長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能：碳中和時(shí)代的必然呼喚

長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能，一般指 4 小時(shí)以上的儲(chǔ)能技術(shù)。長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)是可實(shí)現(xiàn)跨天、跨月，乃至跨季節(jié)充放電循環(huán)的儲(chǔ)能系統(tǒng)，以滿(mǎn)足電力系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定。

可再生能源發(fā)電滲透率越高，所需儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)越長(zhǎng)。可再生能源發(fā)電具有間歇性的特點(diǎn)，主要發(fā)電時(shí)段和高峰用電時(shí)段錯(cuò)位，存在供需落差。

隨滲透率上升，平衡電力系統(tǒng)的負(fù)荷要求增加。相較于短時(shí)儲(chǔ)能，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)可更好地實(shí)現(xiàn)電力平移，將可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的電力轉(zhuǎn)移到電力需求高峰時(shí)段，起到平衡電力系統(tǒng)、規(guī)?；瘍?chǔ)存電力的作用。

大型儲(chǔ)能賽道火熱，儲(chǔ)能新技術(shù)日新月異，鈉離子電池、液流電池、重力儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)化不斷加速，示范項(xiàng)目落地的消息層出不窮。

液流電池

液流電池以正負(fù)極活性物質(zhì)為分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，可分為全釩液流電池，鋅溴液流電池、鐵鉻液流電池等，其中，全釩和鐵鉻是商用主流。

液流電池由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，工作時(shí)，正負(fù)極電解液分離，各自循環(huán)，互不干擾，具有循環(huán)壽命長(zhǎng)、適用范圍廣、容量高、安全性高和電解液可重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)。

在長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能領(lǐng)域，鐵鉻液流電池優(yōu)勢(shì)尤其明顯，毒性、腐蝕性較低，循環(huán)壽命可達(dá)上萬(wàn)次，折合成使用時(shí)間，可達(dá)20年以上，且綜合成本接近抽水蓄能，在長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能領(lǐng)域潛力巨大。

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。

鈉離子電池

鈉離子電池優(yōu)勢(shì)明顯，首先原料豐富，地殼鈉豐度約為鋰的435倍，其他原材料相比磷酸鐵鋰電池等，也易得且成本較低。

其次，可套用鋰電制造工序、產(chǎn)業(yè)鏈，具備快速實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的能力，性能表現(xiàn)優(yōu)異，安全性高、快充性能優(yōu)異、低溫性能良好。

目前，我國(guó)企業(yè)在鈉電產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展中表現(xiàn)亮眼。中科海納在鈉電儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域位居世界前列；寧德時(shí)代等鋰電龍頭入局鈉電儲(chǔ)能加快產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程；華陽(yáng)股份實(shí)現(xiàn)了全球第一批鈉離子電芯產(chǎn)線(xiàn)投運(yùn)。

壓縮空氣儲(chǔ)能

壓縮空氣儲(chǔ)能，指利用電網(wǎng)負(fù)荷高峰低谷，在電網(wǎng)負(fù)荷低谷時(shí)使用電能，將空氣進(jìn)行壓縮存儲(chǔ)，之后，在電網(wǎng)負(fù)荷高峰時(shí)釋放被壓縮的空氣，令其推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。

根據(jù)工作介質(zhì)、存儲(chǔ)介質(zhì)和熱源不同，壓縮空氣儲(chǔ)能可分為傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)、帶儲(chǔ)熱裝置的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)和液氣壓縮儲(chǔ)能系統(tǒng)等。

壓縮空氣儲(chǔ)能在技術(shù)方面較為成熟，國(guó)內(nèi)已有多個(gè)示范項(xiàng)目落地。

2021年9月23日，在山東肥城經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)，10MW的鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能調(diào)峰電站正式投運(yùn)。

2022年5月26日，江蘇省常州市金壇區(qū)，世界首個(gè)非補(bǔ)燃?jí)嚎s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)目正式投運(yùn)。

重力儲(chǔ)能

重力儲(chǔ)能分屬于機(jī)械儲(chǔ)能，工作原理是利用高度差，升降儲(chǔ)能介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)重力勢(shì)能和電能的相互轉(zhuǎn)換。

第一，初期投入成本低，僅需約3元/Wh，比抽水蓄能還低；第二，高安全性，對(duì)環(huán)境沒(méi)什么嚴(yán)苛要求，在偏遠(yuǎn)地區(qū)也能建；第三，長(zhǎng)壽命，平均壽命可達(dá)30-35年。

我國(guó)重力儲(chǔ)能先行者是中國(guó)天楹，2022年9月8日，其發(fā)布公告，與通遼市人民政府、中國(guó)投資協(xié)會(huì)達(dá)成戰(zhàn)略合作，打造含重力儲(chǔ)能項(xiàng)目的通遼風(fēng)光儲(chǔ)氫氨一體化零碳產(chǎn)業(yè)園和零碳產(chǎn)業(yè)裝備制造中心。

飛輪儲(chǔ)能

飛輪儲(chǔ)能的核心部件是飛輪本體和電動(dòng)/發(fā)電互逆式雙向電機(jī)。飛輪儲(chǔ)能工作原理為：互逆式雙向電機(jī)工作，帶動(dòng)飛輪高速旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械動(dòng)能進(jìn)行存儲(chǔ)；在需要電能時(shí)，利用旋轉(zhuǎn)的飛輪，帶動(dòng)電機(jī)工作發(fā)電，輸出電能，從而實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械動(dòng)能的相互轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)。

飛輪儲(chǔ)能的優(yōu)點(diǎn)在于長(zhǎng)壽命、易安裝、易維護(hù)、大儲(chǔ)能量、高儲(chǔ)能密度和不受充電次數(shù)限制等。

飛輪儲(chǔ)能可廣泛適用于不間斷電源、應(yīng)急電源、免蓄電池磁懸浮飛輪儲(chǔ)能UPS、電動(dòng)汽車(chē)電池、電網(wǎng)調(diào)峰和頻率控制等領(lǐng)域。

目前，飛輪儲(chǔ)能的小型樣機(jī)已經(jīng)有投入使用的具體案例，如2022年4月11日，在青島地鐵3號(hào)線(xiàn)萬(wàn)年泉路站的2臺(tái)1兆瓦飛輪儲(chǔ)能裝置已經(jīng)成功投用。

我國(guó)儲(chǔ)能長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能與先進(jìn)國(guó)家存在差距

科技部布署的“十四五”儲(chǔ)能重大專(zhuān)項(xiàng)中提出，要研究開(kāi)發(fā)“4小時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)”，只是著眼于鋰離子電池儲(chǔ)能技術(shù)，加上鋰離子電池的安全性等問(wèn)題，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿(mǎn)足不了實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的需要。

我國(guó)的電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)容量90%為鋰離子電池技術(shù)，但目前的鋰離子電池儲(chǔ)能技術(shù)難以滿(mǎn)足“新能源+儲(chǔ)能”的新型儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的需求。因此，繼續(xù)部署和支持高安全性、使用壽命大于15年、環(huán)境友好的長(zhǎng)時(shí)技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)和工程應(yīng)用。

“雙碳”目標(biāo)提出后，在2030年我國(guó)新型電力系統(tǒng)中，可再生能源的比例將會(huì)大幅度提高，火力發(fā)電的比例將會(huì)大幅度降低，電網(wǎng)調(diào)峰的作用將由火電調(diào)峰電站移交給儲(chǔ)能電站，長(zhǎng)時(shí)段陰雨天時(shí)，太陽(yáng)能電池的發(fā)電量將大幅度降低，要保證電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定供電，需要大功率、長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)揮作用。

結(jié)尾：

未來(lái)的電力系統(tǒng)必將是多能互補(bǔ)的，新能源+儲(chǔ)能這一模式將迎來(lái)歷史性的機(jī)遇，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能也會(huì)成為碳中和戰(zhàn)略中不可缺少的一部分。

未來(lái)十年，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能領(lǐng)域里，來(lái)自中國(guó)領(lǐng)跑者們或許也會(huì)沖在時(shí)代的最前沿。