2020年钠硫电池成本将降至200美元/千瓦时

“我们计划到2020年，将钠硫电池的成本（包括储能双向逆变器和安装费用）降至200美元／千瓦时。”在近日举办的“储能国际峰会2016”上，日本碍子株式会社（下称“NGK”）NAS（钠硫）电池事业部设计部长玉越富夫对21世纪经济报道表示。

“钠硫电池是可存储大量电能的最可靠和最有效的电池，在大容量储能系统市场上占据的市场份额最大。”NGK公司NAS（钠硫）电池事业部海外营业部经理大森智之向记者表示。

钠硫电池技术在大规模化学储能技术中最成熟、累积装机规模最大。主要应用于削峰填谷、可再生能源、辅助电源和微网等领域。

NGK公司是全球最大的钠硫电池生产商，年生产能力为150MW，在全球的总装机量已达530MW，约占全球储能市场30％－40%的份额。这意味着钠硫电池的市场份额仅次于目前在全球储能市场中份额最高的锂离子电池。

今年3月，NGK公司和九州电力合作的大容量蓄电池系统改善供电与需求平衡的示范项目开始运行，输出功率50MW，设备容量300WMh，是全球最大的大容量储能站。

“我们看好中国市场的前景，尤其是钠硫电池在新能源并网领域的应用。”玉越富夫解释，中国新能源占比还比较低，市场空间很大，目前遭遇了严重的弃风弃光现象，这成为了公司计划进入中国市场的契机。

由于钠硫电池仍面临成本高的难题，所以现在尚未在全球实现大规模应用。

“我们年产量已达到150兆瓦，而每年的订货量停止在几十兆瓦，达不到量产的效果，因而无法降低成本，不能降低成本又会出现销售困难的问题。如何摆脱这样的恶性循环仍是我们需要解决的问题。”大森智之说。

以精细陶瓷作技术壁垒

在钠硫电池领域，全球生产企业很少，NGK公司具有绝对的技术优势。

对很多人而言，相比锂电池或铅酸电池，钠硫电池并不是一个特别熟悉的概念。所谓钠硫电池是负极为钠（Na）、正极为硫（S）、隔开两个电极的电解质使用了精细陶瓷的蓄电池。玉越富夫解释，其核心壁垒在于精细陶瓷技术。

“与一般的锂电子电池不同，生产钠硫电池所需要的高质量陶瓷管技术、电池组件的密封技术、抗腐蚀电极材料技术和规模化成套技术门槛特别高，一般的企业不敢轻易涉足。”中国科学院工程热物理研究所储能研究中心主任陈海生对21世纪经济报道分析。

1919年，为“特别高压绝缘子的国产化”而诞生的NGK公司，逐步掌握了特有的陶瓷技术。1967年，美国福特公司发现了钠硫电池的原理，而后日本、美国、欧洲都有公司对该电池开展研究。1984年，东京电力公司委托NGK公司研发钠硫电池中的电解质和固体陶瓷，东京电力和NGK所用的技术就是从欧洲BBC（现ABB）公司引进的。

“5年后，我们开始设计单电池，再经过1991年的电池模块/系统和1997年的电池储能系统试验评估，最终于2002年实现了商业化。”玉越富夫说，他们凭借的就是固体陶瓷和全密封技术等工艺。

从技术上看，和锂离子电池、铅酸电池等其他储能电池相比，钠硫电池是目前唯一同时具备大容量和高能量密度的储能电池。

以NGK公司销售的钠硫电池为例，电池模块有30KW/212KWh、33KW/200KWh两个型号，这些模块可构成200KW/1200KWh的集装箱型电池系统和1200KW/8640KWh的室外箱电池系统。经现场验证，钠硫电池的使用寿命为15年或4500次100%DOD（放电深度）充放电循环（以先到为准）。

尽管如此，在钠硫电池商业化应用9年之后的2011年9月21日，NGK公司的钠硫电池发生了一次不大的火灾。安装于三菱Material公司Tsukuba工厂的钠硫电池因外部特殊包装引起着火，未造成人员伤亡和建筑设施的损毁。

调查发现，着火的钠硫电池系统由40个电池模块组成，其中一个电池模块由384个电池元件组成，有一个电池元件失灵。这个电池元件渗漏了熔融材料，熔融材料流入电池模块间的区域，导致相邻模块中电池单元之间的短路。由于电池元件之间没有安装保险丝，短路导致高温，破坏了其他电池元件，最终在所有电池模块间引起火灾。

玉越富夫解释，这次事故之后加强了安全措施，为每一节电池设置了防火板，电池元件之间增加了熔断器，在电池模块之间放置绝缘板，还在电池模块之间的上下方放置防火板。即使在最坏的情况下，单电池着火，也不会损害到周围的单电池。"

“事实上，任何储能系统都是能量聚集系统，都存在安全隐患。由于采用陶瓷做固体隔膜，没有气体存在，因此不会爆炸。跟其他某些电池比起来，钠硫电池事故率很低。”温兆银分析。

提前布局中国市场

NGK公司的钠硫电池年产量为150MW/1GWh，在全球总装机量530MW/3700MWh，由于成本较高，整体来看钠硫电池的应用规模还相对较小，这意味着钠硫电池的市场需求尚未完全释放出来。

“目前钠硫电池的价格确实不低，含安装费用在内，成本约为300美元/千瓦时。但如果按千瓦时来算，我们的电池在价格上还是具有一定竞争力的。”玉越富夫说，“希望到2020年，能将成本降低到200美元／千瓦时。办法是改善生产线，通过集装箱型电池系统减少人工设计、运输和建设成本。”

NGK公司的钠硫电池主要用于负载调频、削峰填谷、可再生能源、辅助电源和微网等领域，应用项目分布在日本、美国、加拿大、德国、意大利、阿联酋等国家。其中，日本应用规模最大，为360MW；阿联酋次之，达到108MW。

与其他电池类似，日本政府为NGK公司的前期研发提供补贴。政府会提出一个目标，比如为了在一段时间内将产品价格降到一定水平，按此发放补贴，应用项目单位也会一次性获得一定比例的建设费用补贴。

有的项目由日本政府直接投资，而商业项目买方会给予优惠。比如东京电力公司购买钠硫电池用来削峰填谷，该公司会根据峰谷差等指标给予优惠电价，这些激励政策推动了钠硫电池的应用。

“随着可再生能源的快速发展，电力质量和可靠性问题会越来越突出，而钠硫电池可以在电网的每一个节点发挥重要作用，来提高和加强能源的安全，因此我们看好其市场前景。”玉越富夫解释。

NGK为日本青森县六所村的51MW二又风力发电站提供了34MW的钠硫电池储能系统，2008年8月开始运行。该系统能在强风下过度发电时充电，风力减弱时放电以增加电量。

21世纪经济报道获悉，NGK目前在中国只有一个钠硫电池的应用示范项目，即和南瑞继保合作的南京江宁200KW/1440KWh的钠硫电池储能示范项目。

“我们在中国尚未建设电池生产工厂，所以项目所用电池都从日本运来。”玉越富夫说，“中国的储能应用市场前景很大，但现在还未发展起来，所以前期不能投入太大。”

“当前，尽管储能已被列入国家‘十三五’的百大工程，但相关的研发、投资和应用配套政策基本处于空白状态。目前已有的储能政策主要体现在电动车储能领域，储能在可再生能源并网和电网中应用的相关政策还亟待建立。”中国化学与物理电源行业协会储能应用分会秘书长刘勇对21世纪经济报道分析。

不过，NGK已经开始在中国提前进行战略布局，正在与国内的一些逆变器厂商商谈合作，研发储能系统，开拓中国市场。