長時儲能：護航新型電力系統(tǒng)長期穩(wěn)定

　　在日前舉行的2023世界儲能大會上，中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟常務(wù)副理事長、中國能源研究會儲能專委會秘書長兼副主任委員俞振華指出，儲能產(chǎn)業(yè)的一大賽道就是包括新型液流、壓縮空氣、高溫儲熱等技術(shù)手段在內(nèi)的長時儲能。此外，在第五屆未來能源大會期間，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、高安全以及不同時長的儲能技術(shù)，其中最缺的就是長時儲能技術(shù)。

　　記者經(jīng)過梳理發(fā)現(xiàn)，關(guān)于長時儲能的報道近期頻頻見諸報端：青海液態(tài)空氣儲能示范項目開工，張家口300兆瓦先進壓縮空氣儲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)靈活性的長時儲能也將迎來戰(zhàn)略發(fā)展期。

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

　　持續(xù)時長尚無統(tǒng)一定義

　　“長時儲能目前正處于發(fā)展初期，國內(nèi)外尚未對長時儲能的持續(xù)時長進行統(tǒng)一定義。”電力規(guī)劃設(shè)計總院副總工程師、能源科技創(chuàng)新研究院院長徐東杰告訴科技日報記者。

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

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

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

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

　　提升清潔能源消納能力

　　近年來，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(yù)計新增5700萬千瓦，這相當(dāng)于2022年全球長時儲能總裝機規(guī)模的3倍左右。

　　為什么全世界都在發(fā)展長時儲能?

　　徐東杰分析，為了實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，火電裝機占比將逐漸下降。當(dāng)這類穩(wěn)定的基礎(chǔ)負(fù)載發(fā)電資源日益減少，“長時儲能+大型風(fēng)光項目”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，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，要解決這個問題，光靠建造更多輸電網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。長時儲能可憑借其長周期、大容量的特性，在更長時間維度上調(diào)節(jié)新能源發(fā)電波動，在清潔能源過剩時避免電網(wǎng)擁堵現(xiàn)象，并在電網(wǎng)負(fù)荷高峰時提高清潔能源消納能力。

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

　　在我國，為實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，新型電力系統(tǒng)需要不同時長的規(guī)模化、高安全性儲能技術(shù)，因此，儲能，尤其是長時儲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規(guī)模將持續(xù)增加，但新能源電量占比預(yù)計不會超過30%。在此階段，電力系統(tǒng)的主要需求為2—4小時的儲能設(shè)備，部分地區(qū)需要4—10小時的儲能設(shè)備，對于10小時及以上時長的儲能設(shè)備需求有限。

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

　　他進一步闡述道，在實現(xiàn)碳達峰及其以后的時期，新能源發(fā)電量將接近甚至突破總發(fā)電量的50%，新能源會逐漸成為主體電源。而新能源由于其隨機性、波動性等特點，并不足以支撐電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，這就需要10小時及以上時長的儲能技術(shù)進行頂峰保供。長遠(yuǎn)來看，長時儲能將在電力系統(tǒng)長時間處于頂峰狀態(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)遇到臺風(fēng)或其他極端氣象災(zāi)害時，風(fēng)電機組處于高風(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)，需要進一步增加儲能時長至100小時左右，以滿足調(diào)節(jié)需求。

　　技術(shù)、政策缺口有待補齊

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

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

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

　　總體來看，儲能技術(shù)路線多樣，但是除了鋰離子電池基本實現(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。“在現(xiàn)階段儲能技術(shù)基礎(chǔ)上，長時儲能技術(shù)進一步拓展了儲能時長，但其技術(shù)路線尚不明確，且產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模較小。這會影響長時儲能技術(shù)選型。”徐東杰說。

　　趙天壽坦言，主流儲能技術(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，新型儲能設(shè)施造價普遍偏高，且沒有明確的成本疏導(dǎo)機制，這影響了各主體對新型儲能進行投資的積極性。

　　“長時儲能需在常規(guī)2小時儲能系統(tǒng)基礎(chǔ)上進一步拓展儲能容量，這需要增加設(shè)備和工程量，會使初始投資進一步提高。”徐東杰說，長時儲能還沒有形成產(chǎn)業(yè)鏈，其設(shè)備成本還有待下降。為此他建議，加強新技術(shù)的示范應(yīng)用，推動多元化技術(shù)發(fā)展，加快新技術(shù)落地，推動新型儲能產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，通過規(guī)?；?yīng)降低成本。

　　“作為長時間的調(diào)節(jié)型資源，長時儲能的發(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儲能需求的判斷。”徐東杰建議，應(yīng)進一步研究制定新型儲能專項規(guī)劃，明確各類新型儲能發(fā)展規(guī)模、區(qū)域布局和建設(shè)時序等，更好地統(tǒng)籌長時儲能與短時儲能的發(fā)展。（來源：科技日報 記者 操秀英）