中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：儲(chǔ)能是能源革命的支撐技術(shù)。儲(chǔ)能一方面可解決“風(fēng)光”出力與負(fù)荷的錯(cuò)配難題，另一方面可平抑“風(fēng)光”出力隨機(jī)性、波動(dòng)性和間歇性帶來(lái)的穩(wěn)定難題。隨著“雙碳”目標(biāo)及其實(shí)施戰(zhàn)略的推進(jìn)，進(jìn)一步強(qiáng)化了儲(chǔ)能在能源轉(zhuǎn)型中的重要性。
當(dāng)前電氣式、機(jī)械式、化學(xué)式、熱能式等上百種儲(chǔ)能技術(shù)路線“百花齊放”。中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)數(shù)據(jù)顯示，截至2021年底，中國(guó)儲(chǔ)能市場(chǎng)累計(jì)裝機(jī)功率達(dá)43.44GW，位居全球第一。2021年我國(guó)新增儲(chǔ)能裝機(jī)7.4GW，新增儲(chǔ)能項(xiàng)目146個(gè)?！秷?bào)告》預(yù)測(cè)，2030年，我國(guó)電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模將達(dá)到約110GW，2025年后，電化學(xué)儲(chǔ)能的年裝機(jī)增量將保持在12GW—15GW。
目前，可再生能源發(fā)電滲透率越高，需要的儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)就越長(zhǎng)。2020年，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能開(kāi)始進(jìn)入大眾視線迎來(lái)發(fā)展元年，隨著全球電力系統(tǒng)脫碳進(jìn)程的加速，短短兩年時(shí)間，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁、新秀突起。
多久算長(zhǎng)時(shí)？目前并無(wú)統(tǒng)一定義，我國(guó)業(yè)界將可以實(shí)現(xiàn)持續(xù)長(zhǎng)達(dá)高于4小時(shí)或者數(shù)天、數(shù)月的充放電循環(huán)的儲(chǔ)能系統(tǒng)，都統(tǒng)稱為長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能。長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能委員會(huì)(LDES)與麥肯錫則將8小時(shí)以上時(shí)長(zhǎng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)定義為長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能。筆者梳理了我國(guó)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展前景。
抽水蓄能：大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)的中流砥柱
抽水蓄能是目前應(yīng)用最廣、技術(shù)最為成熟的大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)，具有儲(chǔ)能容量大、功率大、成本低、效率高等優(yōu)點(diǎn)。抽水蓄能系統(tǒng)的基本組成包括兩處位于不同海拔高度的水庫(kù)、水泵、水輪機(jī)以及輸水系統(tǒng)等。
當(dāng)電力需求低時(shí)，利用電能將下水庫(kù)的水抽至上水庫(kù)，將電能轉(zhuǎn)化成勢(shì)能存儲(chǔ)；當(dāng)電力需求高時(shí)，可釋放上水庫(kù)的水，使之返回下水庫(kù)以推動(dòng)水輪機(jī)發(fā)電，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)勢(shì)能與電能間的轉(zhuǎn)換。
抽水蓄能系統(tǒng)的循環(huán)效率為 70%-80%，抽水蓄能實(shí)際運(yùn)行的最高效率可達(dá)82％左右，努力方向是達(dá)到85%及以上。預(yù)期使用年限約為40-60年，實(shí)際情況取決于各抽水蓄能電站的規(guī)模與設(shè)計(jì)情況。抽水蓄能的額定功率為100MW-3000MW，可用于調(diào)峰、調(diào)頻、緊急事故備用、黑啟動(dòng)和為系統(tǒng)提供備用。
造價(jià)方面，抽水蓄能單個(gè)項(xiàng)目的裝機(jī)規(guī)模多在120-200萬(wàn)千瓦之間，投資規(guī)模多在60-100億元之間。2021年核準(zhǔn)項(xiàng)目中，平均5367元/千瓦。2022年在建和規(guī)劃的46個(gè)項(xiàng)目中，最低4200元/千瓦，最高8000元/千瓦，平均6200元/千瓦。
抽水蓄能電站局限主要在于對(duì)地理?xiàng)l件要求較嚴(yán)格，建設(shè)周期較長(zhǎng)，初始投資大，并可能涉及環(huán)境和移民問(wèn)題。
壓縮空氣儲(chǔ)能：異軍突起但效率不高
壓縮空氣儲(chǔ)能是一種基于燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)展而產(chǎn)生的儲(chǔ)能技術(shù)，以壓縮空氣的方式儲(chǔ)存能量。當(dāng)電力富余時(shí)，利用電力驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，將空氣壓縮并存儲(chǔ)于腔室中；當(dāng)需要電力時(shí)，釋放腔室中的高壓空氣以驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能，其主要應(yīng)用為調(diào)峰、備用電源、黑啟動(dòng)等。
我國(guó)日前也在江蘇建設(shè)了首座先進(jìn)絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能電站——金壇鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能?chē)?guó)家試驗(yàn)示范項(xiàng)目，一期工程發(fā)電裝機(jī)60 MW。先進(jìn)絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能有別于傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，摒棄了燃燒室即補(bǔ)燃環(huán)節(jié)，取而代之的是蓄熱系統(tǒng)，可回收壓縮空氣釋放的能量。
先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能方面，從目前已建成和在建的項(xiàng)目看，兆瓦級(jí)壓縮空氣儲(chǔ)能的系統(tǒng)效率達(dá)52.1%，10兆瓦的系統(tǒng)效率達(dá)60.2%。先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目，每千瓦單位裝機(jī)成本為4000—6000元，壽命達(dá)30年以上，建設(shè)周期短需2年左右。
當(dāng)前壓縮空氣儲(chǔ)能的主要問(wèn)題是儲(chǔ)能效率較低、能量密度較低，且與抽水蓄能類似，其選址條件要求高，大型壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)需找尋符合條件的地下洞穴用以儲(chǔ)存高壓空氣，其相當(dāng)依賴特殊地理?xiàng)l件。另外，由于先進(jìn)絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能以儲(chǔ)熱系統(tǒng)替代燃燒室，發(fā)電受制于傳熱速率，因此系統(tǒng)響應(yīng)速度可能更低。
全釩液流電池：安全性高但成本高昂
液流電池，是一種大規(guī)模高效電化學(xué)儲(chǔ)能裝置，包括全釩液流電池、鐵鉻液流電池、鋅溴液流電池、多硫化鈉/溴電池等。液流電池最大的優(yōu)勢(shì)為輸出功率和儲(chǔ)能容量可分開(kāi)設(shè)計(jì)，而且循環(huán)壽命長(zhǎng)。全釩液流電池水性體系的電池安全性高，基本電池單元大、液流便于熱管理、壽命長(zhǎng)。
全釩液流電池能量密度和能量轉(zhuǎn)化效率均低于鋰電池，質(zhì)量和體積龐大不適用于電動(dòng)汽車(chē)等場(chǎng)景。同時(shí)，全釩液流電池對(duì)環(huán)境溫度的要求苛刻，一般的運(yùn)行溫度0-45℃。
成本問(wèn)題是當(dāng)前液流電池最大的劣勢(shì)。目前全釩液流電池項(xiàng)目投資成本集中在3.8-8.0元/Wh，是目前鋰電池儲(chǔ)能電站的投資成本（約1.8元/Wh）的2倍以上，降低電解液和電堆成本是業(yè)內(nèi)共識(shí)。
目前，已經(jīng)建成的液流電池儲(chǔ)能項(xiàng)目有200MW/800MWh大連液流電池儲(chǔ)能調(diào)峰電站國(guó)家示范項(xiàng)目、10MW/40MWh國(guó)電投駝山網(wǎng)源友好風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能項(xiàng)目和1MW/2MWh華電滕州新能源熱電有限公司項(xiàng)目等。
重力儲(chǔ)能：機(jī)械版“抽水蓄能”
重力儲(chǔ)能與抽水蓄能有些原理上的類似，一個(gè)用水，一個(gè)用“磚”。重力儲(chǔ)能通過(guò)電力將重物提升至高處，以增加其重力勢(shì)能完成儲(chǔ)能過(guò)程，通過(guò)重物下落過(guò)程將重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為電能。目前已知的重力儲(chǔ)能技術(shù)主要包括活塞式重力儲(chǔ)能、懸掛式重力儲(chǔ)能、混凝土砌塊重力儲(chǔ)能和山地重力儲(chǔ)能四種。
優(yōu)勢(shì)，純物理儲(chǔ)能、安全性高、環(huán)境友好；強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)性，可以根據(jù)需要靈活布置，適宜“分布式”儲(chǔ)能；儲(chǔ)能發(fā)電循環(huán)壽命長(zhǎng)、成本低；儲(chǔ)能時(shí)間長(zhǎng)且無(wú)自放電問(wèn)題。根據(jù)彭博新能源金融報(bào)告數(shù)據(jù)，化學(xué)能儲(chǔ)電平準(zhǔn)化成本在0.64元-1.26元，而抽水蓄能成本低至0.21元-0.25元。重力儲(chǔ)電技術(shù)平準(zhǔn)化成本是鋰離子電池的60%（2021年）。
相對(duì)來(lái)看，重力儲(chǔ)能項(xiàng)目部署更靈活，不受地理位置的限制，在成本、效率以及環(huán)境友好性等方面都優(yōu)于抽水蓄能。但其能量密度低，建設(shè)規(guī)模過(guò)大。重力儲(chǔ)能所需的高塔平均在百米以上，而其輸出功率僅相當(dāng)于一個(gè)同等高度的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，且對(duì)塔吊的精度要求非常高。
結(jié)語(yǔ)
儲(chǔ)能技術(shù)可有效緩解可再生能源發(fā)電帶來(lái)的問(wèn)題，提高電能質(zhì)量、強(qiáng)化電網(wǎng)彈性與韌性。電化學(xué)儲(chǔ)能呈現(xiàn)多項(xiàng)技術(shù)并行發(fā)展的局面，在電源側(cè)、電網(wǎng)、用戶側(cè)皆發(fā)揮作用。過(guò)去十年，各路儲(chǔ)能靠著技術(shù)創(chuàng)新突飛猛進(jìn)，未來(lái)十年，在長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能領(lǐng)域里，來(lái)自中國(guó)的領(lǐng)跑者們或許也會(huì)沖在時(shí)代的最前沿。
但有一點(diǎn)不變：不同的儲(chǔ)能技術(shù)有其各自優(yōu)缺點(diǎn)，并沒(méi)有十全十美的儲(chǔ)能技術(shù)。對(duì)于儲(chǔ)能技術(shù)的選擇，應(yīng)針對(duì)應(yīng)用場(chǎng)景或需求。各類儲(chǔ)能技術(shù)是否能進(jìn)一步發(fā)展，主要取決于該儲(chǔ)能技術(shù)的規(guī)模等級(jí)、設(shè)備形態(tài)、技術(shù)水平、經(jīng)濟(jì)成本、政策推動(dòng)、價(jià)格機(jī)制等重要因素。
