儲能技術(shù)是實現(xiàn)“雙碳”目標的關鍵

中國科學院工程熱物理研究所研究員 陳海生

根據(jù)《儲能產(chǎn)業(yè)研究白皮書2021》預測，2025年我國儲能市場規(guī)模保守場景下將達3550萬千瓦，理想場景下將達5590萬千瓦，這意味著2022年至2025年期間，儲能將保持年均72%以上復合增長率持續(xù)高速增長。在政府鼓勵和市場需求的雙重加持下，預計到2025年儲能將形成千億級市場。

一、儲能發(fā)展背景

我國實現(xiàn)“雙碳”目標面臨的形勢與挑戰(zhàn)。一方面，我國實現(xiàn)“雙碳”目標時間短、任務重。當前，主要能源國家已經(jīng)實現(xiàn)了碳達峰，如英國、法國和德國在上世紀90年代已經(jīng)實現(xiàn)碳達峰，美國、日本也分別于2007年、2008年實現(xiàn)碳達峰，這些國家從碳達峰到碳中和大致經(jīng)過50年至70年的過渡期。我國承諾到2030年實現(xiàn)碳達峰，到2060年實現(xiàn)碳中和，這就意味著從碳達峰到碳中和大約只有30年的時間。

另一方面，我國仍然處于工業(yè)化、現(xiàn)代化關鍵時期，能源作為經(jīng)濟社會發(fā)展的基礎，需要兼顧經(jīng)濟發(fā)展和低碳目標。我國資源天然稟賦形成的能源結(jié)構(gòu)偏煤，能源科技創(chuàng)新不充分引起的能源利用效率偏低都嚴重影響著綠色低碳發(fā)展。我們既要為解決社會發(fā)展不充分問題提供充分的能源保障，還要兼顧“雙碳”目標，無疑增加了能源轉(zhuǎn)型的難度。

“雙碳”背景下儲能的戰(zhàn)略意義。伴隨著隨機性、波動性的可再生能源大規(guī)模并網(wǎng)以及電動汽車、分布式電源等交互式設備大量接入，電力系統(tǒng)將呈現(xiàn)高比例可再生能源、高比例電力電子化的“雙高”特點，電力系統(tǒng)在供需平衡、系統(tǒng)調(diào)節(jié)、穩(wěn)定特性、配網(wǎng)運行、控制保護和建設成本等方面都將發(fā)生顯著變化，面臨一系列新的挑戰(zhàn)。為了實現(xiàn)以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的負荷平衡，儲能將發(fā)揮重要作用。根據(jù)《儲能產(chǎn)業(yè)研究白皮書2021》預測，2025年我國儲能市場規(guī)模保守場景下將達3550萬千瓦，理想場景下將達5590萬千瓦，這意味著2022年至2025年，儲能將保持年均72%以上復合增長率持續(xù)高速增長。在政府鼓勵和市場需求的雙重加持下，預計到2025年儲能將形成千億級市場。

二、儲能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和路徑

儲能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀。在儲能本體技術(shù)方面，儲能用鋰離子電池循環(huán)壽命、能量密度等關鍵技術(shù)指標得到大幅度提升，應用成本快速下降且實現(xiàn)了百兆瓦級儲能電站系統(tǒng)集成應用；其他新型儲能技術(shù)，如壓縮空氣儲能技術(shù)指標已經(jīng)領跑全球。在儲能應用技術(shù)方面，初步掌握了儲能容量配置、儲能電站能量管理、“源—網(wǎng)—荷—儲”協(xié)同控制等關鍵技術(shù)，相關核心技術(shù)指標也達到國際先進水平，推動了大容量儲能提升新能源并網(wǎng)友好性、儲能機組二次調(diào)頻、大容量儲能電站調(diào)峰、分布式儲能提升微電網(wǎng)運行可靠性等示范工程。在儲能技術(shù)支撐體系方面，我國初步建立電力儲能標準體系，先后發(fā)布國家標準13項、能源行業(yè)標準35項、各類團體140余項，主導并參與IEC 和IEEE 國際標準6項。在儲能裝備產(chǎn)業(yè)化方面，我國已初步建成包括儲能電池、電池管理系統(tǒng)、功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)等在內(nèi)的電化學儲能裝備產(chǎn)業(yè)鏈，電化學儲能裝備技術(shù)已處于國際領先。總體來看，目前我國主流儲能技術(shù)已達到世界先進水平，基本實現(xiàn)了關鍵材料和設備的國產(chǎn)化。儲能用鋰離子電池具備規(guī)模化發(fā)展的基礎，液流電池、壓縮空氣儲能技術(shù)已進入商業(yè)化示范階段。

儲能技術(shù)應用現(xiàn)狀及發(fā)展路線。儲能技術(shù)的諸多特性使其在電力系統(tǒng)的發(fā)、輸、配、用及調(diào)度等各個環(huán)節(jié)都具有廣泛應用前景?？傮w來看，電力系統(tǒng)對儲能技術(shù)的需求可以分為功率服務和能量服務兩類。對于功率服務，儲能要滿足電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定和短時功率平衡需求，因此需要響應快速的如飛輪儲能、超導磁儲能及超級電容儲能等功率型儲能技術(shù)。對于能量服務，儲能用于長時間的功率調(diào)節(jié)和電能存儲，主要應對系統(tǒng)峰谷調(diào)節(jié)以及輸配電線路的阻塞問題，則需要具備一定規(guī)模和高能量轉(zhuǎn)換效率的儲能技術(shù)，如抽水蓄能、壓縮空氣儲能、電化學儲能等能量型儲能技術(shù)。

為促進儲能技術(shù)快速發(fā)展，國家能源局于2020年12月發(fā)布了首批科技創(chuàng)新（儲能）試點示范項目，示范項目分別采用電化學儲能、物理儲能、儲熱等多種技術(shù)類型，并覆蓋儲能主要應用場景，示范效應明顯。從項目運行效果來看，可再生能源發(fā)電側(cè)項目實現(xiàn)了與風電、光伏發(fā)電聯(lián)合運行，能夠有效增發(fā)清潔能源，促進大規(guī)模可再生能源消納。電網(wǎng)側(cè)項目既能夠削峰填谷又能夠參與輔助服務，實現(xiàn)了多功能復合應用，提升了電力系統(tǒng)運行的安全穩(wěn)定性。用戶側(cè)項目能夠有效調(diào)節(jié)用電負荷和增加分布式可再生能源應用，在為用戶節(jié)約用電成本的同時，促進節(jié)能減碳。

據(jù)中關村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟不完全統(tǒng)計，截至2021年底，我國已投運儲能項目累計裝機容量（包括物理儲能、電化學儲能以及儲熱）達到4575萬千瓦，同比增長29%。2021年，我國電力儲能裝機繼續(xù)保持高速增長，新增儲能裝機1019萬千瓦，同比增長220%。與此同時，在儲能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中，我們應該看到政策的重要影響。由于儲能技術(shù)成本和市場對其應用價值的支付尚不匹配，儲能投資敏感性極強，投資沖動和投資風險長期并存。“十三五”時期，儲能經(jīng)歷了最為波動的發(fā)展階段。2017年，儲能指導意見應需落地，提升了儲能市場應用活躍度，受此鼓舞，2018年我國儲能產(chǎn)業(yè)呈爆發(fā)式增長，當年新增投運新型儲能裝機規(guī)模達到88.29萬千瓦，國內(nèi)投運新型儲能累計裝機規(guī)模也首次突破吉瓦大關。但進入2019年，我國新增投運新型儲能項目裝機規(guī)模僅為83.8萬千瓦。經(jīng)歷了高速增長之后，我國儲能技術(shù)應用又迅速進入了調(diào)整期。2020年在“雙碳”目標背景下，儲能作為構(gòu)建零碳電力系統(tǒng)的關鍵組成部分，再次迎來歷史性發(fā)展機遇。

三、發(fā)展趨勢及展望

“十四五”時期是實現(xiàn)碳達峰的關鍵窗口期，也是我國儲能技術(shù)從商業(yè)化初期向規(guī)?；l(fā)展的重要時期。但是，儲能要大規(guī)模應用目前仍面臨不少挑戰(zhàn)。首先，關于儲能安全、規(guī)模、成本、壽命的技術(shù)先進性和成熟度還不能完全滿足應用的要求，部分核心技術(shù)尚未完全掌握。其次，儲能設備與儲能電站的標準體系仍需完善。再次，儲能的成本疏導難題依然存在，尚未形成穩(wěn)定、成熟的價格機制。

“十四五”時期，要強化儲能技術(shù)創(chuàng)新，明確技術(shù)應用的發(fā)展路線。大型抽水蓄能在“十四五”期間仍是電力儲能的主體，將在傳統(tǒng)技術(shù)基礎上研制大型變速抽水蓄能機組的關鍵設備，建立變速抽水蓄能技術(shù)體系。儲能電池將是技術(shù)創(chuàng)新的重點領域之一，“十四五”時期要集中攻克大容量長時儲能和長壽命低成本鋰離子電池技術(shù)，開展液流電池關鍵材料、電堆設計及系統(tǒng)模塊集成設計研究。重點突破儲能電池老化檢測與評估等相關技術(shù)，保證電池安全性的同時延長循環(huán)壽命，提高電池修復與回收再利用能力。在此基礎上，關注并發(fā)展分布式儲能與分布式電源協(xié)同技術(shù)，掌握多點布局儲能系統(tǒng)聚合調(diào)峰、調(diào)頻及緊急控制理論與成套技術(shù)，實現(xiàn)廣域布局的分布式儲能、儲能電站的規(guī)?；簠f(xié)同聚合。

“十四五”時期，要不斷推進儲能技術(shù)與裝備的研發(fā)示范。作為大規(guī)模長時儲能技術(shù)的代表，壓縮空氣和液流電池初步具備10萬千瓦級以上的儲能電站示范和推廣條件。隨著智能微網(wǎng)關鍵技術(shù)的成熟，島嶼可再生能源開發(fā)和大規(guī)模源網(wǎng)荷儲一體化示范有望全面實施。通過開展提升可再生能源利用水平應用、提升電力系統(tǒng)靈活性和穩(wěn)定性應用、提升用能智能化水平應用、推進儲能支撐能源互聯(lián)網(wǎng)應用等不同技術(shù)路徑和場景的應用示范，不斷探索技術(shù)創(chuàng)新方向。

“十四五”時期，要秉持“誰受益、誰承擔”原則，結(jié)合技術(shù)特性建立長效市場機制、明確政策導向。隨著電力市場化改革的全面推進，儲能既可以作為獨立主體參與現(xiàn)貨市場和輔助服務市場，又可以配套可再生能源保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定安全運行。在市場需求的驅(qū)動下，通過技術(shù)創(chuàng)新、工程示范、商業(yè)應用的有機結(jié)合實現(xiàn)多重應用價值疊加。在電力系統(tǒng)中既能夠獨立參與市場交易，又能夠發(fā)揮聚合效應，從而成為新型電力系統(tǒng)必不可少的一環(huán)。我們完全可以期待，隨著儲能技術(shù)的進步、儲能產(chǎn)業(yè)競爭力的增強，新型儲能必然成為我國現(xiàn)代能源體系中保障能源安全供應、實現(xiàn)綠色低碳發(fā)展的重要利器，為推動面向“清潔低碳、安全高效”的能源體系變革，為實現(xiàn)“雙碳”目標貢獻力量?。ㄞD(zhuǎn)自北極星電力網(wǎng)）