“新型儲(chǔ)能”今年首次被寫入政府工作報(bào)告，標(biāo)志著“發(fā)展新型儲(chǔ)能”將成為今年乃至今后相當(dāng)長的一段時(shí)期內(nèi)我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要任務(wù)之一。作為推動(dòng)能源綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要裝備基礎(chǔ)，新型儲(chǔ)能就像一個(gè)巨大的“充電寶”，又像是一個(gè)新能源電力的“調(diào)節(jié)器”：平時(shí)，它會(huì)把風(fēng)電、光伏等新能源電力的富余電量儲(chǔ)存起來，等到用電高峰期再釋放出來，起到削峰填谷、應(yīng)急供電等多重作用。
俯拍廣東省佛山市的寶塘儲(chǔ)能站。圖片來源：視覺中國
“雙碳”目標(biāo)之下，我國新能源電力裝機(jī)量快速增長，同時(shí)，風(fēng)電、光伏等新能源電力“看天吃飯”的季節(jié)間歇性、波動(dòng)性對(duì)電網(wǎng)的影響也越來越大，使得國內(nèi)市場對(duì)儲(chǔ)能的需求大幅提升。相較于抽水蓄能等傳統(tǒng)儲(chǔ)能，新型儲(chǔ)能類型多樣，且具有選址靈活、建設(shè)周期短、響應(yīng)快速等優(yōu)勢。近年來，隨著我國新能源發(fā)電規(guī)模的持續(xù)增長，各類新型儲(chǔ)能技術(shù)性能指標(biāo)不斷提高，部分技術(shù)處于國際先進(jìn)水平。數(shù)據(jù)顯示，截至2023年底，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)3139萬千瓦。2023年新增新型儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模比2022年底增長幅度超過260%，近10倍于“十三五”末的裝機(jī)規(guī)模。截至去年年底，全國已有11省(區(qū)、市)新型儲(chǔ)能的裝機(jī)規(guī)模超過百萬千瓦。
地下廢棄鹽穴變身電能儲(chǔ)藏庫
一次充電可為電網(wǎng)供電30萬度
3月26日晚18點(diǎn)，隨著夜幕即將降臨，位于江蘇省常州市金壇區(qū)的江蘇金壇鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能電站進(jìn)入每天的放電時(shí)段。收到電網(wǎng)調(diào)度指令后，電站開始進(jìn)行壓縮空氣管道疏水、暖管、沖轉(zhuǎn)升速等一系列操作，隨后，這些電能通過110KV專用線路，進(jìn)入江蘇電網(wǎng)，點(diǎn)亮千家萬戶。
江蘇金壇鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能電站是全國首個(gè)正式投入商業(yè)運(yùn)營的壓縮空氣儲(chǔ)能電站，也是世界首個(gè)非補(bǔ)燃式的壓縮空氣儲(chǔ)能電站。壓縮空氣儲(chǔ)能是一種新型的物理儲(chǔ)能方式，其充放電原理類似于給輪胎打氣：當(dāng)電力需求低時(shí)，電站用無法消納的新能源的電能將空氣壓縮儲(chǔ)存到一個(gè)大型的儲(chǔ)氣空間中，將電能轉(zhuǎn)變?yōu)榭諝鈮毫δ?在電能需求高峰時(shí)，再把空氣壓力轉(zhuǎn)換為電能。
自2022年5月正式投運(yùn)以來，江蘇金壇鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能電站完成的調(diào)峰電量已超過2億度。電站完成一次充電需8小時(shí)，充滿后可放電5小時(shí)，一次充電可為電網(wǎng)供電30萬度。
國家電網(wǎng)浙江省湖州市長興縣供電公司的工作人員正在蓄電池室檢測并網(wǎng)后單個(gè)蓄電池的電壓。圖片來源：視覺中國
一般來說，建造壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)需要特殊的地理空間作為大型儲(chǔ)氣室，比如地下鹽穴。江蘇金壇鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能電站負(fù)責(zé)人林迎虎介紹，鹽穴是用鹽礦水溶法采鹽后廢棄的礦洞，一般位于地下800—1000米的深處，整個(gè)鹽穴的高度能達(dá)到100多米。為了找到適合建造儲(chǔ)能電站的鹽穴，工作人員前期進(jìn)行了詳細(xì)的勘察和評(píng)估，一方面空間要足夠大，氣密性和巖壁強(qiáng)度要高;另一方面，鹽穴的滲漏性也要得到嚴(yán)格控制，以防止儲(chǔ)存能量的損失和地下水污染。雖然找到合適的鹽穴并非易事，但相比于傳統(tǒng)的抽水蓄能，壓縮空氣儲(chǔ)能依然有著顯著優(yōu)勢：選址更靈活，對(duì)環(huán)境影響小，建設(shè)周期也更短。
“我們?cè)趪鴥?nèi)首次利用地下鹽穴解決了大容量、高參數(shù)壓縮空氣存儲(chǔ)難題，改變了傳統(tǒng)電力‘即發(fā)即用’的狀況，實(shí)現(xiàn)了電能“時(shí)移”，可為電網(wǎng)提供±6萬千瓦的調(diào)峰能力。”林迎虎表示，江蘇金壇鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能電站在電網(wǎng)安全運(yùn)營中主要發(fā)揮了三大作用，一個(gè)是存儲(chǔ)低谷電能，并在用電高峰時(shí)釋放使用，以實(shí)現(xiàn)削峰填谷;另一個(gè)是電力負(fù)荷平衡，電站可在短時(shí)間內(nèi)啟動(dòng)并達(dá)到全負(fù)荷工作狀態(tài)，比普通的燃煤電站的啟動(dòng)時(shí)間快很多;最后是可作為線路檢修、故障或緊急情況下的備用電源。
江蘇金壇鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能電站有一個(gè)重要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)是全球首創(chuàng)的“非補(bǔ)燃”技術(shù)。“我們會(huì)對(duì)壓縮儲(chǔ)氣過程中產(chǎn)生的熱量回收，存儲(chǔ)在儲(chǔ)熱系統(tǒng)中;在釋放壓縮空氣時(shí)，再用這些熱量來加熱空氣，利用高溫高壓的空氣釋放時(shí)產(chǎn)生的能量來發(fā)電。相對(duì)于補(bǔ)燃式，非補(bǔ)燃技術(shù)在壓縮空氣發(fā)電過程中不依賴外部能源燃燒加熱，全年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤4萬噸，減少二氧化碳排放超15萬噸。”林迎虎表示。
壓縮空氣法是繼抽水蓄能之后，第二大被認(rèn)為適合GW級(jí)大規(guī)模電力儲(chǔ)能的技術(shù)。2022年，國家發(fā)展改革委、國家能源局印發(fā)《“十四五”新型儲(chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案》，將百兆瓦級(jí)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)列入“十四五”時(shí)期新型儲(chǔ)能核心技術(shù)裝備攻關(guān)重點(diǎn)方向之一。目前，我國已有不少城市建設(shè)了壓縮空氣儲(chǔ)能電站。隨著技術(shù)進(jìn)步，不依賴鹽穴等地理因素的壓縮空氣儲(chǔ)能電站也逐步出現(xiàn)。近年來，遼寧朝陽、甘肅酒泉兩個(gè)300兆瓦壓縮空氣儲(chǔ)能電站示范項(xiàng)目開工，破解了壓縮空氣儲(chǔ)能受地理?xiàng)l件制約的世界性難題，讓更多城市都具備了建設(shè)這類儲(chǔ)能電站的可能。
多條鋰離子電池儲(chǔ)能技術(shù)路線“一站集成”
每年可向粵港澳大灣區(qū)供電約4.3億度
廣東省佛山市南山區(qū)，坐落著粵港澳大灣區(qū)首個(gè)超百兆瓦的電池儲(chǔ)能項(xiàng)目——南方電網(wǎng)佛山寶塘電網(wǎng)側(cè)獨(dú)立電池儲(chǔ)能站(下稱“寶塘儲(chǔ)能站”)。在電站的院子里，一排排外觀如同集裝箱的白色儲(chǔ)能系統(tǒng)整齊排布，里面盛放有電池簇、電池管理系統(tǒng)、儲(chǔ)能變流器等多個(gè)重要系統(tǒng)，在電網(wǎng)需要時(shí)可以做到“毫秒級(jí)”響應(yīng)，為區(qū)域內(nèi)電網(wǎng)平穩(wěn)運(yùn)行提供支持。
江蘇金壇鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能電站內(nèi)景。馬晶 攝
寶塘儲(chǔ)能站于今年1月投運(yùn)，是我國首個(gè)多技術(shù)路線鋰離子電池儲(chǔ)能站，在這里，我國首次實(shí)現(xiàn)了多條鋰離子電池儲(chǔ)能技術(shù)路線的“一站集成”——一個(gè)儲(chǔ)能電站應(yīng)用了9條差異化的鋰離子電池儲(chǔ)能技術(shù)路線，不同路線具有不同的技術(shù)特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)，每年大約可向粵港澳大灣區(qū)提供4.3億度清潔電。
南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻(廣東)儲(chǔ)能科技有限公司的有關(guān)負(fù)責(zé)人表示，能夠在這樣大規(guī)模的新型儲(chǔ)能電站同時(shí)運(yùn)用多種技術(shù)路線，一個(gè)重要原因是國內(nèi)鋰離子電池儲(chǔ)能技術(shù)的快速成熟發(fā)展。在建造過程中，寶塘儲(chǔ)能站運(yùn)用了多項(xiàng)鋰離子電池領(lǐng)域的創(chuàng)新技術(shù)，比如浸沒式液冷技術(shù)，這是一種創(chuàng)新的散熱技術(shù)。電池在運(yùn)行過程中大多都會(huì)釋放熱量，高溫不僅容易對(duì)電池造成損害，也會(huì)帶來安全隱患。浸沒式液冷技術(shù)可以讓電池浸沒在一種高熱傳導(dǎo)性的液體中，液體能夠吸收和分散電池產(chǎn)生的熱量，對(duì)電池起到保護(hù)作用，減少電池?zé)崾Э貛淼奈ｋU(xiǎn)。
數(shù)據(jù)顯示，從我們國家目前投運(yùn)的新型儲(chǔ)能項(xiàng)目類型來看，鋰離子電池儲(chǔ)能是最為普遍的類型。截至2023年底，我國已投運(yùn)的鋰離子電池儲(chǔ)能占比97.4%，鉛炭電池儲(chǔ)能占比0.5%，壓縮空氣儲(chǔ)能占比0.5%，液流電池儲(chǔ)能占比0.4%，其他新型儲(chǔ)能技術(shù)占比1.2%。鋰離子電池儲(chǔ)能以絕對(duì)優(yōu)勢占據(jù)主導(dǎo)地位。
中國電池工業(yè)協(xié)會(huì)理事長劉寶生表示，目前我們國家的鋰離子電池不管是整個(gè)的技術(shù)研發(fā)還是制造質(zhì)量等，都有一定的優(yōu)勢。根據(jù)工業(yè)和信息化部發(fā)布的信息，我國目前已發(fā)展成為全球最大的鋰離子電池生產(chǎn)國，建成了從上游關(guān)鍵材料到電芯制造、電池組裝、設(shè)備制造的完備體系。去年一年，我國鋰離子電池產(chǎn)業(yè)仍然延續(xù)增長態(tài)勢，僅儲(chǔ)能型鋰電池產(chǎn)量就達(dá)到185吉瓦時(shí)。
當(dāng)前，我國大中型鋰離子電池儲(chǔ)能電站使用的主要是磷酸鐵鋰電池，相較于傳統(tǒng)的電池，這種電池具有壽命長、能量密度高、充電速度更快等優(yōu)勢。在面積相當(dāng)于5個(gè)半標(biāo)準(zhǔn)足球場的寶塘儲(chǔ)能站內(nèi)，共安置了88套磷酸鐵鋰儲(chǔ)能系統(tǒng)，這些電池均來自于國內(nèi)磷酸鐵鋰電池生產(chǎn)企業(yè)。隨著技術(shù)的創(chuàng)新，我國磷酸鐵鋰電池產(chǎn)品的性能在不斷提升，而成本相較過去也逐步下降。
近年來，我國各地陸續(xù)建成多個(gè)以鋰離子電池儲(chǔ)能為技術(shù)支撐的新型儲(chǔ)能電站，這些儲(chǔ)能電站不僅給城市居民用戶帶來便利，還為工商企業(yè)降低了高峰負(fù)荷時(shí)期的用電成本，解決了一些大城市商業(yè)區(qū)在用電緊張時(shí)需要追加電力設(shè)施投資的問題。
關(guān)鍵材料基本實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化
儲(chǔ)能技術(shù)多元發(fā)展不斷迭代
國家能源局近日印發(fā)《2024年能源工作指導(dǎo)意見》，其中提出要推動(dòng)新型儲(chǔ)能多元化發(fā)展。近年來，隨著技術(shù)的進(jìn)步，不同類型、不同模式的新型儲(chǔ)能項(xiàng)目逐步落地應(yīng)用。按照類型劃分，當(dāng)前新型儲(chǔ)能類型有電化學(xué)儲(chǔ)能、物理儲(chǔ)能以及氫儲(chǔ)能等。在電化學(xué)儲(chǔ)能中，除了近年來發(fā)展較為成熟的鋰離子電池儲(chǔ)能技術(shù)，還有較晚發(fā)展起來的全釩液流電池儲(chǔ)能;而物理儲(chǔ)能中除了壓縮空氣儲(chǔ)能，還出現(xiàn)了飛輪儲(chǔ)能、重力儲(chǔ)能等。
遼寧大連液流電池儲(chǔ)能調(diào)峰電站內(nèi)的電池設(shè)備。圖片來源：視覺中國
在全釩液流電池儲(chǔ)能領(lǐng)域，國內(nèi)目前已建成的全釩液流電池儲(chǔ)能電站已達(dá)20余座。其中，位于遼寧省大連市的大連液流電池儲(chǔ)能調(diào)峰電站一期工程，是全球第一座100MW(兆瓦)級(jí)液流電池儲(chǔ)能電站，該電站最多可存放40萬度電，按照中國居民日常生活每日人均用電2度左右計(jì)算，可滿足20萬居民一天的用電需求。
全釩液流電池，僅從名字來看，它的特別之處在于“液流”二字。與鋰離子電池等一般蓄電池不同，全釩液流電池的正負(fù)極不是固體，而是電解液，正負(fù)兩種形態(tài)的電解液獨(dú)立分離放置在不同的容器中，通過管道泵入液流電池堆棧中，持續(xù)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。這些電解液可以循環(huán)使用，因此電池的壽命更長。
目前，我國在全釩液流電池方面的技術(shù)水平已處于國際領(lǐng)先水平，全釩液流電池的關(guān)鍵材料已基本實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化。大連液流電池儲(chǔ)能調(diào)峰電站所使用儲(chǔ)能技術(shù)均為我國自主研發(fā)?？蒲袌F(tuán)隊(duì)從2000年就開始了全釩液流電池技術(shù)的研究，完成了從實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)研究到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的發(fā)展過程，申報(bào)發(fā)明專利數(shù)百項(xiàng)，形成了完整的液流電池技術(shù)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)體系。
在遼寧省沈陽市，擁有全球領(lǐng)先磁懸浮飛輪技術(shù)的沈陽微控飛輪技術(shù)股份有限公司(以下簡稱微控飛輪)目前接到的訂單已經(jīng)排產(chǎn)到了今年10月。微控飛輪的董事長張慶源介紹，飛輪儲(chǔ)能是一種新型儲(chǔ)能方式，在用電低峰時(shí)期，通過飛輪的持續(xù)穩(wěn)定高速旋轉(zhuǎn)，可以將電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能儲(chǔ)存起來，到了有用電需求時(shí)再將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能。原理看似簡單，實(shí)際上技術(shù)難度極高。目前微控飛輪生產(chǎn)的飛輪是有專利技術(shù)的定制鋼錠，最高轉(zhuǎn)速可實(shí)現(xiàn)每分鐘超過4萬轉(zhuǎn)，充放電循環(huán)超過200萬次，使用壽命20年。
有關(guān)專家認(rèn)為，隨著科技的不斷進(jìn)步，我國儲(chǔ)能技術(shù)多元發(fā)展、不斷迭代，鋰離子電池、壓縮空氣儲(chǔ)能等技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平。國家能源局能源節(jié)約和科技裝備司副司長邊廣琦也表示，新型儲(chǔ)能日益成為我國建設(shè)新型能源體系和新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。下一步，國家能源局將積極鼓勵(lì)技術(shù)創(chuàng)新，結(jié)合新型儲(chǔ)能發(fā)展特點(diǎn)，有針對(duì)性地開展工作，著力推動(dòng)新型儲(chǔ)能多元化高質(zhì)量發(fā)展。（中央紀(jì)委國家監(jiān)委網(wǎng)站 王雅婧）
評(píng)論