在我國2005年的《可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展指導目錄》中，第一次規(guī)定了“電網(wǎng)企業(yè)應(yīng)發(fā)展和應(yīng)用智能電網(wǎng)、儲能技術(shù)”。十二五、十三五時期，我國現(xiàn)代能源體系不斷發(fā)展，能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，儲能體系戰(zhàn)略地位提高，儲能產(chǎn)業(yè)迎來了發(fā)展窗口期，尤其是隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，電化學儲能迎來了新的發(fā)展機遇。
然而我們也清晰的看到，全球儲能電站事故頻發(fā)，儲能產(chǎn)業(yè)也面臨很多挑戰(zhàn)。
我國能源發(fā)展的趨勢
能源是國家安全與經(jīng)濟發(fā)展的根本物質(zhì)保障，對國家政治和經(jīng)濟有著重要的推動和塑造作用。能源安全關(guān)系著國家經(jīng)濟安全和對外戰(zhàn)略，也影響能源地緣政治和國際能源市場。
一、全球能源安全現(xiàn)狀
2020年以來，新冠肺炎疫情肆虐，全球經(jīng)濟受到?jīng)_擊，中美貿(mào)易戰(zhàn)升級，能源產(chǎn)業(yè)面臨諸多挑戰(zhàn)。
首先，國際政治和經(jīng)濟局勢動蕩，能源供需格局變化較大，國際石油價格劇烈波動，對能源安全產(chǎn)生較大影響。一些國家正積極調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，規(guī)避能源發(fā)展給能源安全帶來的不確定性和風險。
其次，技術(shù)革新引起新一輪工業(yè)革命，某些國家通過能源技術(shù)創(chuàng)新，意圖引領(lǐng)能源產(chǎn)業(yè)革命，滿足其自身能源需求及消費方式的更新迭代。我國盡管在儲能、智能電網(wǎng)、節(jié)能電池領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新勢頭迅猛，但一些關(guān)鍵核心技術(shù)仍存在“卡脖子”的情況，影響了我國能源產(chǎn)業(yè)的長遠發(fā)展。
第三，多國“碳中和”目標確定，低碳化調(diào)整倒逼能源轉(zhuǎn)型，“可再生能源+儲能”已成為實現(xiàn)碳中和的重要路徑，也反過來促進了儲能產(chǎn)業(yè)加速發(fā)展。
第四，全球氣候劇變，一方面高溫嚴寒導致能源需求增量，另一方面降雨帶的北移對根據(jù)歷史氣候特征布局的全球風電和水電設(shè)施構(gòu)成挑戰(zhàn)，少風缺水將影響全球能源供給。我國瀾滄江和金沙江上游今年降雨量偏低、來水較少，導致四川、云南和湖北的水電供給明顯減少，2021年8月水電產(chǎn)量分別同比下滑6.9%、2.8%和15.9%。
二、我國能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢
2020年9月22日，習近平主席在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論上提出“中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和”。
“十四五規(guī)劃”中明確了到2030年，我國非化石能源占一次能源消費比重將達到25%左右，并且要大力發(fā)展可再生能源，優(yōu)化能源供需結(jié)構(gòu)，建立新型電力系統(tǒng)，努力實現(xiàn)新時代的能源安全。
面對全球能源產(chǎn)業(yè)變革，新冠疫情的沖擊和“雙循環(huán)”經(jīng)濟格局構(gòu)建等挑戰(zhàn)和機遇，我國能源行業(yè)進入關(guān)鍵發(fā)展階段。
首先，將積極推進綠色低碳轉(zhuǎn)型，深化落實“四個革命、一個合作”的能源安全新戰(zhàn)略，構(gòu)建現(xiàn)代能源體系，提高能源效率。
其次，積極調(diào)整能源供給和消費結(jié)構(gòu)，平衡國內(nèi)市場與國際市場的關(guān)系，保障能源安全。
第三，加強技術(shù)創(chuàng)新投入，對能源重點領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)卡脖子問題抓緊攻關(guān)。
第四，建立能源儲備機制，平抑能源市場波動。尤其是對外依存度較高影響能源安全的領(lǐng)域，積極研究并部署儲備和調(diào)峰能力建設(shè)。
第五，面對可再生能源發(fā)電對新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建存在較大挑戰(zhàn)，研究“可再生能源+儲能”模式需要的技術(shù)、人才及宏觀政策并提前部署。
發(fā)展電化學儲能的必要性
2021年3月，習近平總書記主持召開中央財經(jīng)委員會第九次會議，對推動碳達峰、碳中和作出全面動員和系統(tǒng)部署，并明確指出要著力構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，將形成源網(wǎng)荷儲一體化的新形態(tài)，電化學儲能將在新型電力系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。
一、電化學儲能的范疇和特點
儲能技術(shù)是指利用大容量且能實現(xiàn)快速充放電的儲能設(shè)施裝置或物理介質(zhì)將能量存儲起來的技術(shù)，主要有物理儲能、電化學儲能、儲熱和儲氫、電磁儲能等。其中，電化學儲能是利用化學反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化電能的裝置，是以鋰離子電池、鈉硫電池、液流電池為主的電化學儲能技術(shù)。電化學儲能在智能電網(wǎng)、能源互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用貫穿整個電力系統(tǒng)，在發(fā)電、輸電、用電等環(huán)節(jié)均有應(yīng)用領(lǐng)域。
二、電化學儲能發(fā)揮的重要作用
1.促進“3060目標”實現(xiàn)
隨著全球各主要國家陸續(xù)宣布實現(xiàn)碳中和目標時間節(jié)點，太陽能、風能等可再生能源將實現(xiàn)全面發(fā)展。但這類可再生能源，受地理環(huán)境影響較大，在時空上具有間歇性和分布不均的特點，如直接并網(wǎng)運行將對電網(wǎng)產(chǎn)生較大沖擊。而儲能系統(tǒng)作為能量存儲和轉(zhuǎn)化設(shè)備，成為支撐能源革命的關(guān)鍵技術(shù)。
“3060目標”是我國新時期高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵目標，國家發(fā)展改革委、國家能源局《關(guān)于加快推動新型儲能發(fā)展的指導意見》明確了，到2025年實現(xiàn)新型儲能從商業(yè)化初期向規(guī)?；l(fā)展轉(zhuǎn)變，裝機規(guī)模達3000萬千瓦以上。到2030年，實現(xiàn)新型儲能全面市場化發(fā)展。新型儲能在推動能源領(lǐng)域碳達峰碳中和過程中發(fā)揮顯著作用，也是打通新型電力系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵要素。
2.實現(xiàn)電力供需平衡
可再生能源高比例接入電網(wǎng)后，增加了電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻的壓力。儲能的加入，可以保持電網(wǎng)高效安全運行和電力供需平衡。一方面，在大規(guī)?？稍偕茉窗l(fā)電環(huán)節(jié)，儲能系統(tǒng)有利于削峰填谷，使不穩(wěn)定電力平滑輸出；第二方面儲能可替代部分昂貴的調(diào)峰機組，實現(xiàn)調(diào)峰的功能，提高系統(tǒng)效率。第三方面在輸配電環(huán)節(jié)，儲能系統(tǒng)能起到調(diào)峰和提高電網(wǎng)性能的作用，可以增強電網(wǎng)的抗沖擊能力，提高調(diào)解幅度，更好地實現(xiàn)供需平衡。
3.實現(xiàn)電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)
隨著大規(guī)模可再生能源電站的持續(xù)建設(shè)，電力系統(tǒng)的負荷波動不斷變大，對調(diào)節(jié)能力的需求也隨之增強。有效利用儲能系統(tǒng)，一方面，可將風電和光伏發(fā)電的電力出力波動由12%～30%降至3%，與火電出力波動無異。另一方面，大規(guī)模儲能系統(tǒng)可以成為解決風電和光伏發(fā)電的并網(wǎng)與消納問題的鑰匙。
三、電化學儲能在電力側(cè)應(yīng)用廣泛
在電力系統(tǒng)中，電化學儲能的應(yīng)用場景可以分為電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)。在電源側(cè)，電化學儲能技術(shù)的運用可以實現(xiàn)根據(jù)電力需求的特點、市場價格等因素調(diào)節(jié)可再生能源電廠出力，減少“棄風、棄光”現(xiàn)象，同時還可以調(diào)節(jié)可再生能源發(fā)電的波動，改善電能質(zhì)量；在電網(wǎng)側(cè)，電化學儲能技術(shù)的運用可以達到削峰填谷、平衡供需的作用，在一定程度上改進電力調(diào)度方式，促進可再生能源和電網(wǎng)的協(xié)調(diào)優(yōu)化；在用戶側(cè)，電化學儲能技術(shù)的運用有助于降低度電電費和容量電費，提高分布式可再生能源發(fā)電就地消納的比例，同時提高供電可靠性。
比如，出現(xiàn)故障時，電池可以作為備用電源為用戶提供電能；在調(diào)峰時，電池可以根據(jù)發(fā)電和用電情況及時響應(yīng)調(diào)度指令，改變其出力水平；電池還可以利用峰谷電價的差價為用戶節(jié)省開支。
電化學儲能發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)
一、我國近年儲能政策
2021年前，我國儲能相關(guān)政策主要以各省市為主體發(fā)布，大多涉及可再生能源并網(wǎng)，參與輔助服務(wù)市場以及補貼政策等方面。在“3060目標”下，國家部委層面出臺了多方面政策，覆蓋了電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)。
2021年4月21日，國家發(fā)展改革委、國家能源局發(fā)布了《關(guān)于加快推動新型儲能發(fā)展的指導意見》。
一方面，提出健全新型儲能價格機制，建立電網(wǎng)側(cè)儲能獨立電站容量電價機制，逐步推動儲能電站參與電力市場，研究探索將電網(wǎng)替代性儲能設(shè)施成本收益納入輸配電價回收。完善峰谷電價政策，為用戶側(cè)儲能發(fā)展創(chuàng)造更大空間。
另一方面，明確新型儲能獨立市場主體地位。研究建立儲能參與中長期交易、現(xiàn)貨和輔助服務(wù)等各類電力市場的準入條件、交易機制和技術(shù)標準，加快推動儲能進入并允許同時參與各類電力市場。因地制宜建立完善“按效果付費”的電力輔助服務(wù)補償機制，深化電力輔助服務(wù)市場機制，鼓勵儲能作為獨立市場主體參與輔助服務(wù)市場。
針對發(fā)生的儲能電站事故等問題，2021年8月24日，國家發(fā)改委、能源局發(fā)布《電化學儲能電站安全管理暫行辦法（征求意見稿）》，首次提出針對電化學儲能安全關(guān)系的制度設(shè)計，包括項目準入、生產(chǎn)與質(zhì)量控制、設(shè)計咨詢、施工及驗收、并網(wǎng)及調(diào)度、運行維護、退役管理、應(yīng)急管理與事故處置等內(nèi)容，將成為安全管理的上層制度。但是還需出臺配套的標準給行業(yè)予以指導和規(guī)范。
二、電化學儲能發(fā)展現(xiàn)狀
根據(jù)中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟（CNESA）全球儲能項目庫的不完全統(tǒng)計，截至2020年底，全球已投運儲能項目累計裝機規(guī)模191.1GW，同比增長3.4%。其中，電化學儲能的累計裝機規(guī)模僅次于抽水蓄能，為14.2GW；在各類電化學儲能技術(shù)中，鋰離子電池的累計裝機規(guī)模最大，為13.1GW，電化學儲能和鋰離子電池的累計規(guī)模均首次突破10GW大關(guān)。
截至2020年底，中國已投運儲能項目累計裝機規(guī)模35.6GW，占全球市場總規(guī)模的18.6%，同比增長9.8%，漲幅比2019年同期增長6.2個百分點。其中，電化學儲能的累計裝機規(guī)模位列第二，為3269.2MW，同比增長91.2%；在各類電化學儲能技術(shù)中，鋰離子電池的累計裝機規(guī)模最大，為2902.4MW。
盡管電化學儲能在“3060目標”下迎來的發(fā)展的機遇，但是也面臨的很多的挑戰(zhàn)。
三、電化學儲能發(fā)展面對的挑戰(zhàn)
1.電化學儲能電站發(fā)生事故頻發(fā)
2018年至今，韓國儲能行業(yè)發(fā)生23起嚴重火災(zāi)，其中14起發(fā)生在充電后，6起發(fā)生在充放電過程中，3起是在安裝和施工過程中。2019年4月19日，美國亞利桑那州APS公司的儲能電站發(fā)生燃爆，在救援實施過程中再度發(fā)生爆炸，致使8名消防員受傷。2021年4月，北京南四環(huán)國軒福威斯光儲充技術(shù)有限公司的25MWh國軒高科磷酸鐵鋰電池儲能電站發(fā)生火災(zāi)和爆炸，導致兩名消防員犧牲，一名受傷，是近年國內(nèi)儲能電站發(fā)生的最嚴重的事故。
目前電化學儲能電站發(fā)生事故主要包括火災(zāi)、爆炸、中毒、觸電等。引起火災(zāi)的原因主要包括:鋰電池過充過放、短路、受擠壓，電池內(nèi)部正負極與電解液發(fā)生放熱反應(yīng)，導致電池熱失控火災(zāi)等。頻發(fā)的事故給高速發(fā)展的儲能行業(yè)敲響了警鐘，運行安全不容小覷。
2.儲能技術(shù)發(fā)展存在困境
隨著“3060目標”提出，可再生能源發(fā)電比例逐漸增多，對電力系統(tǒng)靈活性要求提高，世界各主要國家紛紛出臺舉措推進儲能技術(shù)研發(fā)。2020年12月美國能源部發(fā)布《儲能大挑戰(zhàn)路線圖》，提出將在儲能技術(shù)開發(fā)、儲能制造和供應(yīng)鏈、儲能技術(shù)轉(zhuǎn)化、政策與評估、勞動力開發(fā)五大重點領(lǐng)域開展行動，實現(xiàn)到2030年滿足美國市場需求并達到全球儲能領(lǐng)域領(lǐng)導地位。歐盟委員會發(fā)布了“2030電池創(chuàng)新路線圖”系統(tǒng)提出了未來儲能發(fā)展的戰(zhàn)略目標。
我國儲能技術(shù)發(fā)展不均衡，核心技術(shù)有待突破，尤其是在電解液、離子交換膜等技術(shù)與國際領(lǐng)先水平相比仍有較大差距，且缺乏國家級的上層規(guī)劃和指導，影響了儲能產(chǎn)業(yè)的市場化發(fā)展。
3.缺乏安全管理規(guī)范和行業(yè)標準
近年來儲能電站布局加速，但在電站建設(shè)和運營安全管理方面還缺乏制度規(guī)范和具體標準。特別是近年來我國儲能電站建設(shè)中存在低價中標、忽視安全和質(zhì)量的現(xiàn)象，導致劣幣驅(qū)逐良幣，給我國儲能行業(yè)的穩(wěn)健發(fā)展埋下了隱患。2021年，國家能源局先后發(fā)布了《新型儲能項目管理規(guī)范（暫行）》《電化學儲能電站安全管理暫行辦法（征求意見稿）》對儲能安全管理進行了綱領(lǐng)性指導，但相關(guān)細化標準規(guī)范尚未出臺，安全管理、應(yīng)急處置還缺乏指導，亟需頒布相關(guān)國家標準和行業(yè)標準。
4.前期項目規(guī)劃和設(shè)計存在缺陷
電化學儲能電站的選址定容、電池技術(shù)路線確定，檢修運維便利性、消防設(shè)計等方面需要系統(tǒng)的構(gòu)思和整體設(shè)計。前期儲能電站發(fā)展較快，個別項目存在設(shè)計人員技術(shù)偏弱，技術(shù)標準不統(tǒng)一等問題，導致個別前期建設(shè)的電站存在功能安全設(shè)計缺陷等。未來需要制定相關(guān)政策，對前期電站進行運行狀態(tài)監(jiān)測，統(tǒng)一摸排問題，對項目設(shè)計或安全狀態(tài)不滿足技術(shù)要求的，組織評估論證和整改，避免出現(xiàn)重大事故。
5.盈利模式單一，成本仍較高
近年來，盡管我國多部門鼓勵儲能參與削峰填谷、電力輔助服務(wù)、調(diào)頻等，但是由于缺乏明確的市場化機制和價格機制，儲能很難進入電力市場。
一方面，成本較高仍是儲能行業(yè)發(fā)展的障礙，“十三五”期間儲能的度電成本為0.4～0.6元/度，“十四五”期間隨著儲能技術(shù)的提升，度電成本有望下降。
另一方面，儲能產(chǎn)業(yè)市場機制尚不完善，儲能參與市場交易、結(jié)算、調(diào)度、并網(wǎng)等的價格規(guī)則并不明確，價格補償機制尚無有標準。“誰為儲能買單”成為大家都不愿面對的問題。總體來說，儲能盈利模式單一，市場化機制沒有形成，對投資者吸引力不高，制約了儲能產(chǎn)業(yè)的長遠發(fā)展。
電化學儲能發(fā)展的思考
“3060”目標下，未來將構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，電化學儲能規(guī)模將不斷增長。面對挑戰(zhàn)，我們對電化學儲能的發(fā)展進行了思考并提出以下建議。
一、加強核心技術(shù)研發(fā)
我國雖然在電化學儲能制造上努力追趕歐美等先進國家，但在儲能電池機理研究、關(guān)鍵材料制造等核心技術(shù)方面與發(fā)達國家相比仍有一定差距。進入十四五時期，需要加大電化學儲能技術(shù)研究力度，解決關(guān)鍵技術(shù)“卡脖子”的問題。
一方面，加大電化學儲能技術(shù)的研發(fā)投入，降低電池成本，提高電池組壽命，促進電池回收再利用，提高電站安全運營性能。
第二方面，重視技術(shù)與應(yīng)用場景的銜接，研究開發(fā)與不同應(yīng)用情境需求接軌的電化學儲能設(shè)備，提高技術(shù)轉(zhuǎn)換度。
第三方面，研究不同的可應(yīng)用于制造電池核心組件的材料，發(fā)展便于回收再利用的新型儲能電池技術(shù)。
第四方面，加大電化學儲能與其他儲能系統(tǒng)混合應(yīng)用的研究力度，例如“熱儲能+電化學儲能”“飛輪+電化學儲能”等。
二、完善政策、標準體系和行業(yè)規(guī)范
近年來電化學儲能領(lǐng)域出臺了一系列政策，形成了涵蓋基礎(chǔ)通用、規(guī)劃設(shè)計、設(shè)備及試驗、施工及驗收、并網(wǎng)及檢測、運行及維護等方面的電化學標準體系，部署了一批示范工程。
然而，在技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)業(yè)布局、安全控制等方面尚缺乏頂層制度設(shè)計、中長期規(guī)劃、以及具體標準和指引。為促進電化學儲能行業(yè)穩(wěn)健安全發(fā)展，建議對十四五時期新型電力系統(tǒng)建設(shè)、儲能發(fā)展進行統(tǒng)籌規(guī)劃。
一方面，制定儲能發(fā)展中長期規(guī)劃，匹配新型電力系統(tǒng)建設(shè)及相關(guān)行業(yè)和領(lǐng)域的規(guī)劃，如可再生能源發(fā)電、智能電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃等，形成完整的新型電力系統(tǒng)發(fā)展路線圖。
另一方面，制定儲能相關(guān)技術(shù)標準和管理規(guī)范，建立儲能電站的技術(shù)標準和設(shè)計、建設(shè)、運行監(jiān)測和安全管理標準等，并適時配套建立儲能裝置的回收管理機制。
三、完善消防安全機制，建立應(yīng)急體系
儲能作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，是增強能源系統(tǒng)供應(yīng)安全性、靈活性、綜合效率的重要環(huán)節(jié)，是支撐能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵技術(shù)之一，亟需保障建設(shè)、運營安全，因此需要構(gòu)建具有儲能特色的消防安全機制和應(yīng)急管理體系及相關(guān)標準，從設(shè)計、使用等多個方面降低熱失控概率，并在系統(tǒng)管理層面增加應(yīng)急救援機制，建立電池熱失控預(yù)警模型，制定電池系統(tǒng)安全防護體系和防護裝置關(guān)聯(lián)控制策略，加快制定和完善電化學儲能電站消防安全有關(guān)標準等。
四、打造成熟商業(yè)結(jié)構(gòu)，建立投資回收機制
在現(xiàn)行電力體制下，儲能主要是參與調(diào)頻輔助服務(wù)獲利，或通過峰谷電價差獲利，但應(yīng)用場景的回收機制和商業(yè)模式尚不完善。在電源側(cè)，參與電力市場的價格機制尚不完善；在電網(wǎng)側(cè)，投資回收機制不清晰；在用戶側(cè)，盈利形式單一，建設(shè)成本較高，社會化資本投資意愿不強。
為推動儲能產(chǎn)業(yè)市場化，一方面，探索適應(yīng)儲能行業(yè)發(fā)展的商業(yè)模式，加快市場化步伐，對成本與收益分配和流動的公平性和激勵性進行研究，明確投資回收機制，促進盈利多元化，提高各方投資的積極性。另一方面，建立儲能產(chǎn)業(yè)激勵機制，吸引社會資金進入，同時研究和設(shè)立儲能專項發(fā)展基金，提供融資和金融服務(wù)政策支持，以及相關(guān)的投資與稅收優(yōu)惠政策等。第三方面，對市場化電力交易機制進行規(guī)劃，制定我國的國家峰谷電價政策。
打造高效安全的電化學儲能產(chǎn)業(yè)，不僅是實現(xiàn)我國“3060目標”的重要途徑，也是打造新型電力系統(tǒng)的保障，是未來電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的需要。面對挑戰(zhàn)，建立適合現(xiàn)階段電化學發(fā)展的制度和標準，不斷完善安全管理機制，促進電化學儲能項目商業(yè)化，市場化運作，對于踐行我國綠色發(fā)展理念，帶動儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，推進儲能核心技術(shù)自主創(chuàng)新，落實“四個革命，一個合作”國家能源安全發(fā)展戰(zhàn)略具有重要意義。（趙昕劼）
來源：能源雜志
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