杏彩体育app下载:碳达峰、碳中和背景下储能技术研究进展与发展建议

　　中国网/中国发展门户网讯 能源利用是我国温室气体的主要来源。作为流程工业的典型高排放行业，即化工、钢铁、有色、建材工业过程的二氧化碳（CO2）排放约占全国总排放的近40%，是我国碳排放的主要来源。因此，CO2高排放行业能源利用清洁低碳化转型发展势在必行。我国实现碳达峰、碳中和（以下简称“双碳”）目标意味着必须进行颠覆性的能源、科技和经济转型。发展变革性低碳技术，通过工艺源头创新和流程再造，在典型流程工业中率先实现碳达峰、碳中和，是支撑我国“双碳”目标实现的关键。储能作为电能的载体，可有效地平抑大规模新能源发电接入电网带来的波动性，促进电力系统运行中电源和负荷的平衡，提高电网运行的安全性、经济型和灵活性；储能技术也成为构建智能电网与实现可再生能源发电的核心关键。随着碳中和成为全球共识，新能源在整个能源体系中的比重将快速增加，储能技术也迎来爆发式增长。国内外大规模新型储能项目陆续启动，储能技术呈现出液流电池、钠离子电池、锂离子电池、压缩空气储能、铅碳电池、储热技术等“百家争鸣”局面；与此同时，越来越多的企业投身储能产业，或扩产或跨界合作，储能产业呈现蓬勃发展的良好局面。

　　储能技术是解决以风、光为主的新能源系统波动性、间歇性的有效技术。未来能源系统将是以新能源为主体、多种形式能源共同构成的多元化能源系统。风力发电、光伏发电本身的波动性和间歇性决定了灵活性将是新的能源系统必不可少的组成部分。而从技术属性来看，储能正好能够满足新的能源系统对灵活性的需求。因此，通过储能技术实现可再生能源大规模接入，从而推动能源低碳转型的技术路径被业界寄予厚望。

　　在政策层面，国家发展和改革委员会（简称“国家发展改革委”）和国家能源局启动了对储能发展的整体规划部署，密集出台了一系列储能相关政策。2021年7月，国家发展改革委、国家能源局发布《关于加快推动新型储能发展的指导意见》；相比同年2月25日发布的《推进电力源网荷储一体化和多能互补发展的指导意见》和4月19日发布的《关于2021年风电、光伏发电开发建设有关事项的通知（征求意见稿）》，储能的市场地位、商业模式和经济价值逐渐得到承认与明确。2021年10月，中央、国务院先后发布了《中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》和《国务院关于印发2030年前碳达峰行动方案的通知》，首次将推动新型储能发展作为加快构建清洁低碳安全高效能源体系、建设新型电力系统的重要布局和主要工作之一；并明确了到2025年，新型储能装机容量达到3 000万千瓦以上的总体目标。2021年12月，国家能源局正式颁布《电力并网运行管理规定》和《电力辅助服务管理办法》文件，明确将新型储能、虚拟电厂、负荷聚集商等作为辅助服务市场的新主体；并增加了电力辅助服务新品种，完善了辅助服务分担共享新机制，疏导电力系统运行日益增加的辅助服务费用。在此政策的指引下，2021年约有21个省份出台电力辅助服务相关政策。2022年2月，国家发展改革委、国家能源局印发的《“十四五”新型储能发展实施方案》提出，到2025年，新型储能由商业化初期步入规模化发展阶段、具备大规模商业化应用条件；到2030年，新型储能全面市场化发展，全面支撑能源领域碳达峰目标如期实现。因此，储能是实现可再生能源规模应用和构建以新能源为主体的新型电力系统、实现“双碳”目标的关键核心技术。

　　国内外在新型储能技术，包括液流电池、钠离子电池、锂离子电池、压缩空气储能等技术的基础研发和工程化方面均取得了重大进展。其中，锂离子电池技术发展最快，目前所占市场份额最大。全钒液流电池、压缩空气储能已具备大规模产业化条件；钠离子电池、铅碳电池、锌基液流电池等也已具备初步进入产业化准入条件，这些技术有望在“双碳”目标突破的过程中扮演重要角色。

　　液流电池通过电解液内离子的价态变化实现电能存储和释放。其功率和容量可独立设计、安全性高、储能规模大、效率高、寿命长、生命周期的性价比高等特点，使其在大规模储能领域具有良好的应用前景。根据活性物质种类不同，液流电池可分为全钒液流电池、锌基液流电池等。

　　作为长时储能优选技术之一的全钒液流电池，得益于其高安全性、长寿命、环境友好等优点，目前发展成熟度最高，商业化进程最快。2021年11月，微软、谷歌等10余家公司在《联合国气候变化框架公约》第26次缔约方大会（COP26）上成立国际长时储能委员会（LDES），旨在部署和加快推动可存储和释放8小时或更长时间的储能技术快速发展。由此可见，快速发展全钒液流电池长时储能技术的迫切性。

　　国外从事全钒液流电池储能技术研发和产业化的单位主要有日本的住友电工集团、英国的Invinity公司、德国的Fraunhofer UMSICHT、美国的西北太平洋国家实验室和UNIEnergy Technology（UET）等企业与研究机构。2020年住友电工集团与北海道电力有限公司签署合同将于2022年建成17 MW/51 MWh的全钒液流电池储能电站①。2021年12月，牛津超级能源枢纽项目（ESO）进入带电调试阶段，该项目由Invinity公司在英国制造的5 MWh全钒液流电池系统与50 MW瓦锡兰锂离子电池结合，作为单一的储能资产运行，这是目前投运的最大的全钒液流+锂离子混合电池。其中，全钒液流电池在系统投入使用时充当第一线响应，只有在所需的响应超过全钒液流电池的容量后，锂离子电池才会被调用，从而充分利用全钒液流电池长寿命、不衰减的特点，减少锂离子电池的消耗。这种混合储能方式可利用2种电池各自的技术优势来提高电网弹性，并创建更加智能、更加灵活的能源系统，最终将支持更多的可再生能源发电并网到英国电网中。

　　国内主要有中国科学院大连化学物理研究所（以下简称“大连化物所”）、大连融科储能技术发展有限公司（以下简称“大连融科”）、北京普能世纪科技有限公司（以下简称“北京普能”）、上海电气储能科技有限公司、清华大学、中国科学院沈阳金属研究所、中南大学等多家机构从事全钒液流电池的研发及产业化工作。大连化物所自2000年开始液流电池的研究，在液流电池关键材料、核心部件、电堆及系统设计集成、控制管理等方面都取得了国际领先的成果；已在液流电池领域获得国家授权专利150余项，国际专利7项，形成了完整的自主知识产权体系。2021年在大连瓦房店建成了目前国内最大规模的全钒液流电池系统，即大唐国际镇海网源友好型风电场10 MW/40 MWh和国电投驼山网源友好型风电场10 MW/40 MWh全钒液流电池系统。在国家及地方政府的大力支持下，成功推进了全球最大200 MW/800MWh全钒液流电池储能调峰电站国家示范项目一期工程（100 MW/400 MWh）的全面开工建设。目前，100 MW储能系统项目已完成主体工程建设（图1），进入单体模块调试阶段，预计2022年6月完成并网调试，这将对缓解大连市乃至辽宁省电网调峰压力、提高大连南部地区供电可靠性、加快新能源发展发挥重要作用。

　　此外，国内多个地区正在实施或筹建全钒液流电池生产或应用示范项目，包括国家电投湖北襄阳100MW/500 MWh全钒液流电池储能项目；中广核新能源襄阳有限公司100 MW/200 MWh全钒液流电池储能电站项目；正在建设伟力得新疆阿瓦提7.5 MW/22.5MWh全钒液流储能电站；北京普能将在湖北建设1GW全钒液流储能电池生产基地；河南开封、江西宜春、陕西安康、湖北郧西、甘肃张掖也都将打造全钒液流电池生产基地。

　　与全钒液流电池不同，以金属锌为负极活性组分的锌基液流电池体系具有储能活性物质来源广泛、价格便宜、能量密度高等优势，在分布式储能领域极具应用价值和竞争优势。目前，发展较为成熟的技术主要有锌溴液流电池和锌铁液流电池。

　　锌溴液流电池生产企业主要有澳大利亚的Redflow、美国的ZBB和Primus Power、韩国的乐天化学，以及中国的安徽美能和百能汇通等公司。锌铁液流电池的生产企业主要有美国的ViZn公司、中国的中国电建集团江西省电力建设有限公司。Redflow公司推出的小型家用光伏发电锌溴液流电池储能系统（5kW/10 kWh）已在澳大利亚、新西兰、美国等地成功实施。2022年大连化物所成功开发出10 kW/30 kWh用户侧锌溴液流电池系统（图2）。该系统的成功开发，将进一步推动用户侧新型锌基液流电池的发展与产业化应用，对于推动锌基液流电池可持续发展具有重要意义。

　　据统计，2021年中国储能市场中，储能锂离子电池出货量达到32 GWh，同比增长146%，在新型储能产品中占据主导地位。随着政策对新型储能支持力度加大、电力市场商业化机制建立、储能商业模式清晰、锂离子电池成本的持续下降，储能锂离子电池市场正式进入加速发展期。全球从事锂离子电池产业相关的企业超过1 000家，已经形成了从锂电池材料、电芯、模组到系统集成的完整产业链；特别是近年来由于电动汽车产业的带动，锂离子电池成本快速下降，从而极大地推动了其在电力储能方面的应用。全球主要的锂离子电池储能生产商来自日本（松下、三菱）、韩国（三星SDI、LGChem）、美国（特斯拉）和中国（宁德时代新能源、比亚迪、力神等）。目前，锂离子电池在电力储能方面的应用主要包括电网调频和电网侧储能等。此外，虽然锂离子电池市场份额最大，但其在大规模应用过程中也会出现安全、可靠性等问题，急需布局相关课题重点攻关该难题。

　　锂离子电池具有很好的功率倍率特性，是目前储能调频市场的主流技术。锂离子电池调频性能远超火电机组，响应时间短，能够满足快速精准的调频需求。目前，在全球范围内锂离子电池调频项目主要应用在美国、英国、韩国、澳大利亚和中国。据统计，目前已经投运及在建的锂离子电池储能调频电站超过1 000 MW。2018年以来发布的调频辅助服务储能项目总规模已经超过180 MW、技术路线主要为磷酸铁锂锂离子电池和三元锂离子电池。

　　锂离子电池在电力系统中另一大应用在电网侧。在变电站配套储能系统、通过电网的智能调度来实现削峰填谷，延缓电网的投资及提高电网主动调节能力。2016年，美国加利福尼亚州紧急开展100 MW的锂离子电池储能实施计划，以应对电力短缺问题。该电池系统主要用于在白天储存加利福尼亚州光伏电站资源发出的电力；在太阳落山后，储能系统被调度将电力释放给电网。2017年1月，美国特斯拉公司为南加利福尼亚州生公司的Mira Roma变电站建成了输出功率20 MW、总容量80 MWh的锂离子储能系统，该系统成为当时全球最大的电池储能系统。随后在2017年2月，AES公司采用三星公司的锂离子电池为圣迭戈煤气电力公司（SDG&E）在加利福尼亚州Escondido市部署了输出功率30 MW、总容量120 MWh的储能系统。该项目30 MW锂离子储能系统全部在6个月内并网投运，这不仅推动储能成了未来应对电网危机的重要解决方案，也为利用分布式储能满足当地电力容量需求提供了强有力的支撑。2021年7月，英荷壳牌石油公司宣布100 MW储能电站全面投入运营，这是欧洲目前最大规模的储能电站；其位于英国西南部威尔特郡附近，由2个装机容量均为50 MW/50 MWh的电池储能设施构成，采用磷酸铁锂/三元锂电池技术。2018年，为解决国电谏壁发电厂3台330 MW发电机组退役后带来的电力缺口问。