“新型儲能”今年首次被寫入政府工作報告，標(biāo)志著“發(fā)展新型儲能”將成為今年乃至今后相當(dāng)長的一段時期內(nèi)我國經(jīng)濟社會發(fā)展的重要任務(wù)之一。作為推動能源綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要裝備基礎(chǔ)，新型儲能就像一個巨大的“充電寶”，又像是一個新能源電力的“調(diào)節(jié)器”：平時，它會把風(fēng)電、光伏等新能源電力的富余電量儲存起來，等到用電高峰期再釋放出來，起到削峰填谷、應(yīng)急供電等多重作用。
俯拍廣東省佛山市的寶塘儲能站。圖片來源：視覺中國
“雙碳”目標(biāo)之下，我國新能源電力裝機量快速增長，同時，風(fēng)電、光伏等新能源電力“看天吃飯”的季節(jié)間歇性、波動性對電網(wǎng)的影響也越來越大，使得國內(nèi)市場對儲能的需求大幅提升。相較于抽水蓄能等傳統(tǒng)儲能，新型儲能類型多樣，且具有選址靈活、建設(shè)周期短、響應(yīng)快速等優(yōu)勢。近年來，隨著我國新能源發(fā)電規(guī)模的持續(xù)增長，各類新型儲能技術(shù)性能指標(biāo)不斷提高，部分技術(shù)處于國際先進水平。數(shù)據(jù)顯示，截至2023年底，全國已建成投運新型儲能項目累計裝機規(guī)模達(dá)3139萬千瓦。2023年新增新型儲能裝機規(guī)模比2022年底增長幅度超過260%，近10倍于“十三五”末的裝機規(guī)模。截至去年年底，全國已有11省(區(qū)、市)新型儲能的裝機規(guī)模超過百萬千瓦。
地下廢棄鹽穴變身電能儲藏庫
一次充電可為電網(wǎng)供電30萬度
3月26日晚18點，隨著夜幕即將降臨，位于江蘇省常州市金壇區(qū)的江蘇金壇鹽穴壓縮空氣儲能電站進入每天的放電時段。收到電網(wǎng)調(diào)度指令后，電站開始進行壓縮空氣管道疏水、暖管、沖轉(zhuǎn)升速等一系列操作，隨后，這些電能通過110KV專用線路，進入江蘇電網(wǎng)，點亮千家萬戶。
江蘇金壇鹽穴壓縮空氣儲能電站是全國首個正式投入商業(yè)運營的壓縮空氣儲能電站，也是世界首個非補燃式的壓縮空氣儲能電站。壓縮空氣儲能是一種新型的物理儲能方式，其充放電原理類似于給輪胎打氣：當(dāng)電力需求低時，電站用無法消納的新能源的電能將空氣壓縮儲存到一個大型的儲氣空間中，將電能轉(zhuǎn)變?yōu)榭諝鈮毫δ?在電能需求高峰時，再把空氣壓力轉(zhuǎn)換為電能。
自2022年5月正式投運以來，江蘇金壇鹽穴壓縮空氣儲能電站完成的調(diào)峰電量已超過2億度。電站完成一次充電需8小時，充滿后可放電5小時，一次充電可為電網(wǎng)供電30萬度。
國家電網(wǎng)浙江省湖州市長興縣供電公司的工作人員正在蓄電池室檢測并網(wǎng)后單個蓄電池的電壓。圖片來源：視覺中國
一般來說，建造壓縮空氣儲能系統(tǒng)需要特殊的地理空間作為大型儲氣室，比如地下鹽穴。江蘇金壇鹽穴壓縮空氣儲能電站負(fù)責(zé)人林迎虎介紹，鹽穴是用鹽礦水溶法采鹽后廢棄的礦洞，一般位于地下800—1000米的深處，整個鹽穴的高度能達(dá)到100多米。為了找到適合建造儲能電站的鹽穴，工作人員前期進行了詳細(xì)的勘察和評估，一方面空間要足夠大，氣密性和巖壁強度要高;另一方面，鹽穴的滲漏性也要得到嚴(yán)格控制，以防止儲存能量的損失和地下水污染。雖然找到合適的鹽穴并非易事，但相比于傳統(tǒng)的抽水蓄能，壓縮空氣儲能依然有著顯著優(yōu)勢：選址更靈活，對環(huán)境影響小，建設(shè)周期也更短。
“我們在國內(nèi)首次利用地下鹽穴解決了大容量、高參數(shù)壓縮空氣存儲難題，改變了傳統(tǒng)電力‘即發(fā)即用’的狀況，實現(xiàn)了電能“時移”，可為電網(wǎng)提供±6萬千瓦的調(diào)峰能力。”林迎虎表示，江蘇金壇鹽穴壓縮空氣儲能電站在電網(wǎng)安全運營中主要發(fā)揮了三大作用，一個是存儲低谷電能，并在用電高峰時釋放使用，以實現(xiàn)削峰填谷;另一個是電力負(fù)荷平衡，電站可在短時間內(nèi)啟動并達(dá)到全負(fù)荷工作狀態(tài)，比普通的燃煤電站的啟動時間快很多;最后是可作為線路檢修、故障或緊急情況下的備用電源。
江蘇金壇鹽穴壓縮空氣儲能電站有一個重要創(chuàng)新點是全球首創(chuàng)的“非補燃”技術(shù)。“我們會對壓縮儲氣過程中產(chǎn)生的熱量回收，存儲在儲熱系統(tǒng)中;在釋放壓縮空氣時，再用這些熱量來加熱空氣，利用高溫高壓的空氣釋放時產(chǎn)生的能量來發(fā)電。相對于補燃式，非補燃技術(shù)在壓縮空氣發(fā)電過程中不依賴外部能源燃燒加熱，全年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤4萬噸，減少二氧化碳排放超15萬噸。”林迎虎表示。
壓縮空氣法是繼抽水蓄能之后，第二大被認(rèn)為適合GW級大規(guī)模電力儲能的技術(shù)。2022年，國家發(fā)展改革委、國家能源局印發(fā)《“十四五”新型儲能發(fā)展實施方案》，將百兆瓦級壓縮空氣儲能技術(shù)列入“十四五”時期新型儲能核心技術(shù)裝備攻關(guān)重點方向之一。目前，我國已有不少城市建設(shè)了壓縮空氣儲能電站。隨著技術(shù)進步，不依賴鹽穴等地理因素的壓縮空氣儲能電站也逐步出現(xiàn)。近年來，遼寧朝陽、甘肅酒泉兩個300兆瓦壓縮空氣儲能電站示范項目開工，破解了壓縮空氣儲能受地理條件制約的世界性難題，讓更多城市都具備了建設(shè)這類儲能電站的可能。
多條鋰離子電池儲能技術(shù)路線“一站集成”
每年可向粵港澳大灣區(qū)供電約4.3億度
廣東省佛山市南山區(qū)，坐落著粵港澳大灣區(qū)首個超百兆瓦的電池儲能項目——南方電網(wǎng)佛山寶塘電網(wǎng)側(cè)獨立電池儲能站(下稱“寶塘儲能站”)。在電站的院子里，一排排外觀如同集裝箱的白色儲能系統(tǒng)整齊排布，里面盛放有電池簇、電池管理系統(tǒng)、儲能變流器等多個重要系統(tǒng)，在電網(wǎng)需要時可以做到“毫秒級”響應(yīng)，為區(qū)域內(nèi)電網(wǎng)平穩(wěn)運行提供支持。
江蘇金壇鹽穴壓縮空氣儲能電站內(nèi)景。馬晶 攝
寶塘儲能站于今年1月投運，是我國首個多技術(shù)路線鋰離子電池儲能站，在這里，我國首次實現(xiàn)了多條鋰離子電池儲能技術(shù)路線的“一站集成”——一個儲能電站應(yīng)用了9條差異化的鋰離子電池儲能技術(shù)路線，不同路線具有不同的技術(shù)特點，可以實現(xiàn)優(yōu)勢互補，每年大約可向粵港澳大灣區(qū)提供4.3億度清潔電。
南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻(廣東)儲能科技有限公司的有關(guān)負(fù)責(zé)人表示，能夠在這樣大規(guī)模的新型儲能電站同時運用多種技術(shù)路線，一個重要原因是國內(nèi)鋰離子電池儲能技術(shù)的快速成熟發(fā)展。在建造過程中，寶塘儲能站運用了多項鋰離子電池領(lǐng)域的創(chuàng)新技術(shù)，比如浸沒式液冷技術(shù)，這是一種創(chuàng)新的散熱技術(shù)。電池在運行過程中大多都會釋放熱量，高溫不僅容易對電池造成損害，也會帶來安全隱患。浸沒式液冷技術(shù)可以讓電池浸沒在一種高熱傳導(dǎo)性的液體中，液體能夠吸收和分散電池產(chǎn)生的熱量，對電池起到保護作用，減少電池?zé)崾Э貛淼奈ｋU。
數(shù)據(jù)顯示，從我們國家目前投運的新型儲能項目類型來看，鋰離子電池儲能是最為普遍的類型。截至2023年底，我國已投運的鋰離子電池儲能占比97.4%，鉛炭電池儲能占比0.5%，壓縮空氣儲能占比0.5%，液流電池儲能占比0.4%，其他新型儲能技術(shù)占比1.2%。鋰離子電池儲能以絕對優(yōu)勢占據(jù)主導(dǎo)地位。
中國電池工業(yè)協(xié)會理事長劉寶生表示，目前我們國家的鋰離子電池不管是整個的技術(shù)研發(fā)還是制造質(zhì)量等，都有一定的優(yōu)勢。根據(jù)工業(yè)和信息化部發(fā)布的信息，我國目前已發(fā)展成為全球最大的鋰離子電池生產(chǎn)國，建成了從上游關(guān)鍵材料到電芯制造、電池組裝、設(shè)備制造的完備體系。去年一年，我國鋰離子電池產(chǎn)業(yè)仍然延續(xù)增長態(tài)勢，僅儲能型鋰電池產(chǎn)量就達(dá)到185吉瓦時。
當(dāng)前，我國大中型鋰離子電池儲能電站使用的主要是磷酸鐵鋰電池，相較于傳統(tǒng)的電池，這種電池具有壽命長、能量密度高、充電速度更快等優(yōu)勢。在面積相當(dāng)于5個半標(biāo)準(zhǔn)足球場的寶塘儲能站內(nèi)，共安置了88套磷酸鐵鋰儲能系統(tǒng)，這些電池均來自于國內(nèi)磷酸鐵鋰電池生產(chǎn)企業(yè)。隨著技術(shù)的創(chuàng)新，我國磷酸鐵鋰電池產(chǎn)品的性能在不斷提升，而成本相較過去也逐步下降。
近年來，我國各地陸續(xù)建成多個以鋰離子電池儲能為技術(shù)支撐的新型儲能電站，這些儲能電站不僅給城市居民用戶帶來便利，還為工商企業(yè)降低了高峰負(fù)荷時期的用電成本，解決了一些大城市商業(yè)區(qū)在用電緊張時需要追加電力設(shè)施投資的問題。
關(guān)鍵材料基本實現(xiàn)國產(chǎn)化
儲能技術(shù)多元發(fā)展不斷迭代
國家能源局近日印發(fā)《2024年能源工作指導(dǎo)意見》，其中提出要推動新型儲能多元化發(fā)展。近年來，隨著技術(shù)的進步，不同類型、不同模式的新型儲能項目逐步落地應(yīng)用。按照類型劃分，當(dāng)前新型儲能類型有電化學(xué)儲能、物理儲能以及氫儲能等。在電化學(xué)儲能中，除了近年來發(fā)展較為成熟的鋰離子電池儲能技術(shù)，還有較晚發(fā)展起來的全釩液流電池儲能;而物理儲能中除了壓縮空氣儲能，還出現(xiàn)了飛輪儲能、重力儲能等。
遼寧大連液流電池儲能調(diào)峰電站內(nèi)的電池設(shè)備。圖片來源：視覺中國
在全釩液流電池儲能領(lǐng)域，國內(nèi)目前已建成的全釩液流電池儲能電站已達(dá)20余座。其中，位于遼寧省大連市的大連液流電池儲能調(diào)峰電站一期工程，是全球第一座100MW(兆瓦)級液流電池儲能電站，該電站最多可存放40萬度電，按照中國居民日常生活每日人均用電2度左右計算，可滿足20萬居民一天的用電需求。
全釩液流電池，僅從名字來看，它的特別之處在于“液流”二字。與鋰離子電池等一般蓄電池不同，全釩液流電池的正負(fù)極不是固體，而是電解液，正負(fù)兩種形態(tài)的電解液獨立分離放置在不同的容器中，通過管道泵入液流電池堆棧中，持續(xù)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。這些電解液可以循環(huán)使用，因此電池的壽命更長。
目前，我國在全釩液流電池方面的技術(shù)水平已處于國際領(lǐng)先水平，全釩液流電池的關(guān)鍵材料已基本實現(xiàn)了國產(chǎn)化。大連液流電池儲能調(diào)峰電站所使用儲能技術(shù)均為我國自主研發(fā)?？蒲袌F隊從2000年就開始了全釩液流電池技術(shù)的研究，完成了從實驗室基礎(chǔ)研究到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的發(fā)展過程，申報發(fā)明專利數(shù)百項，形成了完整的液流電池技術(shù)自主知識產(chǎn)權(quán)體系。
在遼寧省沈陽市，擁有全球領(lǐng)先磁懸浮飛輪技術(shù)的沈陽微控飛輪技術(shù)股份有限公司(以下簡稱微控飛輪)目前接到的訂單已經(jīng)排產(chǎn)到了今年10月。微控飛輪的董事長張慶源介紹，飛輪儲能是一種新型儲能方式，在用電低峰時期，通過飛輪的持續(xù)穩(wěn)定高速旋轉(zhuǎn)，可以將電能轉(zhuǎn)化為動能儲存起來，到了有用電需求時再將動能轉(zhuǎn)化為電能。原理看似簡單，實際上技術(shù)難度極高。目前微控飛輪生產(chǎn)的飛輪是有專利技術(shù)的定制鋼錠，最高轉(zhuǎn)速可實現(xiàn)每分鐘超過4萬轉(zhuǎn)，充放電循環(huán)超過200萬次，使用壽命20年。
有關(guān)專家認(rèn)為，隨著科技的不斷進步，我國儲能技術(shù)多元發(fā)展、不斷迭代，鋰離子電池、壓縮空氣儲能等技術(shù)達(dá)到國際先進水平。國家能源局能源節(jié)約和科技裝備司副司長邊廣琦也表示，新型儲能日益成為我國建設(shè)新型能源體系和新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。下一步，國家能源局將積極鼓勵技術(shù)創(chuàng)新，結(jié)合新型儲能發(fā)展特點，有針對性地開展工作，著力推動新型儲能多元化高質(zhì)量發(fā)展。（中央紀(jì)委國家監(jiān)委網(wǎng)站 王雅婧）
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