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中國(guó)科學(xué)院院士趙天壽: 長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)缺口依然較大

中國(guó)電力網(wǎng)發(fā)布時(shí)間:2023-09-25 14:25:11
長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能市場(chǎng)越來(lái)越火。據(jù)咨詢(xún)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(guò)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)?;?、高安全儲(chǔ)能技術(shù)?;诖?,儲(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(guò)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)?;㈤L(zhǎng)壽命,以及沒(méi)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?zhuān)L(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(kāi)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(lèi)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(xiàn)。“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(mǎn)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(chēng)。

另一種與抽水蓄能類(lèi)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(wèn)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(lèi)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(mǎn)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(mǎn)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(wèn)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(jiàn)》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(chēng),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(méi)有短板,推廣應(yīng)用面臨的最大問(wèn)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(méi)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。”

來(lái)源:中國(guó)能源報(bào)

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