儲(chǔ)能未來(lái)的技術(shù)發(fā)展路徑

文 | 陳永翀

作者系中國(guó)科學(xué)院電工研究所儲(chǔ)能技術(shù)研究組組長(zhǎng)，中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)副秘書長(zhǎng)

儲(chǔ)能春天已來(lái)臨，但產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的夏季遠(yuǎn)未到來(lái)，技術(shù)上還有待顛覆性的創(chuàng)新和突破。預(yù)計(jì)在下一個(gè)十年，電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)將會(huì)有顛覆性發(fā)展。

我雖然從事儲(chǔ)能研究多年，但還是儲(chǔ)能行業(yè)的新兵，因?yàn)橹钡饺ツ曛袊?guó)的儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)才算是真正地起步發(fā)展。無(wú)論是技術(shù)開(kāi)發(fā)，還是產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，未來(lái)還有許多需要我學(xué)習(xí)和思考的地方。

2017年是中國(guó)儲(chǔ)能元年，《關(guān)于促進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》的出臺(tái)，標(biāo)志著儲(chǔ)能春天的來(lái)臨。儲(chǔ)能項(xiàng)目尤其是電池儲(chǔ)能項(xiàng)目，在發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)、微電網(wǎng)、通信儲(chǔ)能、應(yīng)急電源等領(lǐng)域，正如雨后春筍般地快速涌現(xiàn)，中國(guó)儲(chǔ)能的春天已經(jīng)到來(lái)。

“可再生能源+儲(chǔ)能”是必然選擇

回顧過(guò)去的十年，中國(guó)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的起步發(fā)展與光伏、風(fēng)力發(fā)電成本的快速下降以及新能源的快速發(fā)展密切相關(guān)。

2017年，中國(guó)的光伏和風(fēng)力發(fā)電量占比已經(jīng)達(dá)到8.0%，成為僅次于煤電（64.5%）和水電（18.6%）的第三大電力來(lái)源，其中光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)達(dá)到130GW，風(fēng)力發(fā)電累計(jì)并網(wǎng)裝機(jī)容量164GW。而在十年前，光伏和風(fēng)電一共才有不到0.8%的占比量。在過(guò)去十年里，光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電的度電成本也分別下降了90%和70%，已經(jīng)快要接近平價(jià)上網(wǎng)的水平。

可再生能源發(fā)電的間隙性和易變性，以及滲透率的不斷提高，對(duì)現(xiàn)有電網(wǎng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行和調(diào)度提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。近年來(lái)，為了盡可能利用更多的可再生能源和提高電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性和效率，各種儲(chǔ)能技術(shù)研究及工程示范項(xiàng)目得以快速發(fā)展。

截止到2017年底，全球累計(jì)投運(yùn)儲(chǔ)能項(xiàng)目175.7GW，中國(guó)投運(yùn)儲(chǔ)能項(xiàng)目32.8GW，其中，絕大多數(shù)（＞95%）都是抽水蓄能項(xiàng)目，但電化學(xué)儲(chǔ)能已成為發(fā)展最快、最受關(guān)注的儲(chǔ)能技術(shù)方向。盡管目前的儲(chǔ)能成本還是偏高，但大家已經(jīng)達(dá)成共識(shí)：“可再生能源+儲(chǔ)能”是新能源發(fā)展的必然選擇。

在過(guò)去的十年里，中國(guó)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的起步發(fā)展離不開(kāi)一大批儲(chǔ)能行業(yè)人士的勤奮耕耘：通過(guò)技術(shù)進(jìn)步降低儲(chǔ)能成本，通過(guò)示范應(yīng)用展現(xiàn)儲(chǔ)能優(yōu)勢(shì)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并積累經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)行業(yè)協(xié)會(huì)和媒體的呼吁報(bào)道，推動(dòng)了行業(yè)企業(yè)與政府部門的信息溝通與交流。通過(guò)各方面的努力，儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)逐漸為大家熟悉和接受，并在最近開(kāi)啟了萌芽發(fā)展、遍地開(kāi)花的局面。

“潔能+儲(chǔ)能+智能”是能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展方向，未來(lái)清潔能源和智慧能源的發(fā)展離不開(kāi)儲(chǔ)能的環(huán)節(jié)。

國(guó)家已經(jīng)提出到2020年陸上風(fēng)電在發(fā)電側(cè)平價(jià)上網(wǎng)，光伏發(fā)電在用戶側(cè)平價(jià)上網(wǎng)的目標(biāo)。另一方面，我國(guó)能源結(jié)構(gòu)也面臨三個(gè)突出問(wèn)題亟待解決：華北東北地區(qū)的霧霾問(wèn)題、東南局部地區(qū)的尖峰負(fù)荷電力短缺問(wèn)題和西北地區(qū)的棄風(fēng)棄光問(wèn)題。

儲(chǔ)能對(duì)于上述問(wèn)題的解決都能夠有所作為，在下一個(gè)十年儲(chǔ)能將從起步階段逐步過(guò)渡到快速發(fā)展階段，具體表現(xiàn)有以下五點(diǎn)：

第一，以削峰填谷為主要目的的抽水蓄能電站將得到全面建設(shè)；

第二，電網(wǎng)側(cè)電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目規(guī)模總量將有可能達(dá)到10～30GW；

第三，新能源發(fā)電側(cè)將開(kāi)展部分重點(diǎn)儲(chǔ)能示范項(xiàng)目的建設(shè)；

第四，助力清潔能源供暖的儲(chǔ)熱項(xiàng)目在北方地區(qū)會(huì)有重要發(fā)展；

第五，與綜合能源服務(wù)相結(jié)合的分布式儲(chǔ)能項(xiàng)目將在東南地區(qū)得到快速發(fā)展。

在這里，我也呼吁國(guó)家相關(guān)部門應(yīng)從我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)進(jìn)行長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃，在一次能源豐富地區(qū)引導(dǎo)發(fā)展高能耗低污染的制造產(chǎn)業(yè)和數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)，從戰(zhàn)略方向上盡量平衡各個(gè)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)落差，這在某種程度上也會(huì)減輕儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的資源壓力。

蓬勃發(fā)展的技術(shù)密鑰

儲(chǔ)能的春天已經(jīng)來(lái)臨，但產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的夏季還遠(yuǎn)未到來(lái)。各類儲(chǔ)能技術(shù)已經(jīng)開(kāi)展商業(yè)或示范應(yīng)用，在應(yīng)用中展現(xiàn)了儲(chǔ)能的優(yōu)勢(shì)，也逐漸暴露了一些問(wèn)題，尤其是電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)。距離“低成本、長(zhǎng)壽命、高安全、易回收”的發(fā)展目標(biāo)還有相當(dāng)?shù)牟罹?，有待技術(shù)的顛覆性創(chuàng)新和突破。

現(xiàn)有儲(chǔ)能用鋰電池是由手機(jī)電池等微小型電池漸進(jìn)式發(fā)展而來(lái)，除了將電池體積變大以外，還沒(méi)有脫離小型電池粘接涂布薄膜電極結(jié)構(gòu)的核心設(shè)計(jì)思路，這給大型儲(chǔ)能用鋰電池的一致性設(shè)計(jì)造成了根本性的難題。

另外，電池制造成本居高不下，使用存在安全隱患，電池報(bào)廢后的回收處理也非常困難。因此，有必要徹底脫離原有小型電池的設(shè)計(jì)思路，開(kāi)發(fā)顛覆性的大型儲(chǔ)能電池結(jié)構(gòu)技術(shù)，包括適用于容量型儲(chǔ)能的超厚漿料電極技術(shù)和功率型儲(chǔ)能的超高壓結(jié)構(gòu)技術(shù)，在此基礎(chǔ)上創(chuàng)新開(kāi)發(fā)低成本的制造技術(shù)、安全延壽的修復(fù)技術(shù)和綠色環(huán)保的回收技術(shù)，以滿足不同儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景的需求，支撐儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新突破發(fā)展。

因此，預(yù)計(jì)在下一個(gè)十年，電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)將會(huì)有顛覆性發(fā)展。已有電化學(xué)儲(chǔ)能示范項(xiàng)目在實(shí)際工況下的安全問(wèn)題和壽命問(wèn)題也會(huì)逐漸顯露，其中部分技術(shù)路線將被迫放棄，一些基于儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景需求進(jìn)行全新設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)和綜合儲(chǔ)能技術(shù)將會(huì)得到示范推廣和商業(yè)應(yīng)用。

對(duì)于儲(chǔ)能行業(yè)而言，哪些儲(chǔ)能公司能在接下來(lái)的十年中脫穎而出呢？我認(rèn)為以下四類公司值得關(guān)注：技術(shù)可靠，具有國(guó)際化視野的儲(chǔ)能產(chǎn)品或生產(chǎn)裝備出口供應(yīng)商；技術(shù)路線獨(dú)樹(shù)一幟，在成本方面有明顯競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的儲(chǔ)能產(chǎn)品供應(yīng)商；掌握核心應(yīng)用技術(shù)，與保險(xiǎn)公司合作提供儲(chǔ)能租賃服務(wù)的儲(chǔ)能運(yùn)維服務(wù)商；電網(wǎng)公司下屬的儲(chǔ)能系統(tǒng)公司。

政策制定方面，有必要借鑒我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)和新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，以及同時(shí)期國(guó)際儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)政策的制定情況，相對(duì)穩(wěn)健地推進(jìn)我國(guó)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。期待儲(chǔ)能政策機(jī)制在電力體制改革的框架里面能夠得到有遠(yuǎn)見(jiàn)的表達(dá)，并與地方能源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)合，因地制宜，獲得全面推動(dòng)。

儲(chǔ)能從促進(jìn)可再生能源消納到降低可再生能源利用成本，任重道遠(yuǎn)。