構(gòu)建面向碳中和的新型電力系統(tǒng)，需要大規(guī)模、高安全以及不同時(shí)長(zhǎng)的儲(chǔ)能技術(shù)，其中最缺的就是長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)。
長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能市場(chǎng)越來(lái)越火。據(jù)咨詢機(jī)構(gòu)伍德麥肯茲統(tǒng)計(jì)，全球投運(yùn)及在建的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能項(xiàng)目，價(jià)值已超過300億美元。近三年投資的項(xiàng)目若全部建成投運(yùn)，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能裝機(jī)總量預(yù)計(jì)新增5700萬(wàn)千瓦，相當(dāng)于2022年全球長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能總裝機(jī)規(guī)模的3倍左右。
在中國(guó)科學(xué)院院士、南方科技大學(xué)碳中和能源研究院院長(zhǎng)趙天壽看來(lái)，即便如此火熱，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的發(fā)展依然不夠。“構(gòu)建面向碳中和的新型電力系統(tǒng)，需要大規(guī)模、高安全以及不同時(shí)長(zhǎng)的儲(chǔ)能技術(shù)，其中最缺的就是長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)。”近日在第五屆未來(lái)能源大會(huì)期間，他向記者闡述了自己的觀點(diǎn)。長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能已由“邊緣”進(jìn)入賽道中央，但目前，各細(xì)分技術(shù)均有自身局限，產(chǎn)業(yè)規(guī)?；l(fā)展面臨不少挑戰(zhàn)。
需求巨大
長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的走紅不是偶然。趙天壽表示，在碳中和時(shí)代，新型電力系統(tǒng)需要不同時(shí)長(zhǎng)的規(guī)模化、高安全儲(chǔ)能技術(shù)?；诖耍瑑?chǔ)能將成為保障能源安全的核心技術(shù)之一，整個(gè)產(chǎn)業(yè)本身就備受關(guān)注。
“風(fēng)電、光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展很快，成本持續(xù)下降，但它們的特征是分散、間歇和不穩(wěn)定。為保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，有時(shí)不得不棄風(fēng)棄光，抑制了風(fēng)、光的實(shí)際利用水平。儲(chǔ)能恰恰可以平滑能量波動(dòng)，提升風(fēng)、光實(shí)際利用率。”趙天壽表示，到實(shí)現(xiàn)碳中和之際，風(fēng)、光等可再生能源占比預(yù)計(jì)從現(xiàn)在的4%升至60%，裝機(jī)規(guī)模相應(yīng)達(dá)到50億千瓦。“按照20%-50%的配儲(chǔ)策略，儲(chǔ)能裝機(jī)容量將達(dá)到10億至25億千瓦，這個(gè)量大大超過了目前的煤電裝機(jī)總量?？梢哉f(shuō)，碳中和時(shí)代對(duì)儲(chǔ)能的需求非常巨大。”
除了增量，“雙碳”目標(biāo)還對(duì)儲(chǔ)能發(fā)展提出質(zhì)的要求。“以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，對(duì)儲(chǔ)能要求非?？量?，包括高安全、高效率、低成本、規(guī)?；?、長(zhǎng)壽命，以及沒有資源和地域限制等多個(gè)方面。”趙天壽強(qiáng)調(diào)，在不同時(shí)間尺度下，風(fēng)電光電均存在不穩(wěn)定性。新能源滲透率快速提升，對(duì)儲(chǔ)能進(jìn)一步提出高要求，其中尤為需要長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能。
趙天壽解釋，風(fēng)、光在新型電力系統(tǒng)中占主導(dǎo)，受到氣候變化影響，能量輸出存在長(zhǎng)周期波動(dòng)，很可能出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間間歇，與用能需求不匹配。“在數(shù)小時(shí)、數(shù)天甚至跨季節(jié)時(shí)間范圍內(nèi)，為避免發(fā)生供電間斷，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能就顯得很重要。比如《廣東省推動(dòng)新型儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展》等文件，現(xiàn)已明確要求開展長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。”
技術(shù)缺口亟待補(bǔ)齊
從當(dāng)前類型來(lái)看，主流儲(chǔ)能技術(shù)包括抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能等不同路線。“然而，這些技術(shù)各有各的局限性，現(xiàn)階段仍難大規(guī)模普及應(yīng)用，尚無(wú)法滿足所在領(lǐng)域的需求。”趙天壽坦言。
以最為成熟的抽水蓄能技術(shù)為例，其具備規(guī)模大、壽命長(zhǎng)、能效高等優(yōu)勢(shì)，儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)從小時(shí)到天不等，早在2020年便已占到我國(guó)儲(chǔ)能裝機(jī)容量的90%。“但最大技術(shù)挑戰(zhàn)是地域限制，風(fēng)、光資源豐富的地方，不一定具備建設(shè)抽水蓄能的地理環(huán)境。而且，抽水蓄能電站建設(shè)周期較長(zhǎng)，通常在6-8年，對(duì)環(huán)評(píng)要求也比較高。”趙天壽稱。
另一種與抽水蓄能類似的方式——壓縮空氣儲(chǔ)能，在規(guī)模、時(shí)長(zhǎng)、壽命上的表現(xiàn)都很可觀，應(yīng)用場(chǎng)景豐富，但其所需的儲(chǔ)氣空間大，有待進(jìn)一步降本提效。
“也有不受地域限制的儲(chǔ)能技術(shù)，比如占據(jù)電化學(xué)儲(chǔ)能主力的鋰離子電池，能量密度高，響應(yīng)速度快，效率也比較高。但是，鋰離子電池的能量載體不像水和空氣，它是不可以流動(dòng)的，屬于固態(tài)活性材料，在儲(chǔ)能市場(chǎng)上不夠靈活，成本也有待降低。”趙天壽提醒，鋰離子電池要想大規(guī)模發(fā)展，安全問題值得關(guān)注。“一是鋰資源安全。要知道，鋰電原料碳酸鋰價(jià)格從2019年的5萬(wàn)元/噸，最高一度升至2022年的60萬(wàn)元/噸。二是大規(guī)模鋰電儲(chǔ)能電站的安全性。以韓國(guó)為例，僅2017年到2022年1月，已有34個(gè)儲(chǔ)能電站發(fā)生火災(zāi)，造成直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)466億韓元。”
綜合對(duì)比各類主流技術(shù)，趙天壽呼吁，當(dāng)前，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)仍有較大缺口，亟需著力補(bǔ)齊。
液流電池有望滿足需求
電化學(xué)儲(chǔ)能可否像抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能一樣實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)?這是趙天壽長(zhǎng)期研究的課題。
他告訴記者，從原理上說(shuō)，電化學(xué)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能需具備兩個(gè)主要因素，即可流動(dòng)的能量載體和相應(yīng)的能量轉(zhuǎn)換裝置。前者可包括氫氣、甲醇、氨等燃料以及電解液，后者涵蓋電解池、燃料電池、液流電池等裝置。“我認(rèn)為，電化學(xué)流體電池易模塊化、時(shí)長(zhǎng)靈活、安全且無(wú)地域限制，適用于長(zhǎng)時(shí)、大規(guī)模的儲(chǔ)能，有望滿足新型電力系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)能提出的所有要求。”
記者了解到，在流體電池中，液流電池儲(chǔ)能格外受到關(guān)注。它的能量?jī)?chǔ)存在電池外面的電解液罐中，因此不存在安全問題，加上其擴(kuò)展性較高，壽命是鋰離子電池的3倍，所以被業(yè)內(nèi)寄予厚望。對(duì)此，在《國(guó)家發(fā)展改革委 國(guó)家能源局關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見》中亦有提及。該文件明確要求，實(shí)現(xiàn)液流電池等長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)入商業(yè)化發(fā)展初期。
“這其中，又?jǐn)?shù)全釩液流電池發(fā)展最快，目前已進(jìn)入商業(yè)化初期階段了。”趙天壽進(jìn)一步稱，我國(guó)非常重視全釩液流電池發(fā)展，2019年裝機(jī)規(guī)模剛剛20兆瓦，2020年已達(dá)到100兆瓦，裝機(jī)量增長(zhǎng)迅速。“但也不是沒有短板，推廣應(yīng)用面臨的最大問題是成本。從這個(gè)角度說(shuō)，電堆和電解液占到儲(chǔ)能系統(tǒng)成本的80%以上，我們一直致力于提升電池電流密度，或提升電解液利用率。比如，現(xiàn)在電解液利用率大約只有60%，相當(dāng)于40%的釩沒起到作用，因此要提高電流密度。突破技術(shù)瓶頸，是搶抓儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)機(jī)會(huì)的關(guān)鍵。”
文：中國(guó)能源報(bào) 記者 朱妍
評(píng)論