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“現(xiàn)有的儲能技術(shù)各有各的優(yōu)勢，同時各有各的局限性，我們需要進(jìn)一步探索儲能的新理論和方法，以突破儲能的瓶頸。”

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表示，實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)，需要構(gòu)建新能源為主導(dǎo)的新型電力系統(tǒng)，而新型電力系統(tǒng)需要不同時長的規(guī)模化、高安全的儲能技術(shù)。


“過去十幾年，我們國家的光伏和風(fēng)機(jī)的發(fā)展迅速，2021年光電和風(fēng)電的發(fā)電量占到9800億度，但是棄風(fēng)棄光量達(dá)到了270億度，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，其中主要的原因是太陽能和風(fēng)能發(fā)電具有分散、間歇、不穩(wěn)定的特點(diǎn)。”趙天壽說。在趙天壽看來，儲能是新型電力系統(tǒng)的必備單元，這是由于儲能能夠平抑能量的波動，實(shí)現(xiàn)能量的平滑穩(wěn)定輸出，最終提高光電和風(fēng)電實(shí)際的利用水平。

“要建立新型電力系統(tǒng)，需要不同時長的儲能技術(shù)，從分秒級、小時，甚至跨季度、跨年的儲能技術(shù)，只有各種時長的儲能技術(shù)成熟了，我們才能建立完整的新型電力系統(tǒng)。”趙天壽說。

我國儲能技術(shù)已百花齊放

根據(jù)國家能源局此前公布的數(shù)據(jù)，截至2022年底，全國新型儲能裝機(jī)中，鋰離子電池儲能占比94.5%、壓縮空氣儲能2.0%、液流電池儲能1.6%、鉛酸（炭）電池儲能1.7%、其他技術(shù)路線0.2%，飛輪、重力、鈉離子等多種儲能技術(shù)也已進(jìn)入工程化示范階段。

根據(jù)儲能技術(shù)的不同時長，趙天壽在此次大會演講中分別介紹了超級電容器、飛輪儲、鋰電池儲能、抽水儲能、壓縮空氣儲能、燃料電池儲能等儲能技術(shù)。

其中，超級電容器是一種短時的儲能技術(shù)，其最大的特點(diǎn)是功率密度高、響應(yīng)快、壽命長，但是技術(shù)上有自放電的現(xiàn)象，能量密度比電池一般低得多。超級電容器
超級電容器

飛輪儲能是另一種成熟的短時儲能技術(shù)，其特點(diǎn)也是響應(yīng)快、功率大，環(huán)境適應(yīng)好，沒有任何污染，但這種技術(shù)存在的問題是能量密度低，初始的成本較高，特別是高速旋轉(zhuǎn)帶來的技術(shù)問題比較難以克服。

鋰離子電池儲能得益于動力電池的技術(shù)進(jìn)步，占據(jù)了主導(dǎo)。我國受益于電動汽車的發(fā)展，鋰離子電池在電化學(xué)儲能領(lǐng)域占據(jù)了主導(dǎo)地位。“鋰離子電池儲能的主要特點(diǎn)是能量密度高，響應(yīng)快，應(yīng)用場景也比較多，但最大的問題就是有機(jī)液態(tài)的電解液造成的安全隱患，把液態(tài)電解質(zhì)變?yōu)楣虘B(tài)電解質(zhì)是目前全球研究的一個重要方向。”趙天壽說。

此外，鋰離子電池成本還要進(jìn)一步降低，壽命需要進(jìn)一步提高，鋰電池儲能也受到鋰資源限制的制約。

抽水蓄能是一種比較成熟的儲能技術(shù)。其特點(diǎn)是技術(shù)相對簡單，能夠規(guī)模化，儲能時間長，壽命長，但受到地域的限制，需要水、需要高山建水壩，建設(shè)的周期通常比較長，需要環(huán)評審批。

與抽水儲能類似的儲能方式是壓縮空氣，它具有抽水蓄能的優(yōu)勢，規(guī)模可以很大，儲能時間長，壽命長，但是和抽水蓄能相比，效率更低，特別是需要存儲高壓空氣的大空間。

壓縮空氣的另外一個問題是補(bǔ)燃，比如需要天然氣等。“我們國家壓縮空氣技術(shù)發(fā)展的非?？欤呀?jīng)有百兆瓦級的示范企業(yè)，但是進(jìn)一步推廣應(yīng)用要降低出氣的成本以及壓縮和膨脹過程的各個環(huán)節(jié)，來提高效率，最終降低成本。”趙天壽說。

還有一種儲能的方式就是燃料儲能，氫能就是一種以燃料儲能的方式。它的功率密度高，沒有任何地域的限制，但最關(guān)鍵的挑戰(zhàn)是成本，儲氫、運(yùn)氫都沒有徹底克服技術(shù)難題，安全上也有一定的風(fēng)險。

長時儲能技術(shù)是目前最大的缺口

“目前我國短時的儲能技術(shù)，基本上已經(jīng)滿足了需求，在中時，我們還有缺口，特別是4小時以上的長時儲能是目前最大的缺口。”趙天壽說，“在太陽能可再生能源占比非常低的情況下，我們用火電來應(yīng)對電網(wǎng)調(diào)配的需求，但是未來如果是光電和風(fēng)電的占比達(dá)到70%以上的時候，這種調(diào)配必須通過長時儲能來實(shí)現(xiàn)。”

在長時儲能技術(shù)中，趙天壽特別提到了液流電池。據(jù)趙天壽介紹，液流電池是一種新型的電池，不同于傳統(tǒng)的鋰電池，液流電池的電能儲存在電池外面的電解液罐中，最大的特點(diǎn)就是功率和能量在結(jié)構(gòu)上解耦。由于能量和功率彼此獨(dú)立，所以電池本身內(nèi)部并沒有電解液，具有本征安全的特點(diǎn)。

其次，由于能量和功率各自的解耦和獨(dú)立，使電池容易擴(kuò)展，要提高能量就調(diào)整電解液罐的數(shù)目，要提高功率就調(diào)整電池本身的數(shù)目以及電池發(fā)電的面積。此外由于液流電池沒有相變的過程，液流電池壽命要遠(yuǎn)長于鋰離子電池。

據(jù)澎湃新聞記者在此次大會中了解到，目前已有諸多國內(nèi)液流電池項(xiàng)目落地。例如2021年10月，國內(nèi)液流電池新貴緯景儲能的第一臺鋅鐵液流電池在與江西電建在江西上饒合作的200kW/600kWh “智慧能源示范項(xiàng)目”中并網(wǎng)。去年12月，緯景儲能又成功交付了1MW鋅鐵液流電池到山東日照200MW光伏配儲項(xiàng)目現(xiàn)場。

2023年，緯景儲能位于鹽城和珠海的“超G工廠”，鋅鐵液流電池產(chǎn)能將達(dá)到4.8GWh。

國內(nèi)另一家老牌電氣公司上海電氣則早在2011年就開始布局全釩液流電池領(lǐng)域。據(jù)上海電氣儲能科技有限公司總經(jīng)理?xiàng)盍亓卦诖舜未髸g隙介紹，公司在安徽合肥1GWh釩電池生產(chǎn)基地已經(jīng)于2020年10月投產(chǎn)，并將在今年新增1GWh釩電池產(chǎn)能。今年4月，中釩儲能聯(lián)合上海電氣投資建設(shè)的100兆瓦/600兆瓦時全釩液流儲能電站在白城開工建設(shè)。

而在趙天壽院士看來，目前液流電池發(fā)展的瓶頸在于系統(tǒng)成本要降低，能量密度和功率密度要進(jìn)一步提高。其中，“如何通過關(guān)鍵材料和關(guān)鍵部件、系統(tǒng)設(shè)計的突破，進(jìn)一步提高液流電池的電流密度，是液流電池產(chǎn)業(yè)化最關(guān)鍵的問題。”趙天壽說。

原標(biāo)題：趙天壽院士：新型電力系統(tǒng)需要不同時長、高安全的儲能技術(shù)