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中国科学院院士、南方科技大学碳中和能源研究院院长 赵天寿

发布时间:

2023-09-26 13:49

赵天寿院士:长时储能技术缺口依然较大

构建面向碳中和的新型电力系统,需要大规模、高安全以及不同时长的储能技术,其中最缺的就是长时储能技术。

长时储能市场越来越火。据咨询机构伍德麦肯兹统计,全球投运及在建的长时储能项目,价值已超过300亿美元。近三年投资的项目若全部建成投运,长时储能装机总量预计新增5700万千瓦,相当于2022年全球长时储能总装机规模的3倍左右。

在中国科学院院士、南方科技大学碳中和能源研究院院长赵天寿看来,即便如此火热,长时储能的发展依然不够。“构建面向碳中和的新型电力系统,需要大规模、高安全以及不同时长的储能技术,其中最缺的就是长时储能技术。”近日在第五届未来能源大会期间,他向记者阐述了自己的观点。长时储能已由“边缘”进入赛道中央,但目前,各细分技术均有自身局限,产业规模化发展面临不少挑战。

需求巨大

长时储能的走红不是偶然。赵天寿表示,在碳中和时代,新型电力系统需要不同时长的规模化、高安全储能技术。基于此,储能将成为保障能源安全的核心技术之一,整个产业本身就备受关注。

“风电、光伏发电技术发展很快,成本持续下降,但它们的特征是分散、间歇和不稳定。为保障电力系统稳定运行,有时不得不弃风弃光,抑制了风、光的实际利用水平。储能恰恰可以平滑能量波动,提升风、光实际利用率。”赵天寿表示,到实现碳中和之际,风、光等可再生能源占比预计从现在的4%升至60%,装机规模相应达到50亿千瓦。“按照20%-50%的配储策略,储能装机容量将达到10亿至25亿千瓦,这个量大大超过了目前的煤电装机总量。可以说,碳中和时代对储能的需求非常巨大。”

除了增量,“双碳”目标还对储能发展提出质的要求。“以新能源为主体的新型电力系统,对储能要求非常苛刻,包括高安全、高效率、低成本、规模化、长寿命,以及没有资源和地域限制等多个方面。”赵天寿强调,在不同时间尺度下,风电光电均存在不稳定性。新能源渗透率快速提升,对储能进一步提出高要求,其中尤为需要长时储能。

赵天寿解释,风、光在新型电力系统中占主导,受到气候变化影响,能量输出存在长周期波动,很可能出现长时间间歇,与用能需求不匹配。“在数小时、数天甚至跨季节时间范围内,为避免发生供电间断,长时储能就显得很重要。比如《广东省推动新型储能产业高质量发展》等文件,现已明确要求开展长时储能关键技术攻关。”

技术缺口亟待补齐

从当前类型来看,主流储能技术包括抽水蓄能、压缩空气储能、电化学储能等不同路线。“然而,这些技术各有各的局限性,现阶段仍难大规模普及应用,尚无法满足所在领域的需求。”赵天寿坦言。

以最为成熟的抽水蓄能技术为例,其具备规模大、寿命长、能效高等优势,储能时长从小时到天不等,早在2020年便已占到我国储能装机容量的90%。“但最大技术挑战是地域限制,风、光资源丰富的地方,不一定具备建设抽水蓄能的地理环境。而且,抽水蓄能电站建设周期较长,通常在6-8年,对环评要求也比较高。”赵天寿称。

 

另一种与抽水蓄能类似的方式——压缩空气储能,在规模、时长、寿命上的表现都很可观,应用场景丰富,但其所需的储气空间大,有待进一步降本提效。

“也有不受地域限制的储能技术,比如占据电化学储能主力的锂离子电池,能量密度高,响应速度快,效率也比较高。但是,锂离子电池的能量载体不像水和空气,它是不可以流动的,属于固态活性材料,在储能市场上不够灵活,成本也有待降低。”赵天寿提醒,锂离子电池要想大规模发展,安全问题值得关注。“一是锂资源安全。要知道,锂电原料碳酸锂价格从2019年的5万元/吨,最高一度升至2022年的60万元/吨。二是大规模锂电储能电站的安全性。以韩国为例,仅2017年到2022年1月,已有34个储能电站发生火灾,造成直接经济损失高达466亿韩元。”

综合对比各类主流技术,赵天寿呼吁,当前,长时储能技术仍有较大缺口,亟需着力补齐。

液流电池有望满足需求

电化学储能可否像抽水蓄能、压缩空气储能一样实现长时?这是赵天寿长期研究的课题。

他告诉记者,从原理上说,电化学长时储能需具备两个主要因素,即可流动的能量载体和相应的能量转换装置。前者可包括氢气、甲醇、氨等燃料以及电解液,后者涵盖电解池、燃料电池、液流电池等装置。“我认为,电化学流体电池易模块化、时长灵活、安全且无地域限制,适用于长时、大规模的储能,有望满足新型电力系统对储能提出的所有要求。”

记者了解到,在流体电池中,液流电池储能格外受到关注。它的能量储存在电池外面的电解液罐中,因此不存在安全问题,加上其扩展性较高,寿命是锂离子电池的3倍,所以被业内寄予厚望。对此,在《国家发展改革委 国家能源局关于加快推动新型储能发展的指导意见》中亦有提及。该文件明确要求,实现液流电池等长时储能技术进入商业化发展初期。

“这其中,又数全钒液流电池发展最快,目前已进入商业化初期阶段了。”赵天寿进一步称,我国非常重视全钒液流电池发展,2019年装机规模刚刚20兆瓦,2020年已达到100兆瓦,装机量增长迅速。“但也不是没有短板,推广应用面临的最大问题是成本。从这个角度说,电堆和电解液占到储能系统成本的80%以上,我们一直致力于提升电池电流密度,或提升电解液利用率。比如,现在电解液利用率大约只有60%,相当于40%的钒没起到作用,因此要提高电流密度。突破技术瓶颈,是抢抓储能产业机会的关键。”

 

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