趙天壽院士：長時儲能技術缺口依然較大

　　構(gòu)建面向碳中和的新型電力系統(tǒng)，需要大規(guī)模、高安全以及不同時長的儲能技術，其中最缺的就是長時儲能技術。

　　長時儲能市場越來越火。據(jù)咨詢機構(gòu)伍德麥肯茲統(tǒng)計，全球投運及在建的長時儲能項目，價值已超過300億美元。近三年投資的項目若全部建成投運，長時儲能裝機總量預計新增5700萬千瓦，相當于2022年全球長時儲能總裝機規(guī)模的3倍左右。

　　在中國科學院院士、南方科技大學碳中和能源研究院院長趙天壽看來，即便如此火熱，長時儲能的發(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、高安全以及不同時長的儲能技術，其中最缺的就是長時儲能技術。”近日在第五屆未來能源大會期間，他向記者闡述了自己的觀點。長時儲能已由“邊緣”進入賽道中央，但目前，各細分技術均有自身局限，產(chǎn)業(yè)規(guī)?；l(fā)展面臨不少挑戰(zhàn)。

　　需求巨大

　　長時儲能的走紅不是偶然。趙天壽表示，在碳中和時代，新型電力系統(tǒng)需要不同時長的規(guī)?；⒏甙踩珒δ芗夹g。基于此，儲能將成為保障能源安全的核心技術之一，整個產(chǎn)業(yè)本身就備受關注。

　　“風電、光伏發(fā)電技術發(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)定運行，有時不得不棄風棄光，抑制了風、光的實際利用水平。儲能恰恰可以平滑能量波動，提升風、光實際利用率。”趙天壽表示，到實現(xiàn)碳中和之際，風、光等可再生能源占比預計從現(xiàn)在的4%升至60%，裝機規(guī)模相應達到50億千瓦。“按照20%-50%的配儲策略，儲能裝機容量將達到10億至25億千瓦，這個量大大超過了目前的煤電裝機總量?？梢哉f，碳中和時代對儲能的需求非常巨大。”

　　除了增量，“雙碳”目標還對儲能發(fā)展提出質(zhì)的要求。“以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，對儲能要求非?？量?，包括高安全、高效率、低成本、規(guī)模化、長壽命，以及沒有資源和地域限制等多個方面。”趙天壽強調(diào)，在不同時間尺度下，風電光電均存在不穩(wěn)定性。新能源滲透率快速提升，對儲能進一步提出高要求，其中尤為需要長時儲能。

　　趙天壽解釋，風、光在新型電力系統(tǒng)中占主導，受到氣候變化影響，能量輸出存在長周期波動，很可能出現(xiàn)長時間間歇，與用能需求不匹配。“在數(shù)小時、數(shù)天甚至跨季節(jié)時間范圍內(nèi)，為避免發(fā)生供電間斷，長時儲能就顯得很重要。比如《廣東省推動新型儲能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展》等文件，現(xiàn)已明確要求開展長時儲能關鍵技術攻關。”

　　技術缺口亟待補齊

　　從當前類型來看，主流儲能技術包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能、電化學儲能等不同路線。“然而，這些技術各有各的局限性，現(xiàn)階段仍難大規(guī)模普及應用，尚無法滿足所在領域的需求。”趙天壽坦言。

　　以最為成熟的抽水蓄能技術為例，其具備規(guī)模大、壽命長、能效高等優(yōu)勢，儲能時長從小時到天不等，早在2020年便已占到我國儲能裝機容量的90%。“但最大技術挑戰(zhàn)是地域限制，風、光資源豐富的地方，不一定具備建設抽水蓄能的地理環(huán)境。而且，抽水蓄能電站建設周期較長，通常在6-8年，對環(huán)評要求也比較高。”趙天壽稱。

　　另一種與抽水蓄能類似的方式——壓縮空氣儲能，在規(guī)模、時長、壽命上的表現(xiàn)都很可觀，應用場景豐富，但其所需的儲氣空間大，有待進一步降本提效。

　　“也有不受地域限制的儲能技術，比如占據(jù)電化學儲能主力的鋰離子電池，能量密度高，響應速度快，效率也比較高。但是，鋰離子電池的能量載體不像水和空氣，它是不可以流動的，屬于固態(tài)活性材料，在儲能市場上不夠靈活，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，安全問題值得關注。“一是鋰資源安全。要知道，鋰電原料碳酸鋰價格從2019年的5萬元/噸，最高一度升至2022年的60萬元/噸。二是大規(guī)模鋰電儲能電站的安全性。以韓國為例，僅2017年到2022年1月，已有34個儲能電站發(fā)生火災，造成直接經(jīng)濟損失高達466億韓元。”

　　綜合對比各類主流技術，趙天壽呼吁，當前，長時儲能技術仍有較大缺口，亟需著力補齊。

　　液流電池有望滿足需求

　　電化學儲能可否像抽水蓄能、壓縮空氣儲能一樣實現(xiàn)長時?這是趙天壽長期研究的課題。

　　他告訴記者，從原理上說，電化學長時儲能需具備兩個主要因素，即可流動的能量載體和相應的能量轉(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。“我認為，電化學流體電池易模塊化、時長靈活、安全且無地域限制，適用于長時、大規(guī)模的儲能，有望滿足新型電力系統(tǒng)對儲能提出的所有要求。”

　　記者了解到，在流體電池中，液流電池儲能格外受到關注。它的能量儲存在電池外面的電解液罐中，因此不存在安全問題，加上其擴展性較高，壽命是鋰離子電池的3倍，所以被業(yè)內(nèi)寄予厚望。對此，在《國家發(fā)展改革委 國家能源局關于加快推動新型儲能發(fā)展的指導意見》中亦有提及。該文件明確要求，實現(xiàn)液流電池等長時儲能技術進入商業(yè)化發(fā)展初期。

　　“這其中，又數(shù)全釩液流電池發(fā)展最快，目前已進入商業(yè)化初期階段了。”趙天壽進一步稱，我國非常重視全釩液流電池發(fā)展，2019年裝機規(guī)模剛剛20兆瓦，2020年已達到100兆瓦，裝機量增長迅速。“但也不是沒有短板，推廣應用面臨的最大問題是成本。從這個角度說，電堆和電解液占到儲能系統(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%，相當于40%的釩沒起到作用，因此要提高電流密度。突破技術瓶頸，是搶抓儲能產(chǎn)業(yè)機會的關鍵。”

　　文：中國能源報 記者 朱妍