大容量儲能在可再生能源發(fā)電側的應用

／本刊記者 才秀敏／

2020年4月15日，國家能源局發(fā)布了《國家能源局綜合司關于做好可再生能源發(fā)展 “十四五” 規(guī)劃編制工作有關事項的通知》。通知顯示，至2021年3月底前，將形成國家《可再生能源發(fā)展 “十四五”規(guī)劃（送審稿）》，經(jīng)合法性審查等程序后上報或印發(fā)。規(guī)劃編制的一個重點，優(yōu)先開發(fā)當?shù)胤稚⑹胶头植际娇稍偕茉促Y源，大力推進分布式可再生電力、熱力、燃氣等在用戶側直接就近利用，結合儲能、氫能等新技術，提升可再生能源在區(qū)域能源供應中的比重?？梢?，氫能將作為可再生能源的一個儲能手段發(fā)揮潛在的價值空間。

現(xiàn)階段全國雖然很多企業(yè)在制氫領域開始試探，但是落地較慢，主要原因還是光伏產(chǎn)業(yè)本身項目落地周期較長，成本問題以及大規(guī)模制氫可參考項目不多造成的。隨著國內(nèi)以風電，太陽能為主的可再生能源快速增長，可再生能源消納能力不足和并網(wǎng)困難等問題愈發(fā)突出，大規(guī)模儲能系統(tǒng)被證實是解決該問題的有效方法?！皻鋬δ芸梢杂糜谡{頻輔助服務市場和調峰輔助服務市場，相對來說調峰輔助服務市場規(guī)模比較大，未來占電力市場的15% ～20%，而且電量的轉移規(guī)模也比較大。在新能源快速增長的這個背景下，火電機組調峰制氫儲能具有規(guī)?；l(fā)展的潛力?！眹夷茉醇瘓F北京低碳清潔能源研究院（簡稱“低碳院”）繆平在接受采訪時表示。

電器工業(yè)：最近幾年我國能源結構發(fā)生了一些變化，請談談關于發(fā)電側大容量儲能的重要性。

繆平：隨著能源四個革命的不斷推進，我國可再生能源發(fā)展規(guī)模已躍居世界前列。在我國整個電力市場中，火電所占比重已下降到不到6成，但火電依然是我國的主體能源， 在任何情況下，至少在未來的30年內(nèi)，我們都不能，也不可能忽視火電的主體能源作用以及火電可持續(xù)發(fā)展的技術革命迫切需求，包括儲能技術的大規(guī)模利用。當然，可再生能源的迅猛發(fā)展更加離不開儲能技術的應用，儲能作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，是增強能源系統(tǒng)供應安全性、靈活性、綜合效率的重要環(huán)節(jié)，是支撐能源轉型的關鍵技術之一。

看看火電、風電、水電、光伏的發(fā)電小時數(shù)就知道大規(guī)模儲能有多重要。這是一個關鍵的經(jīng)濟指標。2020年第一季度火電發(fā)電小時數(shù)低于1000小時，水電在600小時左右，風電利用小時數(shù)大約550小時，光伏2019年全年只有1200小時。所以發(fā)展大規(guī)模儲能來提升各類能源發(fā)電效率是非常必要的。

電器工業(yè)：突破儲能行業(yè)發(fā)展的瓶頸，就要建立生態(tài)創(chuàng)新的能源體系，請從這個角度談談儲能的挑戰(zhàn)以及怎么應對。

繆平：儲能的挑戰(zhàn)在哪些方面？一是儲能的政策、法規(guī)和準則與行業(yè)的深度融合還欠缺完善的頂層設計，表現(xiàn)在政策、法規(guī)和準則的連續(xù)性不暢，一致性不好，因果性不強而且不可持續(xù)，因此造成能源行業(yè)和儲能行業(yè)的波動。二是儲能在可持續(xù)發(fā)展的能源生態(tài)體系中的作用沒有被充分的認識到，需要從理論上進行系統(tǒng)性的研究。三是儲能的市場地位尚未確立，在目前的能源生產(chǎn)、輸送、使用中還不是非它不可。

能源生態(tài)系統(tǒng)中存在四大矛盾，即化石能源與可再生能源之間的矛盾，集中式和分布式能源之間的矛盾，一次能源和二次能源之間的矛盾，電力能源和化工能源之間的矛盾。其實，只有儲能才能破解這四大矛盾，從而達到碳平衡智能能源生態(tài)，可稱之為“五行”能源生態(tài)系統(tǒng)。五行指風、光、水、火、氫五大能源元素，其中，氫能除了其能源屬性以外，還具有另外兩個屬性。一是氫的化學屬性，二是非常重要的儲能屬性，氫能用來儲電，所以我們認為氫能在能源生態(tài)系統(tǒng)里面占據(jù)了一個中心的位置，但關鍵是五大能量元素能夠“儲存”起來。

電器工業(yè)：那么，發(fā)電側大容量儲能的現(xiàn)狀如何？

繆平：我國儲能發(fā)展的歷程可以分為這樣四個階段。“十一五”期間主要聚焦于儲能設備的開發(fā)，“十二五”期間聚焦儲能系統(tǒng)的集成，“十三五”期間，人們開始聚焦儲能業(yè)務模式的研究，接下來的“十四五”期間，我們認為儲能將走向融合創(chuàng)新的模式，從而形成一個智能化可持續(xù)的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展并非一帆風順， 雖然國家出臺了一系列鼓勵儲能的政策，比如，我國“十三五”國民經(jīng)濟和社會發(fā)展規(guī)劃、能源發(fā)展規(guī)劃、電力發(fā)展規(guī)劃、可再生能源發(fā)展規(guī)劃中，就已明確提出推動儲能技術示范應用?！赌茉窗l(fā)展戰(zhàn)略行動計劃（2014-2020年）》中將儲能列入9個重點創(chuàng)新領域和20個重點創(chuàng)新方向?！吨袊圃?025》將儲能列入大力推動突破發(fā)展的10個重點領域之一?！赌茉醇夹g革命創(chuàng)新行動計劃（2016-2030年）》將先進儲能技術創(chuàng)新列為15個重點任務之一?！蛾P于新能源微電網(wǎng)示范項目名單的通知》中，28個示范項目中有26個配套應用儲能。但回顧過去的三年，2018年電網(wǎng)側儲能發(fā)展得非常快，但是此后由于輸配電價政策調整而發(fā)展放緩。2019年其實是儲能的冬天，儲能在電網(wǎng)側和用戶側都遇到不小的困難。2020年，國家層面和一些省、市、自治區(qū)出臺了相關的政策鼓勵發(fā)展儲能，優(yōu)先支持新能源加儲能項目，一些地方對儲能配置和時長也提出了明確的要求，儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境得到改善。

2020年，新能源加儲能看起來發(fā)展比較快。但是在快速發(fā)展的情況下也產(chǎn)生了很多問題，例如低價競標的亂象、儲能電站的低利用率、儲能電站身份地位問題、安全問題、質量問題、技術粗糙等問題都暴露出來，這些問題副作用非常大，需要政府、行業(yè)協(xié)會、相關利益方認真對待，改善儲能的行業(yè)生態(tài)，完善儲能的標準，引導行業(yè)的健康安全發(fā)展。

電器工業(yè)：低碳院正在牽頭國際科技合作專項 “高溫聯(lián)合電制氣” 的研究。請介紹一下電制氣或氫儲能前景。

繆平：電制氫代表大容量、長周期儲能的技術發(fā)展方向。一方面，利用可再生能源棄電制氫儲能是可再生能源棄電消納的優(yōu)選方案，另一方面，火電機組調峰制氫是燃煤發(fā)電行業(yè)、化工行業(yè)和可再生能源行業(yè)的紐帶，是提高燃煤發(fā)電資產(chǎn)利用率和收益率的重要方式之一。我們和丹麥科技大學、中國礦業(yè)大學等單位合作承擔的項目是利用可再生電高溫聯(lián)合共電解CO2和水制氫儲能，也可以進一步轉換成甲烷/甲醇等化學物質進行儲能，可以實現(xiàn)碳中和甚至負碳效果，這也契合我國2030年碳達峰和2060年碳中和的減排目標。核心的技術包括高溫固體氧化物電解電池技術和電氫化耦合系統(tǒng)集成技術。這樣的技術值得探討，如果成功，可以實現(xiàn)可再生電、氫、化工協(xié)同發(fā)展。

氫儲能可以用于火電機組調頻和調峰輔助服務市場，在產(chǎn)業(yè)上有一定的價值，可以優(yōu)化機組的運行，減少機組的考核費用，降低機組度電煤耗，實現(xiàn)燃煤發(fā)電和化工行業(yè)的耦合發(fā)展。相對來說調峰輔助服務市場規(guī)模比較大，未來占電力市場的15%～20%，而且電量的轉移規(guī)模也比較大。所以我們認為，在新能源快速增長的背景下，火電機組制氫調峰具有規(guī)?；l(fā)展的潛力，也能夠獲得一定的經(jīng)濟性。

國家能源集團在燃煤發(fā)電、風力發(fā)電，煤化工領域產(chǎn)業(yè)規(guī)模全球最大，在氫能領域競爭力比較強，具備上游和下游之間的協(xié)調互動的能力，而且這個協(xié)調能力非常強。所以， 我們低碳院正和集團內(nèi)部相關企業(yè)合作，推動火電制氫儲能的技術的開發(fā)。

電器工業(yè)：請介紹一下國家能源集團的儲能項目和存在意義。

繆平：國家能源集團是全球規(guī)模最大的燃煤發(fā)電、風力發(fā)電、煤炭、煤化工企業(yè)。發(fā)展儲能是我們集團業(yè)務的“剛需”。集團積極布局儲能技術的研發(fā)和大規(guī)模儲能示范項目， 比如位于鄂爾多斯的“風光火儲氫”千萬千瓦級綜合能源基地、位于巴彥淖爾中蒙跨境“風光火儲”千萬千瓦級綜合能源基地的建設，意味著國家能源集團向建設世界一流的清潔能源企業(yè)目標又邁進了一步。其他項目，包括在赤峰的梯次電池儲能示范項目和在南通的海陸風光儲項目，都是為了驗證低碳院開發(fā)的梯次電池和液流電池技術。另外，我們牽頭的國家重點研發(fā)專項“大規(guī)模風光互補制氫關鍵技術研究和示范”項目，主要建成6兆瓦的風電，2兆瓦光伏制氫電站，開發(fā)1200Nm3/H制氫電解槽，建成風、光、儲、氫多能綜合監(jiān)控中心。主要目的是打造具有國際領先水平的高效率、高安全性和高可靠性的大規(guī)模風光耦合制、儲、輸、用氫系統(tǒng)綜合的示范工程，構建風光儲耦合制氫從系統(tǒng)優(yōu)化集成、關鍵裝備設計制造、全環(huán)節(jié)綜合監(jiān)控與安全防護到全鏈條運營的完整技術體系，探索大規(guī)?？稍偕茉粗茪渖虡I(yè)模式。

電器工業(yè)：最后請談談低碳院是如何構建生態(tài)能源系統(tǒng)的？

繆平：低碳院是通過聚焦清潔低碳能源的供應、轉化、存儲和智能化綜合利用，研發(fā)和示范能源全價值鏈上關鍵核心技術來構建生態(tài)能源系統(tǒng)的。理論研究方面，我們和院士專家一起，構建泛能源大數(shù)據(jù)理論體系，我們也積極參與了四網(wǎng)四流融合產(chǎn)業(yè)白皮書的編制，已經(jīng)發(fā)布。技術上，我們建立了煤炭的清潔轉化利用、氫能源、儲能、工業(yè)人工智能的研發(fā)平臺。在儲能方面，我們的研發(fā)方向聚焦于可再生能源發(fā)電側大規(guī)模儲能系統(tǒng)技術、儲能核心設備技術和儲能材料技術。目前我們布局的研發(fā)技術包括液流電池儲能技術，梯次電池能量管理和系統(tǒng)集成技術，儲能電力電子技術，可再生能源制氫監(jiān)控安全保護系統(tǒng)技術、高溫聯(lián)合電制氣技術，多能互補微網(wǎng)智能管控技術，區(qū)域能源系統(tǒng)模型等技術。通過這些項目的布局和實施，我們正在從整體上構建國家能源集團能源新生態(tài)。