽能設(shè)施的電池儲能系統(tǒng)配套部署率達(dá)到70%，并且還在進(jìn)一步上升。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)。因此儲能電池安全性同樣是布置家庭儲能電站較為重要的考量因素之一。鉛炭電池不會發(fā)生熱失控自燃、爆炸等安全性優(yōu)勢在木質(zhì)結(jié)構(gòu)家庭儲能應(yīng)用場景中得到展現(xiàn)。同時(shí)歐美獨(dú)棟住宅空間較大，地下室、車庫等大面積空間富裕，使用鉛炭電池替代鋰電池作為儲能電池時(shí)對于體積較大、重量較大等問題并不敏感。3、行業(yè)公司：國內(nèi)鉛炭技術(shù)發(fā)展超10年，昆工科技后起之秀北交所內(nèi)目前從事鉛炭電池生產(chǎn)的企業(yè)為昆工科技，同行企業(yè)主要為天能股份、南都電源、圣陽股份、超威動力等。3.1、昆工科技：冶金電極板技術(shù)遷移切入儲能，開發(fā)大容量鉛炭電池昆工科技是一家集有色金屬新材料研發(fā)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工制造、產(chǎn)品銷售和技術(shù)服務(wù)為一體的國家級高新技術(shù)企業(yè)，以節(jié)能降耗電極新材料及電極產(chǎn)品的研發(fā)、設(shè)計(jì)和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)為主業(yè)。于2019年入選工業(yè)與信息化部首批專精特新“小巨人”企業(yè)，是電化學(xué)冶金電極及電極新材料行業(yè)的創(chuàng)新型企業(yè)。從近期財(cái)務(wù)方面來看，昆工科技的營收、凈利潤規(guī)模保持穩(wěn)定，營業(yè)收入和凈利潤三年CAGR均為18.3%。受制于國內(nèi)冶金用電極板行業(yè)競爭較為激烈，毛利率和ROE略有下降。業(yè)績快報(bào)顯示2022年預(yù)計(jì)全年實(shí)現(xiàn)營業(yè)收入5.64億，凈利潤4344.65萬元。2022年9月，昆工科技宣布開展新的鉛炭電池業(yè)務(wù)線條。2022年9月9日收到國家知識產(chǎn)權(quán)局頒發(fā)的《發(fā)明專利證書》，發(fā)明專利為“一種大容量鉛炭儲能電池及制備方法”。2022年下半年至今，昆工科技在鉛炭電池產(chǎn)能方面不斷推進(jìn)。2022年12月公告顯示，位于云南省曲靖市麒麟?yún)^(qū)的全資子公司云南理工恒達(dá)新能源科技有限公司新型鉛炭儲能電池組裝生產(chǎn)線已安裝調(diào)試完畢，經(jīng)過系統(tǒng)投料生產(chǎn)測試，能夠正常、穩(wěn)定運(yùn)行并批量生產(chǎn)產(chǎn)品，同時(shí)正在生產(chǎn)送檢產(chǎn)品擬送第三方檢測，待第三方檢測結(jié)果符合國家標(biāo)準(zhǔn)以及小批量生產(chǎn)通過客戶使用驗(yàn)證后，將正式批量生產(chǎn)。該生產(chǎn)線項(xiàng)目設(shè)計(jì)產(chǎn)能為年產(chǎn)2GW新型鉛炭儲能電池。產(chǎn)能方面，募投項(xiàng)目實(shí)施前的產(chǎn)能（包括一條備案產(chǎn)能15萬片/年的鉛合金陽極板生產(chǎn)線、一條備案產(chǎn)能10萬片/年柵欄型陽極板生產(chǎn)線及一條備案產(chǎn)能為不銹鋼陰極板、鋁合金陰極板各5萬片/年的陰極板生產(chǎn)線）已經(jīng)出現(xiàn)產(chǎn)能不足情況，且主要生產(chǎn)基地昆工晉寧也已無多余場地進(jìn)行進(jìn)一步開發(fā)。昆工科技原計(jì)劃在昆明市晉寧工業(yè)園區(qū)二街鎮(zhèn)投資建設(shè)“昆明市晉寧區(qū)大容量鉛炭長時(shí)儲能電池板柵及儲能電池項(xiàng)目”以及在曲靖市麒麟?yún)^(qū)麒麟工業(yè)園區(qū)越州片區(qū)新田投資新建的“年產(chǎn)10GWh新型鉛炭長時(shí)儲能電池生產(chǎn)基地項(xiàng)目，鑒于土地供應(yīng)時(shí)間不及預(yù)期、環(huán)保政策等因素，決議終止這兩項(xiàng)建設(shè)計(jì)劃并擬重新選址進(jìn)行項(xiàng)目的投建。2023年2月公告顯示，昆工科技進(jìn)一步推進(jìn)產(chǎn)能規(guī)劃。簽定投資協(xié)議書擬在銀川高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)投資建設(shè)“年產(chǎn)2000萬kVAh新型鉛炭長時(shí)儲能電池生產(chǎn)基地項(xiàng)目”，該項(xiàng)目計(jì)劃總投資24億，分兩期建設(shè)；同時(shí)擬在曲靖市陸良工業(yè)園區(qū)大莫古片區(qū)投資建設(shè)“曲靖市陸良縣鉛炭儲能電池用鋁基鉛合金復(fù)合材料項(xiàng)目”，實(shí)施主體為新設(shè)立的全資子公司昆工恒達(dá)（云南）新能源科技有限公司，一期規(guī)劃建設(shè)年產(chǎn)2500萬片鉛炭儲能電池用鋁基鉛合金復(fù)合材料。3.2、天能股份：完成首個(gè)電網(wǎng)側(cè)鉛炭儲能站，與太湖能谷合作協(xié)議達(dá)30GWh天能股份是一家以電動輕型車動力電池業(yè)務(wù)為主，集電動特種車動力電池、新能源汽車動力電池、汽車起動啟停電池、儲能電池、3C電池、備用電池、燃料電池等多品類電池的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售為一體的國內(nèi)電池行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)。財(cái)務(wù)方面近期天能股份業(yè)績逐漸回暖，2022年全年天能股份實(shí)現(xiàn)營業(yè)收入418.82億元，同比增長8.18%；歸母凈利潤19.08億元，同比增長39.35%。在儲能、備用電源方面，天能股份主要提供鉛炭+鋰電雙重技術(shù)路線解決方案，滿足客戶不同產(chǎn)品需求。其研制的長壽命高功率鉛炭超級電池已通過浙江省經(jīng)濟(jì)和信息化廳新產(chǎn)品鑒定，確認(rèn)為省級工業(yè)新產(chǎn)品。2020年，天能股份參與建設(shè)10千伏雉城儲能電站。這一儲能電站是浙江省首座電網(wǎng)側(cè)儲能電站，也是全國首個(gè)電網(wǎng)側(cè)鉛炭式儲能電站。電站核心儲能單元由天能生產(chǎn)的20160只鉛炭電池組成。2022上半年，天能股份鉛炭儲能業(yè)務(wù)營收約7660萬元，較2021年同期增長超7倍，下游客戶有中電投、國電網(wǎng)、中國移動等。2022年12月13日，天能股份發(fā)布公告，2023-2025三年太湖能谷在其所實(shí)施的儲能項(xiàng)目中采用天能股份的鉛炭電池電芯總量合計(jì)不低于30GWh的戰(zhàn)略合作意向并簽署了《儲能項(xiàng)目戰(zhàn)略采購合作協(xié)議》。3.3、南都電源：鉛炭應(yīng)用超10年，累計(jì)簽約儲能電站總?cè)萘拷?900MWh南都電源是國家高新技術(shù)企業(yè)，一直專注于高端工業(yè)電池及新能源領(lǐng)域，提供以先進(jìn)閥控密封電池、鋰離子電池、燃料電池為核心的系統(tǒng)化產(chǎn)品、解決方案及運(yùn)營服務(wù)，主營業(yè)務(wù)包含通信及數(shù)據(jù)、智慧儲能、新能源動力全系列產(chǎn)品和系統(tǒng)的研發(fā)、制造、銷售、服務(wù)及環(huán)保型資源再生。從財(cái)務(wù)情況來看，南都電源總營收保持上漲趨勢，但在2020-2021年均錄得凈利潤虧損。截至2022Q3南都電源取得營業(yè)收入84.86億元同比下降15.97%，凈利潤6.08億元，結(jié)束虧損局面。南都電源對于鉛炭電池的研究歷史較長。從2010年南都電源就已經(jīng)開始研究鉛炭電池項(xiàng)目，2011年進(jìn)入批試階段，2012年鉛炭電池中標(biāo)國內(nèi)第一個(gè)新能源示范城市兆瓦級儲能項(xiàng)目“吐魯番示范區(qū)屋頂光伏電站暨微電網(wǎng)試點(diǎn)工程儲能電池系統(tǒng)”；2013年鉛炭電池通過國家級能源科學(xué)技術(shù)成果鑒定，并中標(biāo)“珠海萬山海島6MWh新能源微電網(wǎng)示范項(xiàng)目”，“浙江鹿西島4MWh新能源微網(wǎng)儲能項(xiàng)目”，“張北國家風(fēng)光儲輸示范工程項(xiàng)目”等；2014年在湖北省葛店經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)投資建設(shè)年產(chǎn)1000萬kVAh新能源電池項(xiàng)目，項(xiàng)目重點(diǎn)產(chǎn)品為針對節(jié)能環(huán)保汽車啟停系統(tǒng)用高性能鉛炭電池；2015年中標(biāo)“中能硅業(yè)儲能電站工程實(shí)施項(xiàng)目”項(xiàng)目