在碳達峰、碳中和的國家戰(zhàn)略大背景下，國際國內(nèi)儲能技術(shù)和市場迅速升溫。本文分析比較了幾種主要電化學儲能技術(shù)的特點和關(guān)注點，重點介紹了一種兼具高安全性、可循環(huán)利用、適配多場景和低度電成本的新型智能鉛酸鉛炭電池技術(shù)，并對該技術(shù)在通信基站和數(shù)據(jù)中心場景的儲能應(yīng)用案例進行了分析和解讀。

一 儲能行業(yè)背景及應(yīng)用場景

隨著我國社會發(fā)展，能源與環(huán)境問題日益突出。中國在“雙碳”目標即“力爭2030年前實現(xiàn)碳排放達峰，2060年前實現(xiàn)碳中和”的牽引下，正在經(jīng)歷一場由化石能源向新能源轉(zhuǎn)型的能源革命，未來光伏、風電等新能源的應(yīng)用規(guī)模與比例勢必大幅提升。

儲能是提升傳統(tǒng)電力系統(tǒng)靈活性、經(jīng)濟性和安全性的重要手段，是實現(xiàn)“雙碳”目標的重要支撐技術(shù)之一，發(fā)展先進的大規(guī)模儲能技術(shù)對于我國加快構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)、推動能源生產(chǎn)和利用方式變革具有重要戰(zhàn)略意義。

儲能的應(yīng)用場景可分為發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)三種：

1.發(fā)電側(cè)儲能主要是和光伏或風力發(fā)電相配套，平滑發(fā)電曲線，滿足電網(wǎng)系統(tǒng)的接入要求，解決棄電問題。

2.電網(wǎng)側(cè)儲能主要用于調(diào)峰調(diào)頻，削峰填谷，增加電網(wǎng)穩(wěn)定性。

3.用戶側(cè)儲能主要是利用用戶變壓器在谷電時段的多余容量或通過電力交易市場購買谷電來儲能，通過削峰填谷實現(xiàn)電價套利，同時還可以帶來備用電源、虛擬增容、綠電交易的價值。用戶側(cè)儲能有用電客戶紅線內(nèi)安裝、園區(qū)集中安裝、園區(qū)微電網(wǎng)分別供電等形式。

二 儲能技術(shù)路線和國家政策

儲能的技術(shù)路線主要有三類：電磁儲能（如超級電容、超導電磁儲能）、物理儲能（如抽水蓄能、飛輪儲能）、和電化學儲能。儲能功率達到MW級，儲能時間達到小時級的大規(guī)模儲能技術(shù)主要是抽水蓄能、電化學儲能。

1.抽水蓄能是目前應(yīng)用最廣、最成熟的大規(guī)模儲能技術(shù)，具有儲能容量大、功率大、度電成本低等優(yōu)點，我國已建成的抽水蓄能已超過3000萬千瓦，到2030年預(yù)計要達到1.2億千瓦。抽水蓄能儲能容量大，但需要龐大的場地以修建水庫，建設(shè)成本高、時間長、易對周遭環(huán)境造成破壞，這是抽水蓄能最主要的缺點。

2.電化學儲能技術(shù)已可在單站規(guī)模上與抽水蓄能比肩，同時電化學儲能具有設(shè)備機動性好、響應(yīng)快、能量密度高和循環(huán)效率高等優(yōu)勢，是目前儲能產(chǎn)業(yè)研發(fā)重點領(lǐng)域和主要增長點。

國家能源局規(guī)劃到2025年新型儲能（電化學儲能為主）達到30GW的水平。國家電網(wǎng)也規(guī)劃到2030年抽水蓄能和電化學儲能分別達到100GW。各省發(fā)改能源部門也積極響應(yīng)國家的政策要求，紛紛加大用戶側(cè)電費峰谷差價，尤其在長三角和珠三角地區(qū)，大工業(yè)和工商業(yè)峰谷電費差價已經(jīng)能夠滿足投資者對收益的要求。

三 電化學儲能電池技術(shù)比較

電池是電化學儲能系統(tǒng)的核心，不同的電池技術(shù)各有其特點，目前比較成熟的電池技術(shù)包括鉛酸鉛碳電池、鋰離子電池和液流電池等，衡量各種電池技術(shù)的關(guān)鍵指標包括：安全性、經(jīng)濟性、易用性、再利用性等。在工商業(yè)場景，安全性應(yīng)放在第一重要的位置。

1.鋰離子電池以鋰金屬氧化物為正極材料、石墨為負極材料，同時采用鋰鹽的有機溶液為電解液，鋰離子電池具有高能量密度的特點，并有放電電壓穩(wěn)定、工作溫度范圍寬、自放電率低、可大電流充放電、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點。目前在儲能系統(tǒng)應(yīng)用的主要是磷酸鐵鋰電池，磷酸鐵鋰的正極材料不容易分解，不易產(chǎn)生助燃的氧氣，已經(jīng)是目前較為安全的鋰離子電池技術(shù)，但近幾年采用磷酸鐵鋰電池的汽車和儲能電站燃燒爆炸事件仍屢有發(fā)生。

在全環(huán)節(jié)生產(chǎn)過程中每公斤鋰電池的平均二氧化碳CO2排放為12.5kg，約為鉛酸的4倍。鋰離子電池的回收再利用率低，可回收材料約為10%，目前沒有成規(guī)模的工業(yè)化回收方案，廢舊電池的處置依然是填埋為主。據(jù)報道，美國加州65%的垃圾處理場火災(zāi)由廢舊鋰電池引發(fā)。

國家能源局在2022年6月29日發(fā)布的《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求（2022年版）（征求意見稿）》，對電化學儲能有比較明確的安全規(guī)范要求，提出中大型電化學儲能電站不得選用三元鋰電池，不宜選用梯次動力電池（包括三元鋰和其他鋰電池）。在大規(guī)模鋰電池應(yīng)用中，目前還沒有一個行之有效的消防措施。國際消防準則（IFC2018）中對鋰電池及其它非鉛酸類電池提出了嚴格的單堆容量、單系統(tǒng)容量及電池點陣隔離間隔的要求，這對鋰電池儲能系統(tǒng)的儲能空間利用率提出了很大的挑戰(zhàn)。

2.鉛酸鉛碳類電池（鉛酸電池和鉛碳電池可歸為一類）是目前國內(nèi)使用最廣泛的化學電池技術(shù)，具有安全性高、價格低、再利用性好，產(chǎn)業(yè)鏈完整不受資源限制等優(yōu)勢。鉛酸鉛碳類電池主要缺點是循環(huán)充放次數(shù)較少，但AGM鉛酸鉛碳電池配合國內(nèi)創(chuàng)新的新型電池管理技術(shù)（在線電池健康維護）可以延長循環(huán)使用壽命70%以上，從而在用戶側(cè)儲能應(yīng)用方面具有極大的競爭力。

環(huán)保方面，鉛酸鉛碳電池采用了自動生產(chǎn)線及負壓過濾式生產(chǎn)環(huán)境，鉛污染得到了有效控制，原材料回收率高達99%以上，使電池從生產(chǎn)、使用到回收再利用形成了一個完整的成規(guī)模的工業(yè)化閉環(huán)，大大降低了原材料開采帶來的環(huán)境破壞，其對環(huán)境污染的要遠低于鋰電池。

鉛酸鉛碳電池是目前電化學儲能電池中安全系數(shù)較高的一種電池。電池內(nèi)部全部物質(zhì)為高溫不可燃物質(zhì)，在國際消防準則（IFC2018）中，鉛酸鉛碳電池是唯一不受單堆容量、系統(tǒng)容量、電池點陣隔離間隔等限制條件的常用電化學儲能電池，單個40尺集裝箱內(nèi)最大可安裝鉛酸鉛碳電池可達3MWh以上。

鉛酸電池中加入特種活性炭，可以解決硫酸鹽化問題（即硫酸鉛結(jié)晶顆粒長大而失去充放可逆性），在安全環(huán)保的基礎(chǔ)上使電池壽命大幅延長，并實現(xiàn)最高0.5C的充放電性能。

3.全釩液流電池近幾年也受到越來越多的關(guān)注。全釩液流電池主要優(yōu)勢：一是安全環(huán)保。全釩液流電池儲能介質(zhì)為含有釩離子的稀硫酸水溶液，不易發(fā)生爆炸和燃燒，釩電解液可反復(fù)循環(huán)利用。二是循環(huán)壽命長。電池充放電循環(huán)次數(shù)在15000次以上，使用年數(shù)在15年到20年。三是充放電特性良好。響應(yīng)速度快，可深度放電，適合大電流快速充放電。四是容量大。儲能容量為數(shù)百千瓦時至數(shù)百兆瓦時，尤其適合大容量固定儲能場合。制約全釩液流電池發(fā)展的主要因素是現(xiàn)階段成本過高，功率密度低，體積龐大，在分布式場景難以部署表1列出了幾類常用電池的性能。

四 智能AGM鉛酸碳電池技術(shù)

AGM鉛酸鉛炭類電池采用AGM（超細玻璃棉）隔板，貧液式設(shè)計，在正負極板之間預(yù)留有氣體通道，電池充電過程中，正極上產(chǎn)生氧氣通過隔板順利到達負極，與負極活性物質(zhì)反應(yīng)并還原成水，抑制了氫氣的析出，達到基本不會失水的目的。所以，在電池的整個使用壽命期間，不用加酸、加水，并且在使用過程中無酸霧溢出，不腐蝕設(shè)備，可隨設(shè)備安裝使用。AGM鉛酸鉛炭類電池正極板采用高錫的板柵使活性物質(zhì)接觸電阻極小，增加和提升活性物質(zhì)的容量與壽命。負極采用四元合金，活性物質(zhì)添加劑一定比例的膠體石墨、進口炭黑、乙炔黑，使得活性物質(zhì)周圍生成強大的導電網(wǎng)絡(luò)，不容易硫化，充電容易恢復(fù)容量，大大提高循環(huán)次數(shù)。

國內(nèi)某新銳技術(shù)企業(yè)開發(fā)的基于智能AGM鉛酸鉛碳電池的儲能系統(tǒng)，集成了物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云平臺、人工智能，大幅延長儲能系統(tǒng)壽命，從而降低儲能度電成本。表2給出了BMS電池管理技術(shù)的比較。

該企業(yè)首創(chuàng)的TEC-Engine專利技術(shù)和儲能系統(tǒng)BMS及EMS系統(tǒng)有機結(jié)合，使AGM鉛酸鉛碳類電池循環(huán)壽命可達1600次以上（70%放電深度）。電池每天一充一放，電池壽命在5年左右。第5年底將舊電池更換為新電池繼續(xù)運行（電池殘值為新電池的45%）。采用智能AGM鉛酸鉛碳電池，可以在滿足高安全性的前提下，大幅降低一次儲能系統(tǒng)的投資成本至0.9元～1.0元/瓦時，與其他電池技術(shù)相比，有較強的經(jīng)濟性吸引力。在用戶側(cè)儲能場景，該電池技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到工廠、園區(qū)、數(shù)據(jù)中心及運營商基站等領(lǐng)域。新一版的液冷電池包技術(shù)效率更高，液冷電池自帶溫控系統(tǒng)，可以工作在-40℃-65℃度的寬溫環(huán)境，在機房內(nèi)部署可以提高室內(nèi)溫度從而降低PUE，也可靈活部署在室外環(huán)境。圖1示出了不同情況下的充放電周期。圖2表示的是儲能應(yīng)用后日用電情況

五 新型智能AGM鉛酸碳電池在通信基站儲能的應(yīng)用案例

隨著5G技術(shù)的普及推廣，電信運營商基站數(shù)量和用電量在過去幾年快速增長。2021年底國家加大了電價的峰谷價差，并全面開放了大工業(yè)和一般工商業(yè)的電力市場交易，大工業(yè)和一般工商業(yè)電價有20%左右的增長，電信運營商面臨較大的基站電費壓力。為保障通信基站電力供應(yīng)不中斷，運營商行業(yè)要求在通信基站配置不小于3小時的蓄電池作為后備電源。通信基站包括用于通信設(shè)備的直流負載以及用于空調(diào)、照明的交流負載，直流負載用電量占基站總負載的70%以上。

基站直流系統(tǒng)側(cè)儲能解決方案配置10-12小時長時間儲能電池，提供不小于9小時的日消峰能力，可以通過峰谷套利節(jié)省電費。利用鉛酸鉛碳類電池70%@DOD的特性，通過剩余30%的充放容量提供可替代原有蓄電池，實現(xiàn)3-12小時的備電能力。具體有三種解決方案：

1）保留原開關(guān)電源并保留原有蓄電池，在48V直流母線上掛DC/DC+直流儲能系統(tǒng)。此方案的好處是直流儲能系統(tǒng)獨立運行，不影響原有的備電系統(tǒng)。在原有的備電系統(tǒng)退役后可平滑過渡利用直流儲能系統(tǒng)的備電能力。

2）保留原開關(guān)電源，用新的儲能直流系統(tǒng)直接替換原有蓄電池。

3）開關(guān)電源+直流儲能系統(tǒng)直接替代原開關(guān)電源和原有蓄電池。

某東部省電信運營商2019年11月開始積極開展5G基站儲能系統(tǒng)試點，進行了55個站點為期二年多的測試運行，這些試點采用了新型智能AGM鉛酸鉛碳電池技術(shù)和風冷電池包技術(shù)。

鉛酸類電池有富液式、VRLA（AGM/膠體）等不同種類。目前電信營商備用電源采用較多的為富液式電池，該55個試點采用的是安全性更高的密封閥控（VRLA）AGM/膠體電池。它在傳統(tǒng)鉛酸電池電解液中加入凝膠物質(zhì)使電解液不再為純液體形式存在，或者使電解液吸附在玻璃纖維隔板內(nèi)，使得電池沒有漏液風險。此外電池本體密封，內(nèi)部每個電芯單元只有一個出氣孔被出氣壓力閥覆蓋，正常使用中閥內(nèi)氣壓低于最大50kPa時無氣體溢出，此類電池在有明火環(huán)境中不會產(chǎn)生內(nèi)部燃爆，具有極高的安全性。

根據(jù)2021年9月30日的測試報告，儲能系統(tǒng)安全可靠，應(yīng)用前后對比日均電費節(jié)省約31%，年均電費節(jié)省約27.97萬元。表3給出了三個城市共計55個站點的試點說明

各站點日均尖、峰、谷用電量分布（應(yīng)用后）表4給出的是各站點日均尖、峰、谷用電量分布（應(yīng)用后）表4給出的是各站點日均尖、峰、谷用電量分布（應(yīng)用后）

應(yīng)用前：55個站點日均各時段用電占比為：尖峰電時段9%，峰電時段42%，谷電時段49%。應(yīng)用后：55個站點日均各時段用電占比為：尖峰電時段2%，峰電時段12%，谷電時段86%。應(yīng)用后有如下幾點價值：

1.“削峰填谷”功能，節(jié)省電費支出，平均電價下降32%，整體電費節(jié)省幅度達31%，預(yù)期年均電費可節(jié)約27.97萬元。

2.“后備電源”功能，可替代原后備蓄電池，節(jié)省原蓄電池的投資費用。利用鉛酸鉛碳電池70%DoD放電深度的特點，在削峰填谷同時，另外30%的電池容量滿足至少3小時的備電保障（可延展至11-12小時）。

3.“綠色環(huán)?！比芷诠芾?，包括對廢舊電池的回收和再利用，使儲能系統(tǒng)在完成既定功效實現(xiàn)預(yù)期經(jīng)濟效益的同時達到節(jié)能減排、綠色環(huán)保。

4.“綜合能源”管理，在具備條件的場景下，結(jié)合風電、光伏系統(tǒng)，效益更可觀。

5.“數(shù)據(jù)平臺”在線智能化監(jiān)控、多維度預(yù)警，大幅降低應(yīng)急保障的費用，實現(xiàn)資產(chǎn)安全管理。

6.整合“開關(guān)電源”功能，節(jié)省原開關(guān)電源的投資和折舊費用。

55個站點節(jié)電效益測算表（截止2021年8月31日）圖3給出了5G站點儲能系統(tǒng)和實時監(jiān)控畫面。

六 新型智能AGM鉛酸碳電池在數(shù)據(jù)中心儲能的應(yīng)用

東部某省的一個超算中心正在建設(shè)兩套0.25MW/2.5MWh的儲能系統(tǒng)單元，以削峰填谷提高項目的經(jīng)濟性。該儲能系統(tǒng)主要由AGM鉛酸鉛碳儲能電池、電池管理系統(tǒng)（BMS）、能量管理系統(tǒng)（EMS）、儲能變流器PCS及相應(yīng)的配電設(shè)備等組成。儲能電池系統(tǒng)的直流電能經(jīng)儲能變流器逆變?yōu)榈蛪航涣?80V，再經(jīng)儲能接入柜接到0.4kV低壓母線上，雙向充電和放電運行消峰填谷，進行峰谷套利。

采用安全可靠智能AGM鉛酸鉛碳電池是數(shù)據(jù)中心實施儲能系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)。整個儲能系統(tǒng)有2個電池倉和1個設(shè)備倉，均采用預(yù)制倉形式安置，項目總占地面積約104平方米。4簇空冷電池包安置在一個2個45呎集裝箱內(nèi)，電池容量為2x2.5MWh（新的液冷電池包技術(shù)，每個40呎集裝箱的電池容量可達3MWh）。儲能系統(tǒng)放電深度70%，綜合充放電效率83%，兩套獨立的儲能單元每天共計充電約5400kWh，共計放電約4440kWh。

該儲能系統(tǒng)目前正處于實施階段。正式投運后，預(yù)計每年的電費收益約121萬元（已經(jīng)考慮運維費用）。投資回收期為4.5年左右，相較于其他電池儲能方案具有顯著經(jīng)濟性優(yōu)勢，具備可復(fù)制性和推廣性。圖4給出了國內(nèi)一超算中心儲能系統(tǒng)效果圖。

七 基站及數(shù)據(jù)中心儲能展望

據(jù)《2021年通信業(yè)統(tǒng)計公報》，2021年全國移動通信基站總數(shù)達996萬個，耗電約1000億度。其中5G基站為142.5萬個（平均約為2.7KW，能耗為4G基站的3倍左右），5G基站總能耗約為330億度，年增長60%。以1萬個基站為例，參考以上55個基站測試結(jié)果，每年可節(jié)省電費預(yù)估為5070萬元，每年可減少備用電源設(shè)備投資和維護費用約3700萬元。目前該東部省三大運營商和鐵塔公司正陸續(xù)開展基站儲能系統(tǒng)招標和項目實施工作，同時也在開展針對數(shù)據(jù)中心的儲能系統(tǒng)規(guī)劃。

數(shù)據(jù)中心是公認的高耗能行業(yè)，全國數(shù)據(jù)中心年用電量截止2021年為2100億度，2020占全社會用電量的2.7%，預(yù)計2025年國內(nèi)數(shù)據(jù)中心耗電量將占全社會用電量的4%以上。數(shù)據(jù)中心采用儲能可以削峰填谷提升數(shù)據(jù)中心的經(jīng)濟性，還可以做為備用電源增強數(shù)據(jù)中心的供電可靠性，同時儲能還是數(shù)據(jù)中心充分利用新能源的重要手段。目前，長三角和珠三角峰谷電價更有利于開展用戶側(cè)儲能，這兩地區(qū)數(shù)據(jù)中心機柜數(shù)量占全國的比例約42%，數(shù)據(jù)中心每年能耗約882億度，結(jié)合儲能技術(shù)可以節(jié)省尖峰和高峰時段電費，如果按照波谷和波峰0.9元差價而平均電價為0.75元/度估算，采用儲能系統(tǒng)波谷充電，波峰放電供應(yīng)高峰或尖峰電量，可以降低電費多達37.8%（波谷充電還可以申請綠電交易，滿足數(shù)據(jù)中心低碳的要求）。

運營商行業(yè)在5G時代用電量增長迅速，有節(jié)省電費和提升備電可靠性等需求。未來幾年，儲能系統(tǒng)必將在各大運營商的基站和數(shù)據(jù)中心（同樣適用其他類別數(shù)據(jù)中心）全面開花，鉛酸鉛碳類電池技術(shù)在安全性、經(jīng)濟性、可復(fù)制性等方面高度契合運營商需求，應(yīng)當成為幾大電信運營商儲能項目的首選。

審核編輯：郭婷