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儲能技術是實現“雙碳”目標的關鍵

2022-5-12 11:00 來源: 中國電力報 |作者: 陳海生

  一、儲能發展背景

  我國實現“雙碳”目標面臨的形勢與挑戰

  一方面,我國實現“雙碳”目標時間短、任務重。當前,主要能源國家已經實現了碳達峰,如英國、法國和德國在上世紀90年代已經實現碳達峰,美國、日本也分別于2007年、2008年實現碳達峰,這些國家從碳達峰到碳中和大致經過50年至70年的過渡期。我國承諾到2030年實現碳達峰,到2060年實現碳中和,這就意味著從碳達峰到碳中和大約只有30年的時間。

  另一方面,我國仍然處于工業化、現代化關鍵時期,能源作為經濟社會發展的基礎,需要兼顧經濟發展和低碳目標。我國資源天然稟賦形成的能源結構偏煤,能源科技創新不充分引起的能源利用效率偏低都嚴重影響著綠色低碳發展。我們既要為解決社會發展不充分問題提供充分的能源保障,還要兼顧“雙碳”目標,無疑增加了能源轉型的難度。

  “雙碳”背景下儲能的戰略意義

  伴隨著隨機性、波動性的可再生能源大規模并網以及電動汽車、分布式電源等交互式設備大量接入,電力系統將呈現高比例可再生能源、高比例電力電子化的“雙高”特點,電力系統在供需平衡、系統調節、穩定特性、配網運行、控制保護和建設成本等方面都將發生顯著變化,面臨一系列新的挑戰。為了實現以新能源為主體的新型電力系統的負荷平衡,儲能將發揮重要作用。根據《儲能產業研究白皮書2021》預測,2025年我國儲能市場規模保守場景下將達3550萬千瓦,理想場景下將達5590萬千瓦,這意味著2022年至2025年期間,儲能將保持年均72%以上復合增長率持續高速增長。在政府鼓勵和市場需求的雙重加持下,預計到2025年儲能將形成千億級市場。

  二、儲能技術與產業發展現狀和路徑

  儲能技術發展現狀

  在儲能本體技術方面,儲能用鋰離子電池循環壽命、能量密度等關鍵技術指標得到大幅度提升,應用成本快速下降且實現了百兆瓦級儲能電站系統集成應用;其他新型儲能技術,如壓縮空氣儲能技術指標已經領跑全球。在儲能應用技術方面,初步掌握了儲能容量配置、儲能電站能量管理、源—網—荷—儲協同控制等關鍵技術,相關核心技術指標也達到國際先進水平,推動了大容量儲能提升新能源并網友好性、儲能機組二次調頻、大容量儲能電站調峰、分布式儲能提升微電網運行可靠性等示范工程。在儲能技術支撐體系方面,我國初步建立電力儲能標準體系,先后發布國家標準13項、能源行業標準35項、各類團體140余項,主導并參與IEC和IEEE國際標準6項。在儲能裝備產業化方面,我國已初步建成包括儲能電池、電池管理系統、功率轉換系統、能量管理系統等在內的電化學儲能裝備產業鏈,電化學儲能裝備技術已處于國際領先??傮w來看,目前我國主流儲能技術已達到世界先進水平,基本實現了關鍵材料和設備的國產化。儲能用鋰離子電池具備規?;l展的基礎,液流電池、壓縮空氣儲能技術已進入商業化示范階段。

  儲能技術應用現狀及發展路線

  儲能技術的諸多特性使其在電力系統的發、輸、配、用及調度等各個環節都具有廣泛應用前景??傮w來看,電力系統對儲能技術的需求可以分為功率服務和能量服務兩類。對于功率服務,儲能要滿足電網的暫態穩定和短時功率平衡需求,因此需要響應快速的如飛輪儲能、超導磁儲能及超級電容儲能等功率型儲能技術。對于能量服務,儲能用于長時間的功率調節和電能存儲,主要應對系統峰谷調節以及輸配電線路的阻塞問題,則需要具備一定規模和高能量轉換效率的儲能技術,如抽水蓄能、壓縮空氣儲能、電化學儲能等能量型儲能技術。

  為促進儲能技術快速發展,國家能源局于2020年12月發布了首批科技創新(儲能)試點示范項目,示范項目分別采用電化學儲能、物理儲能、儲熱等多種技術類型,并覆蓋儲能主要應用場景,示范效應明顯。從項目運行效果來看,可再生能源發電側項目實現了與風電、光伏發電聯合運行,能夠有效增發清潔能源,促進大規??稍偕茉聪{。電網側項目既能夠削峰填谷又能夠參與輔助服務,實現了多功能復合應用,提升了電力系統運行的安全穩定性。用戶側項目能夠有效調節用電負荷和增加分布式可再生能源應用,在為用戶節約用電成本的同時,促進節能減碳。

  據中關村儲能產業技術聯盟不完全統計,截至2021年底,我國已投運儲能項目累計裝機容量(包括物理儲能、電化學儲能以及儲熱)達到4575萬千瓦,同比增長29%。2021年我國電力儲能裝機繼續保持高速增長,新增儲能裝機1019萬千瓦,同比增長220%。與此同時,在儲能技術與產業發展過程中,我們應該看到政策的重要影響。由于儲能技術成本和市場對其應用價值的支付尚不匹配,儲能投資敏感性極強,投資沖動和投資風險長期并存?!笆濉睍r期,儲能經歷了最為波動的發展階段。2017年,儲能指導意見應需落地,提升了儲能市場應用活躍度,受此鼓舞,2018年我國儲能產業呈爆發式增長,當年新增投運新型儲能裝機規模達到88.29萬千瓦,國內投運新型儲能累計裝機規模也首次突破吉瓦大關。但進入2019年,我國新增投運新型儲能項目裝機規模僅為83.8萬千瓦。經歷了高速增長之后,我國儲能技術應用又迅速進入了調整期。2020年在“雙碳”目標背景下,儲能作為構建零碳電力系統的關鍵組成部分,再次迎來歷史性發展機遇。

  三、發展趨勢及展望

  “十四五”時期是實現碳達峰的關鍵窗口期,也是我國儲能技術從商業化初期向規?;l展的重要時期。但是,儲能要大規模應用目前仍面臨不少挑戰。首先,關于儲能安全、規模、成本、壽命的技術先進性和成熟度還不能完全滿足應用的要求,部分核心技術尚未完全掌握。其次,儲能設備與儲能電站的標準體系仍需完善。再次,儲能的成本疏導難題依然存在,尚未形成穩定、成熟的價格機制。

  “十四五”時期,要強化儲能技術創新,明確技術應用的發展路線。大型抽水蓄能在“十四五”期間仍是電力儲能的主體,將在傳統技術基礎上研制大型變速抽水蓄能機組的關鍵設備,建立變速抽水蓄能技術體系。儲能電池將是技術創新的重點領域之一,“十四五”時期要集中攻克大容量長時儲能和長壽命低成本鋰離子電池技術,開展液流電池關鍵材料、電堆設計及系統模塊集成設計研究。重點突破儲能電池老化檢測與評估等相關技術,保證電池安全性的同時延長循環壽命,提高電池修復與回收再利用能力。在此基礎上,關注并發展分布式儲能與分布式電源協同技術,掌握多點布局儲能系統聚合調峰、調頻及緊急控制理論與成套技術,實現廣域布局的分布式儲能、儲能電站的規?;簠f同聚合。

  “十四五”時期,要不斷推進儲能技術與裝備的研發示范。作為大規模長時儲能技術的代表,壓縮空氣和液流電池初步具備10萬千瓦級以上的儲能電站示范和推廣條件。隨著智能微網關鍵技術的成熟,島嶼可再生能源開發和大規模源網荷儲一體化示范有望全面實施。通過開展提升可再生能源利用水平應用、提升電力系統靈活性和穩定性應用、提升用能智能化水平應用、推進儲能支撐能源互聯網應用等不同技術路徑和場景的應用示范,不斷探索技術創新方向。

  “十四五”時期,要秉持“誰受益、誰承擔”原則,結合技術特性建立長效市場機制、明確政策導向。隨著電力市場化改革的全面推進,儲能既可以作為獨立主體參與現貨市場和輔助服務市場,又可以配套可再生能源保障電力系統穩定安全運行。在市場需求的驅動下,通過技術創新、工程示范、商業應用的有機結合實現多重應用價值疊加。在電力系統中既能夠獨立參與市場交易,又能夠發揮聚合效應,從而成為新型電力系統必不可少的一環。我們完全可以期待,隨著儲能技術的進步、儲能產業競爭力的增強,新型儲能必然成為我國現代能源體系中保障能源安全供應、實現綠色低碳發展的重要利器,為推動面向“清潔低碳、安全高效”的能源體系變革,為實現“雙碳”目標貢獻力量!

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