不久前，西班牙馬德里理工大學(xué)團(tuán)隊(duì)開發(fā)的“阿馬德烏斯”電池項(xiàng)目，被歐盟委員會(huì)評選為2022年最佳發(fā)明之一。這款電池采用高溫儲(chǔ)熱技術(shù)，可以存儲(chǔ)太陽能、風(fēng)能高產(chǎn)時(shí)的過剩能量，在用電高峰再將其釋放。評委會(huì)認(rèn)為，這款發(fā)明“具有高能量密度、高整體效能，所用材料資源豐富且成本低廉。它的廣泛應(yīng)用，能夠幫助我們更好利用綠色清潔的可再生能源。”
發(fā)展可再生能源是減少全球溫室氣體排放的重要途徑。不過，由于電力的即發(fā)即用性與可再生能源發(fā)電的波動(dòng)性，可再生能源電力供需存在一定程度的錯(cuò)配。在用電高峰時(shí)，目前主要由燃煤、天然氣等調(diào)峰機(jī)組來達(dá)到電力的靈活調(diào)節(jié)。為了真正實(shí)現(xiàn)可再生能源對化石能源的大規(guī)模替代，急需利用儲(chǔ)能技術(shù)替代化石能源調(diào)峰機(jī)組，實(shí)現(xiàn)可再生電力供應(yīng)與消費(fèi)的無縫銜接。
儲(chǔ)能技術(shù)主要分為物理儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能、熱儲(chǔ)能和化學(xué)儲(chǔ)能等。當(dāng)前全球應(yīng)用最為普遍的抽水蓄能技術(shù)就屬于物理儲(chǔ)能。但由于工程選址難度高、建設(shè)周期長等，僅靠抽水蓄能難以適應(yīng)可再生能源電力調(diào)峰需求。電化學(xué)儲(chǔ)能是近年來全球增速最快的新型儲(chǔ)能技術(shù)。截至2021年底，全球新型儲(chǔ)能的累計(jì)裝機(jī)規(guī)模超過2500萬千瓦，其中鋰離子電池市場份額達(dá)到90%。新能源汽車產(chǎn)業(yè)的爆發(fā)式增長帶動(dòng)了鋰離子電池技術(shù)的快速進(jìn)步，也使其在儲(chǔ)能領(lǐng)域的商業(yè)應(yīng)用成為可能。
較之車用動(dòng)力電池，儲(chǔ)能設(shè)備在電力系統(tǒng)中的運(yùn)行情況更為復(fù)雜。比如，在以太陽能為主的供電系統(tǒng)中，如果儲(chǔ)能電站只能持續(xù)短時(shí)放電，那么用戶在后半夜仍面臨停電風(fēng)險(xiǎn);若是遭遇連續(xù)無風(fēng)的陰雨天，儲(chǔ)能電站就會(huì)面臨更嚴(yán)峻的長時(shí)供電壓力。在當(dāng)前交通電動(dòng)化背景下，全球鋰資源已出現(xiàn)供不應(yīng)求的局面，僅僅依靠鋰電池技術(shù)難以滿足未來電力系統(tǒng)對大容量、長周期儲(chǔ)能的需要。
相較而言，熱儲(chǔ)能技術(shù)在“長時(shí)儲(chǔ)能”領(lǐng)域更具經(jīng)濟(jì)性。它以儲(chǔ)熱材料為媒介，將太陽能等以熱能的形式先儲(chǔ)存起來，在需要時(shí)釋放。以往，儲(chǔ)熱技術(shù)主要應(yīng)用在供暖、熱水、冰蓄冷等低溫?zé)嵩吹拇鎯?chǔ)和利用。近年來，隨著太陽能熱發(fā)電與工業(yè)余熱回收技術(shù)的發(fā)展與運(yùn)用，中高溫儲(chǔ)熱的需求不斷增長。目前我國光熱發(fā)電項(xiàng)目裝機(jī)容量已達(dá)到538兆瓦，儲(chǔ)熱介質(zhì)普遍選擇硝酸鹽材料，熔融狀態(tài)工作溫度范圍為290—560攝氏度，可實(shí)現(xiàn)高達(dá)10小時(shí)以上的儲(chǔ)能時(shí)長。
馬德里理工大學(xué)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的新型儲(chǔ)熱技術(shù)采用硅合金材料，在材料成本、儲(chǔ)熱溫度、儲(chǔ)能時(shí)長方面的優(yōu)勢值得期待。硅是地殼中第二豐富的元素，每噸硅砂的成本僅為30—50美元，為熔鹽材料的1/10。此外，硅砂顆粒的儲(chǔ)熱溫差比熔鹽高得多，工作溫度最高可達(dá)1000攝氏度以上，更高的工作溫度也有助于提升光熱發(fā)電系統(tǒng)的整體能效。
除了熱儲(chǔ)能技術(shù)，壓縮空氣、氫氨儲(chǔ)能等在“長時(shí)儲(chǔ)能”方面也有很大潛力。美國能源部于2021年公布了“長時(shí)儲(chǔ)能攻關(guān)”計(jì)劃，目標(biāo)在10年內(nèi)將時(shí)長超過10小時(shí)的儲(chǔ)能系統(tǒng)成本降低90%以上。丹麥、德國等歐洲國家在跨季節(jié)儲(chǔ)熱領(lǐng)域也有長期布局。我國國家發(fā)展改革委、國家能源局2022年3月印發(fā)的《“十四五”新型儲(chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案》也提出要推動(dòng)多時(shí)間尺度新型儲(chǔ)能技術(shù)試點(diǎn)示范，重點(diǎn)試點(diǎn)示范壓縮空氣、液流電池、高效儲(chǔ)熱等日到周、周到季時(shí)間尺度儲(chǔ)能技術(shù)。未來，“長時(shí)儲(chǔ)能”將在全球能源轉(zhuǎn)型中發(fā)揮日益重要的作用。
(作者為國家發(fā)改委能源研究所副研究員)
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