中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：在“雙碳”目標(biāo)引領(lǐng)下，構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的步伐不斷加快，前不久出臺(tái)的《加快構(gòu)建新型電力系統(tǒng)行動(dòng)方案（2024—2027年）》，更是進(jìn)一步加快了推進(jìn)的節(jié)奏。
隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)加速推進(jìn)，“雙高”問題急劇凸顯，給系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行帶來極大挑戰(zhàn)。業(yè)界普遍認(rèn)為，未來對于儲(chǔ)能尤其是長時(shí)儲(chǔ)能的需求將會(huì)更加迫切。而儲(chǔ)能尤其是新型儲(chǔ)能作為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展“新動(dòng)能”的地位也越來越得到社會(huì)各界的廣泛認(rèn)可，正日益成為我國加快建設(shè)新型能源體系和新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵突破口。
構(gòu)建新型電力系統(tǒng)呼喚長時(shí)儲(chǔ)能加持“雖然我國近幾年儲(chǔ)能規(guī)模一直在增長，但是97%以上為鋰電池儲(chǔ)能，都屬于短時(shí)儲(chǔ)能，比如100兆瓦/200兆瓦時(shí)、200兆瓦/400兆瓦時(shí)?！痹?024綜合智慧能源大會(huì)嘉賓對話環(huán)節(jié)，北京清大科越股份有限公司高級副總裁、新技術(shù)研究院院長倪暉認(rèn)為，國內(nèi)儲(chǔ)能發(fā)展非常火熱，但僅靠短時(shí)儲(chǔ)能項(xiàng)目難以全面促進(jìn)新型電力系統(tǒng)構(gòu)建。
根據(jù)國家能源局的消息，截至今年上半年末，全國已投運(yùn)鋰離子電池儲(chǔ)能占比97%，壓縮空氣儲(chǔ)能占比1.1%，鉛炭（酸）電池儲(chǔ)能占比0.8%，液流電池儲(chǔ)能占比0.4%，其他技術(shù)路線占比0.7%。其中包括鋰離子電池儲(chǔ)能在內(nèi)的絕大多數(shù)儲(chǔ)能類型均屬于短時(shí)儲(chǔ)能。
要區(qū)分一個(gè)電力系統(tǒng)是不是新型電力系統(tǒng)，一個(gè)基本判斷就是看它對于儲(chǔ)能的地位定位，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)只強(qiáng)調(diào)“源網(wǎng)荷”三個(gè)環(huán)節(jié)，而新型電力系統(tǒng)則至少包括“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”四個(gè)環(huán)節(jié)。浙江大學(xué)教授、國家能源局科技司原副司長劉亞芳認(rèn)為，新型電力系統(tǒng)和新型儲(chǔ)能具有必然聯(lián)系，源網(wǎng)荷儲(chǔ)的“儲(chǔ)”，應(yīng)該主要是指新型儲(chǔ)能，新型儲(chǔ)能的發(fā)展使得儲(chǔ)能在電力系統(tǒng)的占比迅速提高，實(shí)現(xiàn)了從量變到質(zhì)變的飛躍，使得儲(chǔ)能成為電力系統(tǒng)的重要一環(huán)。這里所說的新型儲(chǔ)能是指除抽水蓄能這種傳統(tǒng)儲(chǔ)能形式之外的其他儲(chǔ)能形式。
“儲(chǔ)能非常重要，但長時(shí)儲(chǔ)能更加重要。”一直關(guān)注著國內(nèi)儲(chǔ)能行業(yè)發(fā)展的倪暉，通過與歐美局部地區(qū)儲(chǔ)能發(fā)展情況進(jìn)行對比道出了這樣的感受。
有分析顯示，當(dāng)可再生能源在電力系統(tǒng)的占比超過50%時(shí)，以跨日、跨周、跨季甚至跨年為周期的中長期電力富余和中長期缺電就會(huì)成為常態(tài)。德國國家工程院院士、天府新能源研究院院長雷憲章認(rèn)為，短時(shí)儲(chǔ)能可以平抑日內(nèi)峰谷差，促進(jìn)日內(nèi)電力供需平衡，而應(yīng)對中長期電力供需平衡問題就得需要中長時(shí)儲(chǔ)能了。
由于長時(shí)儲(chǔ)能可以提供更長時(shí)間的電力安全保障儲(chǔ)備，實(shí)現(xiàn)跨日、跨月甚至跨季、跨年的電力電量平移，所以有專家認(rèn)為“新能源+長時(shí)儲(chǔ)能”是保障新型電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要解決方案之一。
據(jù)報(bào)道，目前美國是全球最大、增速最快的長時(shí)儲(chǔ)能市場，美國能源部曾經(jīng)制定過一個(gè)“長時(shí)儲(chǔ)能攻關(guān)”計(jì)劃，宣布10到24小時(shí)的長時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)將獲得資金資助。倪暉曾在美國PJM電力市場有10年的工作經(jīng)歷，他了解的情況顯示，未來15年美國加州新建儲(chǔ)能中幾乎八成以上都是長時(shí)儲(chǔ)能。
需要強(qiáng)調(diào)的是，世界各國對于長時(shí)儲(chǔ)能的定義和標(biāo)準(zhǔn)不盡相同，例如，我國將長時(shí)儲(chǔ)能放電時(shí)長的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定為4小時(shí)以上，美國能源部則設(shè)定放電時(shí)長不低于10小時(shí)且使用壽命達(dá)到15—20年，英國則要求在最大功率下能至少放電6小時(shí)，等等。其實(shí)，對于儲(chǔ)能時(shí)長等標(biāo)準(zhǔn)定義的不同，也反映了各國能源結(jié)構(gòu)、電網(wǎng)需求、經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略及未來能源轉(zhuǎn)型路徑的不同。我國十分重視短時(shí)與長時(shí)儲(chǔ)能協(xié)調(diào)發(fā)展國家能源局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，截至6月底，全國已建成投運(yùn)新型儲(chǔ)能項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)規(guī)模達(dá)4444萬千瓦/9906萬千瓦時(shí)，比2023年底增長超過40%。
自2023年以來，我國新型儲(chǔ)能技術(shù)已呈百花齊放之勢，300兆瓦等級壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目、100兆瓦等級液流電池儲(chǔ)能項(xiàng)目、兆瓦級飛輪儲(chǔ)能項(xiàng)目紛紛開工建設(shè)，重力儲(chǔ)能、液態(tài)空氣儲(chǔ)能等新技術(shù)也正在落地實(shí)施。從技術(shù)路線看，壓縮空氣儲(chǔ)能、液流電池儲(chǔ)能、鈉離子電池儲(chǔ)能等多個(gè)項(xiàng)目投產(chǎn)，其中既包括短時(shí)儲(chǔ)能又包含中長時(shí)儲(chǔ)能。
事實(shí)上，我國一直十分重視各類儲(chǔ)能技術(shù)和項(xiàng)目的協(xié)調(diào)發(fā)展，儲(chǔ)能時(shí)長問題也是其中的重要考量因素。
《“十四五”新型儲(chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案》明確，開展鈉離子電池、新型鋰離子電池、鉛炭電池、液流電池、壓縮空氣、氫（氨）儲(chǔ)能、熱（冷）儲(chǔ)能等關(guān)鍵核心技術(shù)、裝備和集成優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。在這些研究內(nèi)容中，液流電池、壓縮空氣、氫（氨）儲(chǔ)能、熱（冷）儲(chǔ)能等均屬于中長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)路線，其他儲(chǔ)能形式則更適合短時(shí)儲(chǔ)能路線，多種路線兼顧研發(fā)。
此外，在《“十四五”新型儲(chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案》中還多次提及長時(shí)儲(chǔ)能或中長時(shí)儲(chǔ)能，如“氫儲(chǔ)能、熱（冷）儲(chǔ)能等長時(shí)間尺度儲(chǔ)能技術(shù)取得突破”“針對新能源消納和系統(tǒng)調(diào)峰問題，推動(dòng)大容量、中長時(shí)間尺度儲(chǔ)能技術(shù)示范”“推動(dòng)長時(shí)間電儲(chǔ)能、氫儲(chǔ)能、熱（冷）儲(chǔ)能等新型儲(chǔ)能項(xiàng)目建設(shè)”。
在項(xiàng)目建設(shè)領(lǐng)域，國內(nèi)也有眾多的中長時(shí)儲(chǔ)能項(xiàng)目不斷啟動(dòng)或落地。
4月30日，山東肥城300兆瓦/1800兆瓦時(shí)先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能國家示范電站并網(wǎng)發(fā)電，該項(xiàng)目是全球首套300兆瓦先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能電站，具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，可連續(xù)放電6小時(shí)，年發(fā)電約6億千瓦時(shí)。
5月16日，甘肅酒泉玉門300兆瓦壓縮空氣儲(chǔ)能電站示范工程EPC總承包項(xiàng)目也已經(jīng)啟動(dòng)招標(biāo)。
另據(jù)2024綜合智慧能源大會(huì)的消息，一個(gè)儲(chǔ)能密度為傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能10—15倍的液態(tài)空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)方案已經(jīng)出現(xiàn)，該方案解決了空氣存儲(chǔ)和恒壓釋放問題，具有大規(guī)模長時(shí)儲(chǔ)能、安全、長壽命和不受地理?xiàng)l件限制的突出優(yōu)點(diǎn)，也是儲(chǔ)能技術(shù)的又一種創(chuàng)新和嘗試。
同時(shí)，電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)也在向長時(shí)儲(chǔ)能的方向延伸，比如發(fā)展大電芯技術(shù)就是電化學(xué)儲(chǔ)能向適應(yīng)長時(shí)儲(chǔ)能發(fā)展趨勢的迭代升級。
另外，混合儲(chǔ)能項(xiàng)目也已經(jīng)出現(xiàn)?；旌蟽?chǔ)能指幾種不同類型儲(chǔ)能系統(tǒng)的混合應(yīng)用，是將兩種或多種類型儲(chǔ)能組合在一起形成一個(gè)單一儲(chǔ)能系統(tǒng)?；旌蟽?chǔ)能包括“鐵鉻液流電池+鋰電池+飛輪儲(chǔ)能”“壓縮空氣儲(chǔ)能+鋰電池”“新鐵液流電池+飛輪儲(chǔ)能”等多種形式，一般都為長時(shí)與短時(shí)儲(chǔ)能的組合，以實(shí)現(xiàn)取長補(bǔ)短。目前納入國家能源局《新型儲(chǔ)能試點(diǎn)示范項(xiàng)目名單》的混合儲(chǔ)能項(xiàng)目有山東利津795兆瓦/1600兆瓦時(shí)混合儲(chǔ)能示范項(xiàng)目、山西省朔州市平魯區(qū)100兆瓦/200兆瓦時(shí)混合儲(chǔ)能示范項(xiàng)目等7個(gè)項(xiàng)目。電氫協(xié)同是化解長時(shí)儲(chǔ)能危機(jī)的完美解決方案
“新型電力系統(tǒng)一定是一個(gè)全時(shí)域平衡的系統(tǒng)，對于分鐘級和小時(shí)級的平衡，可以通過電化學(xué)儲(chǔ)能電池來實(shí)現(xiàn)調(diào)峰、調(diào)頻；對于日峰谷差的平衡，可以用抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、固體氧化物燃料電池（SOFC）等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)功率平衡；對于解決更長周期的電力富余和缺電問題甚至跨季、跨年平衡問題，則需要用到電解水制氫技術(shù)?！崩讘椪抡J(rèn)為，在長時(shí)儲(chǔ)能中氫能的表現(xiàn)最優(yōu)秀。
普遍觀點(diǎn)認(rèn)為，氫儲(chǔ)能是最適合應(yīng)對大規(guī)模、長周期電力錯(cuò)配問題的儲(chǔ)能方式。與其他方式相比，氫儲(chǔ)能在放電時(shí)長和容量上具有明顯優(yōu)勢，儲(chǔ)存形式多樣，不受地理?xiàng)l件限制，有望成為跨季節(jié)長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)的首選。而且隨著制、儲(chǔ)、輸、用等方面技術(shù)不斷突破，氫儲(chǔ)能的成本將大幅降低，能夠應(yīng)用于電力系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)。
雷憲章介紹，發(fā)展綠氫是歐洲實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型的重要抓手之一。歐洲經(jīng)過20多年的探索得出一個(gè)結(jié)論，就是通過“電氫協(xié)同”來實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型。根據(jù)規(guī)劃，到2040年歐洲要建成24000千米的氫網(wǎng)，這將在很大程度上解決歐洲的能源供應(yīng)問題。
在2024綜合智慧能源大會(huì)上，雷憲章向與會(huì)各方介紹了歐洲發(fā)展“電氫協(xié)同”的情況。
歐洲的北海擁有大量風(fēng)光資源，利用小時(shí)數(shù)能夠達(dá)到4000甚至5500，因此環(huán)北海7國建設(shè)了大量的風(fēng)電與光伏項(xiàng)目。但是由于當(dāng)?shù)毓I(yè)用電負(fù)荷不足，無法消納如此多的發(fā)電量，于是就出現(xiàn)嚴(yán)重的局部窩電現(xiàn)象，因此也就誕生了負(fù)電價(jià)。正是負(fù)電價(jià)的出現(xiàn)，在歐洲催生一個(gè)新的行業(yè)——綠氫制取，就是采取電解水反應(yīng)制造氫氣。
雷憲章認(rèn)為，歐洲發(fā)展綠氫的本質(zhì)就是為了消納多余的風(fēng)光發(fā)電，這是歐洲發(fā)展“電氫協(xié)同”的一個(gè)雛形。在此，他特別強(qiáng)調(diào)這樣一個(gè)邏輯：制氫，一定是用來消納電網(wǎng)富余的可再生能源發(fā)電量，否則，如果作為普通用電負(fù)荷的話，那么制氫項(xiàng)目就失去了存在的價(jià)值?！叭ツ辏覈鴹夛L(fēng)棄光電量約超過300億千瓦時(shí)，相當(dāng)于三峽電站4個(gè)月的發(fā)電量?！崩讘椪滤懔艘还P賬說，如果將這些電量全部用來制氫，就會(huì)占到全球綠氫產(chǎn)量的1%，達(dá)到64萬噸。
接下來，雷憲章介紹了歐洲另一個(gè)“電氫協(xié)同”的成熟案例。
2007—2008年，歐洲成立了一個(gè)龐大的組織，叫作“沙漠計(jì)劃”，由歐洲國家政府、銀行、制造業(yè)、能源行業(yè)4方組成。該組織最初計(jì)劃向南越過地中海，到非洲撒哈拉沙漠開發(fā)風(fēng)電、光伏，然后再通過海底電纜的方式輸電到歐洲。最后該計(jì)劃被迫“擱淺”，原因就在于難以承擔(dān)修建海底電纜的天價(jià)成本，海底電纜的造價(jià)大約是架空輸電線路的8—10倍。不過，當(dāng)時(shí)間來到2017—2018年，該計(jì)劃被重新激活，只是不再向歐洲直接輸電，而是改為在撒哈拉沙漠就地實(shí)施可再生能源發(fā)電制氫，然后再通過海底管道輸氫的方式運(yùn)到歐洲，輸氫管道的造價(jià)基本和架空輸電線路持平，這樣就解決了經(jīng)濟(jì)性問題。于是，歐洲規(guī)劃了3條管道從北非向歐洲輸送氫氣。
除了消納網(wǎng)內(nèi)的富余電量之外，綠電制氫的另一大優(yōu)勢是可實(shí)現(xiàn)像“沙漠計(jì)劃”這種形式的離網(wǎng)運(yùn)行，也就是說在電網(wǎng)覆蓋不到但可再生能源豐富的區(qū)域，可以探索離網(wǎng)制氫再遠(yuǎn)距離輸氫的能源開發(fā)模式。
據(jù)了解，我國在遠(yuǎn)距離管道輸氫和天然氣管道摻氫方面也已經(jīng)有所突破，如，“西氫東送”輸氫管道示范工程被納入《石油天然氣“全國一張網(wǎng)”建設(shè)實(shí)施方案》；再如，國內(nèi)天然氣輸送管道摻氫比例已經(jīng)達(dá)到24%。這些遠(yuǎn)距離、大規(guī)模管道輸氫技術(shù)為我國發(fā)展離網(wǎng)制氫打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
根據(jù)國際能源署預(yù)測，未來全球?qū)⒂?0%的可再生能源需要轉(zhuǎn)化為可長期儲(chǔ)存的氫能。到2060年我國將有1.5萬億千瓦時(shí)的電能需要用氫及相關(guān)的方式來儲(chǔ)存。
另外，由于可再生能源電價(jià)的不斷下降，綠氫會(huì)變得越來越便宜。根據(jù)有關(guān)預(yù)測，到2025年，可再生能源電解水制氫成本有望低于25元/千克，將具備與天然氣制氫進(jìn)行競爭的條件；到2030年，可再生能源電解水制氫成本將低于15元/千克，具備與配套CCS的煤制氫進(jìn)行競爭的條件。
國際能源署也持相同的預(yù)測結(jié)果。該機(jī)構(gòu)表示，到2030年綠氫成本開始低于灰氫、藍(lán)氫。
“所以說，‘電氫協(xié)同’不僅僅是一個(gè)口號(hào)，它代表著未來新型能源體系發(fā)展的路徑和思路?！崩讘椪率挚隙ㄗ约旱呐袛唷?
不過，也有觀點(diǎn)認(rèn)為應(yīng)該理性看待儲(chǔ)能，盡管儲(chǔ)能在應(yīng)對可再生能源出力不穩(wěn)定和構(gòu)建新型電力系統(tǒng)方面作用不言而喻，但也不能過分拔高儲(chǔ)能尤其是長時(shí)儲(chǔ)能的作用。
構(gòu)建新型電力系統(tǒng)需要源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體規(guī)劃、一體建設(shè)、一體運(yùn)行，維持電力系統(tǒng)平衡，需要各環(huán)節(jié)協(xié)同發(fā)揮作用，每個(gè)環(huán)節(jié)之間互為補(bǔ)充，比如在促進(jìn)供需平衡方面，電網(wǎng)側(cè)可以發(fā)揮遠(yuǎn)距離余缺互濟(jì)作用、電源側(cè)可以發(fā)揮多能互補(bǔ)作用、用戶側(cè)可以發(fā)揮聚合需求響應(yīng)作用等等。
因此，既要科學(xué)分析測算儲(chǔ)能在新型電力系統(tǒng)中的合理占比，也要精確科學(xué)布局短時(shí)、中時(shí)和長時(shí)儲(chǔ)能，因?yàn)檫^量配置儲(chǔ)能或者不同時(shí)長儲(chǔ)能配比不當(dāng)也同樣會(huì)造成資源的浪費(fèi)，影響整個(gè)新型電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性發(fā)揮。
