四年前，河南省蘭考縣成為全國(guó)首個(gè)農(nóng)村能源革命試點(diǎn)建設(shè)示范縣。如今，四年過去，全縣的電力完全由風(fēng)能、太陽能和垃圾發(fā)電來解決，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了百分之百的可再生能源，成為能源轉(zhuǎn)型的一個(gè)典型。
黨的二十大報(bào)告提出，積極穩(wěn)妥推進(jìn)碳達(dá)峰、碳中和，要深入推進(jìn)能源革命，加快規(guī)劃建設(shè)新型能源體系，加強(qiáng)能源產(chǎn)供儲(chǔ)銷體系建設(shè)，確保能源安全。
“雙碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，實(shí)際上就意味著革命性的能源轉(zhuǎn)型。未來碳中和時(shí)代，我們會(huì)有全新的新能源體系，這個(gè)體系主要是以光電、風(fēng)電以及核能等再生能源為主導(dǎo)。”中國(guó)科學(xué)院院士、南方科技大學(xué)講席教授、碳中和能源研究院院長(zhǎng)、中國(guó)碳中和五十人論壇成員趙天壽在11月19日舉辦的中國(guó)低碳城市發(fā)展論壇上表示。
不過，盡管建立新型能源體系航向已定，但從現(xiàn)在的能源結(jié)構(gòu)發(fā)展到未來碳中和的能源結(jié)構(gòu)，仍然任重道遠(yuǎn)。
儲(chǔ)能是建設(shè)新型能源體系中的關(guān)鍵一環(huán)
“要真正實(shí)現(xiàn)碳中和，可再生能源的占比至少要達(dá)到60%以上。有了綠色的能量，建筑用能、零碳交通、工業(yè)用能等最終能實(shí)現(xiàn)真正的碳中和的目標(biāo)。”趙天壽院士說。
全新的新能源體系與我國(guó)可再生能源緊密相關(guān)。然而，就我國(guó)資源能源稟賦來看，新型能源能否成為未來我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的主導(dǎo)？
“一講到能源資源稟賦，經(jīng)常會(huì)提到六個(gè)字‘富煤、缺油，少氣’。但這六個(gè)字不能準(zhǔn)確地描述我國(guó)的資源稟賦。”中國(guó)工程院院士、原副院長(zhǎng)、國(guó)家能源咨詢專家委員會(huì)副主任、中國(guó)碳中和五十人論壇主席杜祥琬指出：“豐富的可再生能源資源，是我國(guó)能源資源稟賦的重要組成部分，一定要把這個(gè)認(rèn)識(shí)確立起來。”
據(jù)杜祥琬院士介紹，我國(guó)豐富的可再生資源也是我國(guó)的能源資源稟賦，推動(dòng)能源低碳轉(zhuǎn)型，資源基礎(chǔ)是豐厚的，這是前提。目前我國(guó)已經(jīng)開發(fā)的可再生能源不到技術(shù)可開發(fā)資源量的十分之一。
規(guī)劃建設(shè)新型能源體系，某種程度上說，也是構(gòu)建新能源占比逐漸提高的新型電力系統(tǒng)。但可再生能源具有分散性、不穩(wěn)定性和間歇性等特點(diǎn)，難以輸出優(yōu)質(zhì)電力。
對(duì)此，杜祥琬院士表示：“需要縱向的源網(wǎng)荷儲(chǔ)和橫向多能互補(bǔ)相結(jié)合，將新能源和智能電網(wǎng)、儲(chǔ)能這樣一些靈活性資源相集成，使我們的系統(tǒng)具備柔性、平衡，達(dá)到優(yōu)質(zhì)電力的輸出。”
“實(shí)際上，最有效的辦法就是要發(fā)展儲(chǔ)能技術(shù)，儲(chǔ)能可平移能量的波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)能量的平滑、穩(wěn)定，最終提高實(shí)際的利用的水平。”趙天壽院士認(rèn)為，“將來，儲(chǔ)能是新型能源體系中非常關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。”
中長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)缺口成“卡脖子”之困
據(jù)了解，現(xiàn)在我國(guó)主要靠火電調(diào)整儲(chǔ)能，供需的匹配。未來，可再生成為主體的時(shí)候，需要儲(chǔ)能技術(shù)、儲(chǔ)能裝備來調(diào)節(jié)供需的匹配。
趙天壽院士介紹，新型能源體系的儲(chǔ)能不同于現(xiàn)在電動(dòng)汽車或者是手機(jī)的電池，而是兆瓦級(jí)的大型儲(chǔ)能設(shè)備，其有若干非常重要的苛刻要求。
“由于可再生能源，光能和風(fēng)能是分散的，所以儲(chǔ)能裝置、儲(chǔ)能裝備不應(yīng)該有地域和地理的限制，另外安全非常重要，高效、成本、長(zhǎng)壽命，這些都是對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)的一些具體的要求。”趙天壽院士告訴記者。
據(jù)介紹，現(xiàn)有的儲(chǔ)能技術(shù)較多，基本上就是物理和化學(xué)的區(qū)別。常用的技術(shù)包括機(jī)械儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能、電池儲(chǔ)能、燃料儲(chǔ)能和冷熱儲(chǔ)能等。
例如，抽水蓄能是一種物理機(jī)械的儲(chǔ)能，主要是通過將不穩(wěn)定的電把水從低處打到高處，然后再通過水力進(jìn)行發(fā)電，其在所有儲(chǔ)能技術(shù)里邊最可靠，可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)大規(guī)模處理。
但抽水蓄能面臨的最大的問題是有地域的限制。一個(gè)地方風(fēng)能、光能非常豐富，不一定有山、有水；有山、有水的地方不一定光能和風(fēng)能豐富。另外，抽水蓄能設(shè)備建設(shè)的周期較長(zhǎng)，而且要通過嚴(yán)格的環(huán)評(píng)審批，需要時(shí)間長(zhǎng)。因此，盡管這種技術(shù)比較成熟，但是缺點(diǎn)也很明顯。
其他各類儲(chǔ)能技術(shù)也存在不同的優(yōu)劣勢(shì)。例如鋰離子電池作為大型儲(chǔ)能存在安全問題，液流電池成本太高，氫燃料儲(chǔ)能面臨儲(chǔ)氫、運(yùn)氫的技術(shù)的挑戰(zhàn)……
“建立新型電力系統(tǒng)，需要各種類型的儲(chǔ)能技術(shù)，從實(shí)踐上分秒級(jí)的、小時(shí)級(jí)的還有天、月甚至年的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能。”趙天壽院士指出，“目前，對(duì)分秒級(jí)調(diào)頻的儲(chǔ)能技術(shù)，我們基本上能夠滿足要求，對(duì)移動(dòng)的儲(chǔ)能也基本上能滿足要求，但中長(zhǎng)時(shí)的儲(chǔ)能技術(shù)還存在一些技術(shù)缺口，還有儲(chǔ)能設(shè)備的安全問題也仍是一個(gè)難題。”
探尋變革性的儲(chǔ)能技術(shù)也是破局之道
“要實(shí)現(xiàn)碳中和，我們最需要需要長(zhǎng)時(shí)、規(guī)?；?、安全、無地域限制的儲(chǔ)能技術(shù)。”趙天壽院士認(rèn)為，“現(xiàn)有的儲(chǔ)能技術(shù)有優(yōu)勢(shì)，但是也有局限性，在加大科技創(chuàng)新克服現(xiàn)有技術(shù)局限性的同時(shí)，探尋變革性的儲(chǔ)能技術(shù)也非常重要。”
據(jù)了解，趙天壽院士及其團(tuán)隊(duì)發(fā)明了新型電燃料儲(chǔ)能技術(shù)，是一項(xiàng)極具潛力的技術(shù)，可以為未來大規(guī)模長(zhǎng)時(shí)、不受地域的儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展提供新的思路。
電燃料是一種液態(tài)的能量載體，液體電燃料儲(chǔ)能系統(tǒng)包含電燃料、電燃料充電器和電燃料電池三部分。這套技術(shù)可以隨時(shí)隨地把遍布在大地上的風(fēng)能、光能變化為電燃料，使用者可以將事先在充電站充好電的載電液體直接灌入電燃料電池中，用于放電和后續(xù)使用，讓充電像加油一樣簡(jiǎn)單。
記者查閱資料了解到，電燃料電池的電極專用于放電，因此性能更高、壽命更長(zhǎng)。從環(huán)保的角度看，液體電燃料充電裝置和電燃料電池中不使用有害貴金屬，電燃料可回收并重復(fù)利用，克服了鋰離子電池、鉛酸電池等不可回收的缺陷。與傳統(tǒng)液流電池既要能充電又要能放電不同的是，在液體電燃料系統(tǒng)中，充電和放電單元是相互獨(dú)立的。充電過程在專門的電站中實(shí)現(xiàn)，放電過程則發(fā)生在分散的放電設(shè)備上，只需輸送液體電燃料就可完成能量在時(shí)間和空間上的轉(zhuǎn)移，因此更加靈活，不受地理限制。而液態(tài)電燃料包括有機(jī)、無機(jī)的和物體懸殊在電解液中的納米的燃料。據(jù)報(bào)道，納米電燃料卓越的傳熱能力使液流電池成為電動(dòng)汽車比目前使用的電池更安全的選擇。
香港理工大學(xué)機(jī)械工程系副教授安亮團(tuán)隊(duì)曾在《細(xì)胞報(bào)告—物理科學(xué)》發(fā)表論文，報(bào)道了一種電燃料電池，使用高反應(yīng)活性電燃料以及不依賴催化劑的石墨氈電極，顯著提高了液體電燃料電池的功率密度和能量效率。這也證明了電燃料儲(chǔ)能思路的可行性。
“目前已經(jīng)研發(fā)出千瓦級(jí)的電燃料電池充電裝置，這個(gè)裝置還需要進(jìn)一步擴(kuò)大成兆瓦級(jí)的。”趙天壽院士告訴記者，“我們未來要做的示范，包括光電和風(fēng)電通過液體電燃料系統(tǒng)進(jìn)行并網(wǎng)、離網(wǎng)用電等。“
原題：建設(shè)新型能源體系難點(diǎn)在哪？專家：需要長(zhǎng)時(shí)、規(guī)?；?、安全、無地域限制的儲(chǔ)能技術(shù)
原標(biāo)題：探尋變革性的儲(chǔ)能技術(shù)也是破局之道
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