長時(shí)儲(chǔ)能：護(hù)航新型電力系統(tǒng)長期穩(wěn)定

操秀英

在日前舉行的2023世界儲(chǔ)能大會(huì)上，中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟常務(wù)副理事長、中國能源研究會(huì)儲(chǔ)能專委會(huì)秘書長兼副主任委員俞振華指出，儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的一大賽道就是包括新型液流、壓縮空氣、高溫儲(chǔ)熱等技術(shù)手段在內(nèi)的長時(shí)儲(chǔ)能。此外，在第五屆未來能源大會(huì)期間，中國科學(xué)院院士、南方科技大學(xué)碳中和能源研究院院長趙天壽也表示，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)長的儲(chǔ)能技術(shù)，其中最缺的就是長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)。

記者經(jīng)過梳理發(fā)現(xiàn)，關(guān)于長時(shí)儲(chǔ)能的報(bào)道近期頻頻見諸報(bào)端：青海液態(tài)空氣儲(chǔ)能示范項(xiàng)目開工，張家口300兆瓦先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能示范電站通過可行性研究審查……業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，在儲(chǔ)能市場快速發(fā)展的當(dāng)下，兼具安全性與調(diào)節(jié)靈活性的長時(shí)儲(chǔ)能也將迎來戰(zhàn)略發(fā)展期。

那么，什么是長時(shí)儲(chǔ)能？它的發(fā)展有何重要意義？我國長時(shí)儲(chǔ)能發(fā)展現(xiàn)狀如何？記者就這些問題采訪了相關(guān)專家。

“長時(shí)儲(chǔ)能目前正處于發(fā)展初期，國內(nèi)外尚未對長時(shí)儲(chǔ)能的持續(xù)時(shí)長進(jìn)行統(tǒng)一定義?！彪娏σ?guī)劃設(shè)計(jì)總院副總工程師、能源科技創(chuàng)新研究院院長徐東杰告訴科技日報(bào)記者。

2021年，全球長時(shí)儲(chǔ)能委員會(huì)在其首份報(bào)告《凈零電力——可再生電網(wǎng)長時(shí)儲(chǔ)能》中對長時(shí)儲(chǔ)能的概念進(jìn)行了定義。在該報(bào)告中，長時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)被定義為任何可以長期進(jìn)行電能存儲(chǔ)的技術(shù)，該技術(shù)同時(shí)能以較低成本擴(kuò)大規(guī)模，并能維持?jǐn)?shù)小時(shí)、數(shù)天甚至數(shù)周的電力供應(yīng)。

2021年美國桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室發(fā)布的《長時(shí)儲(chǔ)能簡報(bào)》認(rèn)為，長時(shí)儲(chǔ)能是持續(xù)放電時(shí)間不低于4小時(shí)的儲(chǔ)能技術(shù)。美國能源部2021年發(fā)布的有關(guān)長時(shí)儲(chǔ)能的報(bào)告，則將長時(shí)儲(chǔ)能定義為額定功率下持續(xù)放電時(shí)間不低于10小時(shí)的儲(chǔ)能技術(shù)。

2021年美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室發(fā)布《未來儲(chǔ)能研究——定義長時(shí)能源儲(chǔ)存的挑戰(zhàn)》報(bào)告，該報(bào)告認(rèn)為，規(guī)定長時(shí)儲(chǔ)能的持續(xù)時(shí)長存在挑戰(zhàn)?！霸搱?bào)告在定義儲(chǔ)能持續(xù)時(shí)長時(shí)對相關(guān)文獻(xiàn)綜述進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，結(jié)果表明，儲(chǔ)能時(shí)長在數(shù)量定義上主要有三個(gè)閾值，分別為不短于4小時(shí)、不短于10小時(shí)，以及長于24小時(shí)。”徐東杰說，但由于不同區(qū)域電力需求、可再生能源分布、儲(chǔ)能規(guī)模布局以及儲(chǔ)能政策支持力度的不同，因此不能簡單地以持續(xù)時(shí)長來定義長時(shí)儲(chǔ)能。

在國內(nèi)，為了區(qū)分大規(guī)模建設(shè)的2小時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)，一般把長時(shí)儲(chǔ)能定義為4小時(shí)以上的儲(chǔ)能技術(shù)。

近年來，長時(shí)儲(chǔ)能市場越來越火。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)，長時(shí)儲(chǔ)能裝機(jī)總量預(yù)計(jì)新增5700萬千瓦，這相當(dāng)于2022年全球長時(shí)儲(chǔ)能總裝機(jī)規(guī)模的3倍左右。

為什么全世界都在發(fā)展長時(shí)儲(chǔ)能？

徐東杰分析，為了實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，火電裝機(jī)占比將逐漸下降。當(dāng)這類穩(wěn)定的基礎(chǔ)負(fù)載發(fā)電資源日益減少，“長時(shí)儲(chǔ)能+大型風(fēng)光項(xiàng)目”大概率將替代化石能源，成為新一代基礎(chǔ)負(fù)載發(fā)電資源。這對零碳電力系統(tǒng)的中后期建設(shè)意義重大。

同時(shí)，隨著光能、風(fēng)能占比逐漸上升，其發(fā)電的間歇性對電網(wǎng)影響將越來越大，要解決這個(gè)問題，光靠建造更多輸電網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。長時(shí)儲(chǔ)能可憑借其長周期、大容量的特性，在更長時(shí)間維度上調(diào)節(jié)新能源發(fā)電波動(dòng)，在清潔能源過剩時(shí)避免電網(wǎng)擁堵現(xiàn)象，并在電網(wǎng)負(fù)荷高峰時(shí)提高清潔能源消納能力。

“長時(shí)儲(chǔ)能的另一大應(yīng)用就是能夠在極端天氣下保障電力供應(yīng)，降低社會(huì)用電成本。”徐東杰說。

在我國，為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，新型電力系統(tǒng)需要不同時(shí)長的規(guī)?；⒏甙踩詢?chǔ)能技術(shù)，因此，儲(chǔ)能，尤其是長時(shí)儲(chǔ)能將成為保障能源安全的核心技術(shù)之一。

徐東杰分析，“十四五”“十五五”期間，火電仍將發(fā)揮重要“壓艙石”作用，在此階段新能源裝機(jī)規(guī)模將持續(xù)增加，但新能源電量占比預(yù)計(jì)不會(huì)超過30%。在此階段，電力系統(tǒng)的主要需求為2～4小時(shí)的儲(chǔ)能設(shè)備，部分地區(qū)需要4～10小時(shí)的儲(chǔ)能設(shè)備，對于10小時(shí)及以上時(shí)長的儲(chǔ)能設(shè)備需求有限。

“這一階段是重要的戰(zhàn)略儲(chǔ)備期，國內(nèi)相關(guān)單位需要積極開展研究工作進(jìn)行技術(shù)儲(chǔ)備，一方面為中長期電源結(jié)構(gòu)調(diào)整儲(chǔ)備技術(shù)方案，另一方面可以拓展海外長時(shí)儲(chǔ)能市場?！毙鞏|杰說。

他進(jìn)一步闡述道，在實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰及其以后的時(shí)期，新能源發(fā)電量將接近甚至突破總發(fā)電量的50%，新能源會(huì)逐漸成為主體電源。而新能源由于其隨機(jī)性、波動(dòng)性等特點(diǎn)，并不足以支撐電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，這就需要10小時(shí)及以上時(shí)長的儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)行頂峰保供。長遠(yuǎn)來看，長時(shí)儲(chǔ)能將在電力系統(tǒng)長時(shí)間處于頂峰狀態(tài)、應(yīng)對極端天氣、緩解新能源季節(jié)性不平衡方面發(fā)揮重要作用。比如，在風(fēng)電占比較高的東南沿海地區(qū)，當(dāng)遇到臺(tái)風(fēng)或其他極端氣象災(zāi)害時(shí)，風(fēng)電機(jī)組處于高風(fēng)速切出狀態(tài)，局部區(qū)域面臨3～5天的電量缺口。為保障電力供應(yīng)，需要進(jìn)一步增加儲(chǔ)能時(shí)長至100小時(shí)左右，以滿足調(diào)節(jié)需求。

徐東杰認(rèn)為，滿足長時(shí)儲(chǔ)能需求的大多數(shù)儲(chǔ)能技術(shù)還處于起步階段。

儲(chǔ)能技術(shù)可以分為機(jī)械儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能、熱儲(chǔ)能以及氫儲(chǔ)能四大主線。機(jī)械儲(chǔ)能包括壓縮空氣儲(chǔ)能、抽水蓄能、重力儲(chǔ)能；電化學(xué)儲(chǔ)能根據(jù)材料的不同，可分為鋰離子電池、鈉電池、鉛蓄（碳）電池和液流電池儲(chǔ)能；熱儲(chǔ)能主要為熔鹽儲(chǔ)能。其中，抽水蓄能和鋰離子電池儲(chǔ)能的發(fā)展較為領(lǐng)先。

“抽水蓄能和壓縮空氣儲(chǔ)能具備大規(guī)模運(yùn)行的能力；氫儲(chǔ)能前景廣闊，有較大降本空間；電池儲(chǔ)能的設(shè)備協(xié)調(diào)能力較強(qiáng)，因此有較大的耦合潛力?！毙鞏|杰表示。

總體來看，儲(chǔ)能技術(shù)路線多樣，但是除了鋰離子電池基本實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用外，其他技術(shù)還在商業(yè)化應(yīng)用初期或探索商業(yè)化應(yīng)用階段?！霸诂F(xiàn)階段儲(chǔ)能技術(shù)基礎(chǔ)上，長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)一步拓展了儲(chǔ)能時(shí)長，但其技術(shù)路線尚不明確，且產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模較小。這會(huì)影響長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)選型?！毙鞏|杰說。

趙天壽坦言，主流儲(chǔ)能技術(shù)各有各的局限性，尚無法滿足所在領(lǐng)域的需求，現(xiàn)階段仍難以大規(guī)模普及應(yīng)用。同時(shí)，新型儲(chǔ)能設(shè)施造價(jià)普遍偏高，且沒有明確的成本疏導(dǎo)機(jī)制，這影響了各主體對新型儲(chǔ)能進(jìn)行投資的積極性。

“長時(shí)儲(chǔ)能需在常規(guī)2小時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)一步拓展儲(chǔ)能容量，這需要增加設(shè)備和工程量，會(huì)使初始投資進(jìn)一步提高?！毙鞏|杰說，長時(shí)儲(chǔ)能還沒有形成產(chǎn)業(yè)鏈，其設(shè)備成本還有待下降。為此他建議，加強(qiáng)新技術(shù)的示范應(yīng)用，推動(dòng)多元化技術(shù)發(fā)展，加快新技術(shù)落地，推動(dòng)新型儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，通過規(guī)模化效應(yīng)降低成本。

“作為長時(shí)間的調(diào)節(jié)型資源，長時(shí)儲(chǔ)能的發(fā)展前景得到行業(yè)內(nèi)的普遍認(rèn)同。但也要看到，其應(yīng)用場景及需求與電源發(fā)展及政策規(guī)劃緊密相關(guān)。未來的電源規(guī)劃和政策均存在一定的不確定性，這影響了市場對長時(shí)儲(chǔ)能需求的判斷?！毙鞏|杰建議，應(yīng)進(jìn)一步研究制定新型儲(chǔ)能專項(xiàng)規(guī)劃，明確各類新型儲(chǔ)能發(fā)展規(guī)模、區(qū)域布局和建設(shè)時(shí)序等，更好地統(tǒng)籌長時(shí)儲(chǔ)能與短時(shí)儲(chǔ)能的發(fā)展。