中國儲能網(wǎng)訊：作者：湯勻 1,2 岳芳1,2 郭楷模1,2 李嵐春1,2 陳偉1,2,3
單位：1. 中國科學(xué)院武漢文獻(xiàn)情報中心；2. 科技大數(shù)據(jù)湖北省重點實驗室；3. 中國;科學(xué)院大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院
引用： 湯勻,岳芳,郭楷模等.下一代電化學(xué)儲能技術(shù)國際發(fā)展態(tài)勢分析[J].儲能科學(xué)與技術(shù),2022,11(01):89-97.
DOI：10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0301
摘 要 全球碳中和大背景下，國際能源格局從化石能源絕對主導(dǎo)朝著低碳多能融合發(fā)生轉(zhuǎn)變，儲能技術(shù)作為推動可再生能源從替代能源走向主體能源的關(guān)鍵技術(shù)越來越受到業(yè)界高度關(guān)注。對比分析了美國、歐盟、日本等主要國家和地區(qū)的電化學(xué)儲能技術(shù)戰(zhàn)略布局、項目部署和重點示范項目情況。隨著我國承諾2030碳達(dá)峰、2060碳中和目標(biāo)，我國政府對電化學(xué)儲能技術(shù)的開發(fā)日益重視，先后出臺一系列支持政策，啟動重大研發(fā)項目開展技術(shù)研究，并部署了一批電化學(xué)儲能示范工程。然而，我國雖然在電化學(xué)儲能制造技術(shù)上努力追趕歐、美、日、韓等先進(jìn)技術(shù)國家，但對儲能電池機(jī)理研究、技術(shù)突破以及關(guān)鍵材料制造上距離技術(shù)發(fā)達(dá)國家仍有一定差距，多種類型電化學(xué)儲能技術(shù)的示范應(yīng)用才剛剛起步。因此，需進(jìn)一步從頂層設(shè)計、技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)業(yè)布局和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等多方面采取措施，加快實現(xiàn)下一代新型電化學(xué)儲能技術(shù)的大范圍應(yīng)用，促進(jìn)能源高效利用、多能融合互補(bǔ)，構(gòu)建“清潔低碳、安全高效”的現(xiàn)代能源格局。
關(guān)鍵詞 電化學(xué)儲能技術(shù)；下一代電池技術(shù)；國際發(fā)展態(tài)勢；戰(zhàn)略規(guī)劃；項目研發(fā)；碳中和
隨著全球各主要國家陸續(xù)宣布實現(xiàn)碳中和目標(biāo)時間節(jié)點，太陽能、風(fēng)能等可再生清潔能源實現(xiàn)全面發(fā)展。但這類可調(diào)度可再生能源受地理環(huán)境影響較大，在時空上具有間歇性和分布不均的特點，如果將其直接并網(wǎng)運(yùn)行，對電網(wǎng)將會產(chǎn)生較大沖擊。而儲能系統(tǒng)作為能量存儲和轉(zhuǎn)化設(shè)備，成為了能源革命的關(guān)鍵支撐技術(shù)。儲能技術(shù)分為物理儲能、化學(xué)儲能等大類。其中，物理儲能主要包括抽水儲能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能以及儲冷儲熱等，化學(xué)儲能則主要包含電池儲能等。不同儲能方式各有特點，因此適用于不同的場景。抽水蓄能、壓縮空氣儲能和電池儲能較適用于電網(wǎng)的削峰填谷、系統(tǒng)調(diào)頻，超導(dǎo)磁儲能和超級電容器則適用于改善電能質(zhì)量、穩(wěn)定輸出，儲熱技術(shù)則可解決綜合能源系統(tǒng)中的熱需求和供給的不平衡，平抑需求側(cè)的熱負(fù)荷波動。而電化學(xué)儲能技術(shù)相較于物理儲能技術(shù)來說，受地理環(huán)境影響較小，電能存儲和釋放更直接，對電力調(diào)度調(diào)控更具靈活性，因此，受到新興市場和科研領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。
電化學(xué)儲能技術(shù)的發(fā)展歷程(圖1)最早起于1800年的伏打(Volta)電池和1836年的丹尼爾(Daniell)電池(也稱為鋅銅電池)。隨后，鉛/酸電池(1882年)、鎳/氫電池(1970年)和鋰電池(1990年)不斷涌現(xiàn)，實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。但隨著電氣化、電網(wǎng)等大型應(yīng)用的發(fā)展，現(xiàn)已商業(yè)化的鋰離子電池一般采用有機(jī)電解液作為電解質(zhì)，該電池存在漏液和易燃易爆問題，且在高溫、大電流工作時鋰金屬負(fù)極在循環(huán)過程中易生成鋰枝晶造成電池短路，當(dāng)其用于大容量存儲時具有較大的安全隱患。此外，為解決電動汽車中退役的電池組回收利用問題，提出鋰離子電池梯次利用方案，即將報廢的車用鋰離子電池降級使用，繼續(xù)發(fā)揮余熱，但該方案具有較高的隱形成本以及再次降級應(yīng)用時與新儲能場景不適配的問題。因此，目前商業(yè)化的鋰離子已不能完全滿足現(xiàn)階段能量存儲所要求的性能、成本和其他擴(kuò)展目標(biāo)。針對移動式儲能和中大型儲能應(yīng)用領(lǐng)域，研發(fā)“下一代電池”技術(shù)以提高電池安全性、增加電池能量密度，并進(jìn)一步降低制造成本以及對環(huán)境友好顯得尤為重要。根據(jù)歐盟2020年12月最新頒布的電池技術(shù)分類(表1)，電化學(xué)儲能技術(shù)正逐步從鋰離子電池(第4代以前)朝向下一代電池技術(shù)(第4代之后)發(fā)展，主要包括：固態(tài)鋰電池、鈉離子電池、鉀離子電池、鋅離子電池、全固態(tài)電池、多價離子電池和金屬-空氣電池等技術(shù)領(lǐng)域，并有望于2025年以后實現(xiàn)市場化應(yīng)用。
圖1 電化學(xué)儲能技術(shù)的發(fā)展歷程
表1 歐盟電池技術(shù)分類
1 主要國家/地區(qū)戰(zhàn)略布局
隨著電力系統(tǒng)靈活性需求增強(qiáng)，分布式能源逐漸增多，電化學(xué)儲能技術(shù)日益得到重視，世界各主要國家紛紛出臺舉措以推進(jìn)儲能技術(shù)研發(fā)，不斷改進(jìn)鋰離子電池性能，并探索開發(fā)新型儲能電池。
1.1 美國
美國是全球儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展較早的國家，也是目前擁有儲能項目最多的國家，并擁有全球近半數(shù)的示范項目。在2021年3月美國儲能協(xié)會(ESA)和伍德麥肯茲(Wood Mackenzie)發(fā)布的《美國儲能監(jiān)測》報告顯示，2020年美國新增儲能規(guī)模達(dá)到1464 MW，較2019年增長179%，其中，電網(wǎng)側(cè)儲能在美國發(fā)展迅速，2020年第四季度部署的651 MW儲能系統(tǒng)中，電網(wǎng)側(cè)儲能貢獻(xiàn)了529 MW。住宅儲能占第四季度總儲能的14%，為90.1 MW，剩余31.9 MW為非住宅用戶儲能。
1.1.1 戰(zhàn)略部署
美國極為重視對儲能技術(shù)的開發(fā)，較早出臺了儲能技術(shù)的研發(fā)規(guī)劃和戰(zhàn)略部署路線。2012年專門成立了新一代電池的研發(fā)組織“儲能聯(lián)合研究中心(JCESR)”。2016年7月，奧巴馬政府宣布發(fā)起了“電池500”計劃，用五年時間打造高能量密度和高循環(huán)壽命的高性能電池。2020年1月，DOE宣布投入1.58億美元啟動“儲能大挑戰(zhàn)”計劃，并在2020年12月，DOE正式發(fā)布了美國首個綜合性儲能戰(zhàn)略《儲能大挑戰(zhàn)路線圖》，提出將在儲能技術(shù)開發(fā)、儲能制造和供應(yīng)鏈、儲能技術(shù)轉(zhuǎn)化、政策與評估、勞動力開發(fā)五大重點領(lǐng)域開展行動，實現(xiàn)到2030年美國國內(nèi)的儲能技術(shù)及設(shè)備的開發(fā)制造能力將能夠滿足美國市場所有需求，無需依靠國外來源，并在全球儲能領(lǐng)域建立領(lǐng)導(dǎo)地位。2021年6月發(fā)布的《國家鋰電藍(lán)圖2021—2030》，設(shè)定了到2030年的行動目標(biāo)以構(gòu)建美國本土的鋰電池制造價值鏈。
1.1.2 項目研發(fā)
美國能源部通過電力傳輸與能源可靠性辦公室的“儲能計劃”持續(xù)對儲能技術(shù)進(jìn)行研發(fā)，2018年12月，美國能源部宣布未來五年內(nèi)為JCESR第二期投入1.2億美元，以推進(jìn)電池科學(xué)和技術(shù)研究開發(fā)。到2019年，DOE在“儲能計劃”下共開展了16個項目，涉及鉛酸電池、鋰離子電池、鈉離子電池、全釩液流電池、飛輪儲能、等溫壓縮空氣儲能、儲能數(shù)據(jù)庫構(gòu)建等技術(shù)。
此外，DOE通過其下屬的先進(jìn)能源研究計劃署(ARPA-E)對儲能技術(shù)給予支持，2009—2019年共在13個研發(fā)計劃下開展了95個儲能相關(guān)的項目，包括：示范了一種用于液流電池的新型隔膜；在用Mg2+代替Li+的電池科學(xué)基礎(chǔ)方面取得了實質(zhì)性進(jìn)展；開發(fā)了計算工具，利用該工具篩選出了超過24000種潛在的電解質(zhì)和電極化合物，用于新的電池概念和化學(xué)品。2018—2022年，JCESR將在五個方向重點研究[10]，包括：液體溶劑化科學(xué)、固體溶劑化科學(xué)、流動性氧化還原科學(xué)、動態(tài)界面的電荷轉(zhuǎn)移、材料復(fù)雜性科學(xué)(表2)
表2 2018—2022年美國能源部儲能聯(lián)合研究中心支持的電化學(xué)儲能相關(guān)重點研究方向
1.2 歐盟
歐盟極為重視對電池儲能技術(shù)的研發(fā)，將其視為實現(xiàn)工業(yè)、交通、建筑等行業(yè)電氣化，促進(jìn)向“碳中和”社會發(fā)展的重要因素，希望通過開發(fā)高性能電池?fù)屨嘉磥黼姎饣鐣偁幹聘唿c，爭奪全球電池研發(fā)和生產(chǎn)的主導(dǎo)權(quán)。
1.2.1 戰(zhàn)略部署
2010年，歐盟成立歐洲能源研究聯(lián)盟(EERA)，確定電化學(xué)儲能、化學(xué)儲能、儲熱、機(jī)械儲能、超導(dǎo)磁儲能和儲能技術(shù)經(jīng)濟(jì)六個重點技術(shù)領(lǐng)域。2017年11月，歐盟發(fā)布了“戰(zhàn)略能源技術(shù)規(guī)劃”(SET-Plan)電池實施計劃，提出電池研究創(chuàng)新的重點領(lǐng)域：電池材料/化學(xué)/設(shè)計和回收、制造技術(shù)、電池應(yīng)用和集成。同年，歐洲儲能協(xié)會(EASE)和EERA聯(lián)合發(fā)布新版《歐洲儲能技術(shù)發(fā)展路線圖》，提出未來10年通過推動組建歐洲電池聯(lián)盟(EBA)、歐洲技術(shù)與創(chuàng)新平臺“電池歐洲”(Batteries Europe)和“電池2030+”聯(lián)合研究計劃，推進(jìn)不同技術(shù)成熟度的研究和開發(fā)工作，這些相互銜接互補(bǔ)的機(jī)制構(gòu)建起歐洲電池研究與創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)(圖2)。
圖2 歐洲電池研究與創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)-歐洲電池聯(lián)盟、電池歐洲技術(shù)與創(chuàng)新平臺和電池2030+之間的銜接互補(bǔ)
2017年，歐盟成立“歐洲電池聯(lián)盟”，旨在歐洲打造出具有全球競爭力的電池價值鏈。2018年發(fā)布《電池戰(zhàn)略行動計劃》，宣布將設(shè)立一個規(guī)模為10億歐元的新型電池技術(shù)旗艦研究計劃。基于此計劃，2019年2月，歐盟宣布創(chuàng)建歐洲電池技術(shù)與創(chuàng)新平臺“電池歐洲”，以確定電池研究優(yōu)先領(lǐng)域、制定長期愿景、闡述戰(zhàn)略研究議程與發(fā)展路線。2020年3月，歐盟“電池2030+”計劃工作組發(fā)布的電池研發(fā)路線圖，提出未來10年歐盟電池技術(shù)研發(fā)重點將圍繞材料開發(fā)、相界面研究、先進(jìn)傳感器、自修復(fù)功能四個主要領(lǐng)域，開發(fā)智能、安全、可持續(xù)且具有成本競爭力的超高性能電池。2020年7月，“電池歐洲”發(fā)布《歐洲電池行業(yè)短期研發(fā)創(chuàng)新優(yōu)先事項》報告，針對歐洲電池創(chuàng)新價值鏈提出了短期(2021—2023年)的七大優(yōu)先創(chuàng)新研發(fā)事項。同年12月，“電池歐洲”發(fā)布了其第一個《電池戰(zhàn)略研究議程》，明確了到2030年從電池應(yīng)用、電池制造與材料、原材料循環(huán)經(jīng)濟(jì)、歐洲電池競爭優(yōu)勢四方面關(guān)鍵行動，旨在推進(jìn)電池價值鏈相關(guān)研究和創(chuàng)新行動的實施。
1.2.2 項目研發(fā)
2018年6月歐盟在“地平線2020”計劃基礎(chǔ)上制定了“地平線歐洲”框架計劃，明確支持“可再生能源存儲技術(shù)和有競爭力的電池產(chǎn)業(yè)鏈”，為其投入150億歐元的研發(fā)經(jīng)費(fèi)。同年7月更新了“地平線2020”(2018—2020)計劃中能源和交通運(yùn)輸?shù)捻椖抠Y助計劃，即新增一個主題名為“建立一個低碳、彈性的未來氣候：下一代電池”跨領(lǐng)域研究活動，旨在整合“地平線2020”(2018—2020)分散資助的與下一代電池有關(guān)的研究創(chuàng)新工作，推動歐盟國家電池技術(shù)創(chuàng)新突破，開發(fā)更具價格競爭力、更高性能和更長壽命的電池技術(shù)。新增資助計劃將在2019年提供1.14億歐元用于支持7個主題的電池研究課題，主要包括：高性能、高安全性的車用固態(tài)電池技術(shù)；非車用電池技術(shù)；氧化還原液流電池仿真建模研究；適用于固定式儲能的先進(jìn)氧化還原液流電池；先進(jìn)鋰離子電池的研究與創(chuàng)新；鋰離子電池材料及輸運(yùn)過程建模；鋰離子電池生產(chǎn)試點網(wǎng)絡(luò)。2020年，預(yù)計歐盟將再投入7000萬歐元用于電池相關(guān)研究項目。
1.2.3 產(chǎn)業(yè)發(fā)展
歐盟委員會預(yù)測，到2025年歐洲電池市場規(guī)模將達(dá)到2500億歐元，此外，歐盟委員于2019年12月和2021年1月分別發(fā)布兩項與電池相關(guān)的“歐洲共同利益重要項目”(IPCEI)。2019年宣布由比利時、芬蘭、法國、德國、意大利、波蘭和瑞典七國到2031年前共同投入32億歐元公共資金，并將撬動50億歐元的私人投資，用于開發(fā)高度創(chuàng)新和可持續(xù)的鋰離子電池技術(shù)(液態(tài)電解質(zhì)和固態(tài)電池)，以實現(xiàn)整個電池價值鏈的創(chuàng)新。2021年1月，歐盟委員會宣布除最初歐盟電池IPCEI項目的7個歐盟成員國之外，奧地利、克羅地亞、希臘、斯洛伐克和西班牙也一起參與一項近120億歐元的新項目。將在電池制造的四個核心階段(原材料開采、電池芯設(shè)計、電池組系統(tǒng)和回收供應(yīng)鏈)投資創(chuàng)建新的解決方案，整個項目將持續(xù)到2028年。迄今為止，歐盟委員會已撥出60億歐元用于提高歐洲電池制造能力。此外，歐洲計劃設(shè)立22個大型電池工廠，到2025年，歐洲電池產(chǎn)能將從2020年的49 GW·h提高到460 GW·h，增幅近10倍，滿足年產(chǎn)800萬輛電動汽車的需求，其中一半產(chǎn)能位于德國。到2030年歐洲將建立6座總年產(chǎn)能達(dá)到240 GW·h的超級電池廠，其中位于瑞典專注于生產(chǎn)高端電池的謝萊夫特奧(Skellefte)工廠有望在2023年投入商用，年產(chǎn)能將擴(kuò)張至40 GW·h。
1.3 日本
由于日本國土面積小、需求量占比大，以及地貌特征等因素，相比大規(guī)模太陽能發(fā)電站，屋頂光伏產(chǎn)業(yè)和分布式電站的發(fā)展火熱。與此同時，日本采用激勵措施鼓勵住宅采用儲能系統(tǒng)，以緩解大量涌入的分布式太陽能帶來的電網(wǎng)管理挑戰(zhàn)，這也讓電池儲能系統(tǒng)的需求不斷增加。
1.3.1 戰(zhàn)略部署
2012年7月，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省公布了《蓄電池戰(zhàn)略》，提出在2020年左右將鈉硫、鎳氫等大型蓄電池的電力成本降至與抽水蓄能發(fā)電成本相當(dāng)，實現(xiàn)全球蓄電池市場占有率50%的目標(biāo)。2013年8月，日本新能源與工業(yè)技術(shù)開發(fā)組織(NEDO)制定了《充電電池技術(shù)發(fā)展路線圖》，更新了到2030年固定式電池、車用電池及電池材料的研發(fā)目標(biāo)和路線。2016年4月，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省發(fā)布了面向2050年技術(shù)前沿的《能源環(huán)境技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略》，明確將電化學(xué)儲能技術(shù)納入五大技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)域并提出重點開發(fā)領(lǐng)域包括固態(tài)鋰電池、鋰硫電池、鋅-空氣電池、新型金屬-空氣電池和其他新型電池(如氟化物電池、鈉電池、多價離子電池、新概念氧化還原電池等)。重點研發(fā)低成本、安全可靠的快速充放電先進(jìn)蓄電池技術(shù)，使其能量密度達(dá)到現(xiàn)有鋰離子電池的7倍，同時成本降至1/10，使得小型電動汽車?yán)m(xù)航里程達(dá)到700 km以。2020年12月，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省發(fā)布了《綠色增長戰(zhàn)略》，明確提出開發(fā)性能更優(yōu)異但成本更低廉的新型電池技術(shù)。
1.3.2 項目研發(fā)
日本NEDO持續(xù)設(shè)立國家層面研發(fā)項目，支持儲能技術(shù)開發(fā)。2019財年對于儲能領(lǐng)域，正重點進(jìn)行全固態(tài)鋰離子電池和超越鋰離子電池的新型電池研發(fā)。2000—2019年，NEDO共開展了10個儲能相關(guān)項目。其中，2018年7月，NEDO通過了“創(chuàng)新性蓄電池-固態(tài)電池”開發(fā)項目，聯(lián)合23家企業(yè)、15家日本國立研究機(jī)構(gòu)，計劃未來5年內(nèi)聯(lián)合研發(fā)電動車全固態(tài)電池。該項目分兩個階段，第一期(2016—2020年)研發(fā)內(nèi)容是新概念電池基礎(chǔ)技術(shù)開發(fā)以促進(jìn)商業(yè)化，將開發(fā)超越鋰離子電池的新型電池。2021年正在開展研究項目是：新型高效電池技術(shù)開發(fā)第二期項目(項目周期2018—2022年，總經(jīng)費(fèi)100億日元)，將攻克全固態(tài)電池商業(yè)化應(yīng)用的技術(shù)瓶頸，為在2030年左右實現(xiàn)規(guī)模化量產(chǎn)奠定技術(shù)基礎(chǔ)。
2 我國電化學(xué)儲能發(fā)展現(xiàn)狀
2.1 戰(zhàn)略規(guī)劃
我國儲能產(chǎn)業(yè)起步較晚，但發(fā)展迅速，多項政策指導(dǎo)并促進(jìn)了電化學(xué)儲能技術(shù)發(fā)展。2010年《可再生能源法修正案》中首次提到要發(fā)展儲能技術(shù)，奠定了儲能技術(shù)在推進(jìn)我國能源革命中的重要地位。2015年3月《中共中央國務(wù)院關(guān)于進(jìn)一步深化電力體制改革的若干意見》中，明確提出在確保安全的前提下，積極發(fā)展融合先進(jìn)儲能技術(shù)。并在次年《國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃綱要》中提出的能源發(fā)展八大重大工程中重點提出要加快推進(jìn)大規(guī)模儲能等技術(shù)研發(fā)應(yīng)用。為解決儲能部署中面臨的技術(shù)瓶頸，同年發(fā)布的《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計劃(2016—2030年)》明確提出了儲能發(fā)展目標(biāo)：到2020年，突破化學(xué)儲電的各種新材料制備、儲能系統(tǒng)集成和能量管理等核心關(guān)鍵技術(shù)。到2050年，積極探索新材料、新方法，實現(xiàn)具有優(yōu)勢的先進(jìn)儲能技術(shù)儲備，并在高儲能密度低保溫成本熱化學(xué)儲熱技術(shù)、新概念電化學(xué)儲能技術(shù)(液體電池、鎂基電池等)、基于超導(dǎo)磁和電化學(xué)的多功能全新混合儲能技術(shù)等實現(xiàn)重大突破。為進(jìn)一步推進(jìn)儲能技術(shù)靈活應(yīng)用，2020年8月，國家發(fā)改委、國家能源局在《關(guān)于開展“風(fēng)光水火儲一體化”“源網(wǎng)荷儲一體化”的指導(dǎo)意見(征求意見稿)》中提出儲能快速靈活調(diào)節(jié)能力須在綜合能源發(fā)展項目中體現(xiàn)。2021年隨著我國提出碳達(dá)峰、碳中和“3060目標(biāo)”，為構(gòu)建清潔低碳、安全高效能源體，國家發(fā)展改革委、國家能源局發(fā)布《關(guān)于加快推動新型儲能發(fā)展的指導(dǎo)意見(征求意見稿)》，提出將發(fā)展新型儲能作為提升能源電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力、綜合效率和安全保障能力，支撐新型電力系統(tǒng)建設(shè)的重要舉措，最終實現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)。
2.2 重大項目發(fā)展方向和示范部署
“十三五”以來，我國政府愈加重視電化學(xué)儲能技術(shù)的相關(guān)研發(fā)，部署了一系列重大研究項目?！赌茉醇夹g(shù)革命創(chuàng)新行動計劃(2016—2030年)》明確提出了電池儲能發(fā)展目標(biāo)：到2020年，示范推廣100 MW級全釩液流電池儲能系統(tǒng)、10 MW級鈉硫電池儲能系統(tǒng)和100 MW級鋰離子電池儲能系統(tǒng)等一批趨于成熟的儲能技術(shù)。此外，一系列國家重點研發(fā)計劃(2017年、2018年、2021年)均提出推動液流電池、鋰離子電池、鉛酸電池、金屬空氣電池、固態(tài)電池等新興技術(shù)項目研發(fā)部署。2021年“儲能與智能電網(wǎng)技術(shù)”重點專項明確提出，重點圍繞中長時間尺度儲能技術(shù)在內(nèi)的六大技術(shù)方向進(jìn)行研究，包括啟動吉瓦時級鋰離子電池儲能系統(tǒng)技術(shù)、兆瓦時級本質(zhì)安全固態(tài)鋰離子儲能電池技術(shù)、金屬硫基儲能電池等重大研究項目。同年，“新能源汽車”重點專項中也提出將重點研發(fā)全固態(tài)金屬鋰電池技術(shù)、高安全、全氣候動力電池系統(tǒng)技術(shù)等技術(shù)領(lǐng)域。相較于美國、歐盟和日本電化學(xué)儲能研發(fā)支持，中國新型高能電化學(xué)儲能技術(shù)競爭態(tài)勢布局對比如表3所示。
表3 全球主要國家新型高能電化學(xué)儲能技術(shù)競爭態(tài)勢布局對比
為推進(jìn)儲能項目由研發(fā)示范向商業(yè)化初期過渡，實現(xiàn)商業(yè)化初期向規(guī)?；l(fā)展的轉(zhuǎn)變，2020年國家發(fā)改委、能源局公布了首批科技創(chuàng)新(儲能)試點示范項目，主要對可再生能源發(fā)電側(cè)、用戶側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、配合常規(guī)火電參與輔助服務(wù)等4個應(yīng)用領(lǐng)域共8個項目開展示范，項目名單見表4所示。
表4 2020年我國首批科技創(chuàng)新(儲能)試點示范項目
根據(jù)中國能源研究會儲能專委會/中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟(CNESA)于2021年4月發(fā)布的《儲能產(chǎn)業(yè)研究白皮書2021》數(shù)據(jù)，截至2020年底，中國已投運(yùn)電化學(xué)儲能示范項目累計裝機(jī)規(guī)模位列全國儲能總裝機(jī)規(guī)模第二，達(dá)到3269.2 MW，較往年同比增長91.2%。其中，鋰離子電池累計裝機(jī)規(guī)模最大，達(dá)到2902.4 MW。從我國電化學(xué)儲能主要提供商裝機(jī)規(guī)模來看，2020年，中國新增投運(yùn)的電化學(xué)儲能項目裝機(jī)規(guī)模排名前十位的公司依次為：寧德時代、力神、?；履茉?、億緯動力、上海電氣國軒新能源、南都電源、贛鋒電池、比亞迪、中航鋰電和國軒高科。
3 我國電化學(xué)儲能發(fā)展啟示與建議
近年來，我國雖然在電化學(xué)儲能制造技術(shù)上努力追趕歐、美、日、韓等先進(jìn)技術(shù)國家，但對儲能電池機(jī)理研究，如理解充放電和物質(zhì)轉(zhuǎn)移/傳輸?shù)奈锢砘瘜W(xué)過程；技術(shù)突破，如開發(fā)高安全性、長壽命、低成本的鋰離子電池、鈉離子電池及其他新型高能化學(xué)電源體系，集成系統(tǒng)、改進(jìn)封裝設(shè)計以及應(yīng)用新材料等方面仍面臨諸多挑戰(zhàn)，在離子傳導(dǎo)膜、電解液、雙極板等關(guān)鍵材料制造上距離技術(shù)發(fā)達(dá)國家有一定差距，多種類型電化學(xué)儲能技術(shù)的示范應(yīng)用才剛剛起步。通過對電化學(xué)儲能技術(shù)相關(guān)國際政策規(guī)劃的解讀，對該領(lǐng)域發(fā)展提出以下建議：
（1）明確頂層設(shè)計，提出下一代新型電化學(xué)儲能技術(shù)的中長期發(fā)展路徑。國家戰(zhàn)略層面上，通過綜合考慮“雙碳”目標(biāo)背景下，我國能源格局發(fā)展方向以及相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)部署規(guī)劃，加快出臺推進(jìn)下一代新型電化學(xué)儲能技術(shù)的頂層設(shè)計方案。在中長期能源轉(zhuǎn)型過程中，明確新型電化學(xué)儲能技術(shù)階段性發(fā)展目標(biāo)、設(shè)立重點專項、鼓勵創(chuàng)建新型儲能研發(fā)創(chuàng)新平臺，支持產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化應(yīng)用，構(gòu)建新型電化學(xué)儲能技術(shù)的長期穩(wěn)定發(fā)展環(huán)境。
（2）加大技術(shù)研發(fā)，促進(jìn)新型電化學(xué)儲能技術(shù)的項目示范。技術(shù)研發(fā)層面上，進(jìn)一步提升鋰離子電池性能及安全性，降低系統(tǒng)成本，促進(jìn)市場規(guī)?；a(chǎn)。加快全固態(tài)鋰電池技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用，不斷推進(jìn)以鈉離子電池、金屬-空氣電池、多價離子電池等為代表的下一代新型電池技術(shù)研發(fā)，開展電池制備關(guān)鍵材料、單元和集成管理等全系統(tǒng)的技術(shù)攻關(guān)。探索新型電化學(xué)儲能技術(shù)應(yīng)用場景，不斷推進(jìn)下一代新型電化學(xué)儲能技術(shù)大規(guī)模示范部署。
（3）注重產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化，建立有利于新型電化學(xué)儲能技術(shù)的市場機(jī)制。產(chǎn)業(yè)運(yùn)營層面上，應(yīng)盡快明確電化學(xué)儲能獨(dú)立市場運(yùn)營體身份，從電力系統(tǒng)輔助服務(wù)角色中剝離，賦予電化學(xué)儲能技術(shù)應(yīng)用更大的靈活性，作為獨(dú)立市場主體從產(chǎn)業(yè)全系統(tǒng)多角度實現(xiàn)電力高效利用，激發(fā)市場競爭活力。加快建立新型電化學(xué)儲能市場機(jī)制，充分體現(xiàn)儲能技術(shù)對電力系統(tǒng)之外其他終端應(yīng)用的商業(yè)價值。
（4）完善配套基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，推進(jìn)新型電化學(xué)儲能設(shè)備智慧化運(yùn)行?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)層面上，面對終端應(yīng)用的日趨多元化，新型電化學(xué)儲能基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)加快推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化、易拆解以及通用性的連接方式，實現(xiàn)儲能設(shè)施靈活高效并網(wǎng)運(yùn)行。此外，結(jié)合我國“新基建”涵蓋領(lǐng)域和多種數(shù)字化技術(shù)推陳出新，建立新型電化學(xué)儲能云平臺，利用大數(shù)據(jù)、云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、區(qū)塊鏈等數(shù)字化技術(shù)，加強(qiáng)發(fā)電側(cè)和終端應(yīng)用同儲能設(shè)施的靈活互控，實現(xiàn)儲能設(shè)施混合配置、協(xié)調(diào)優(yōu)化、高效操控的智慧化運(yùn)行。
第一作者：湯勻（1990—），女，博士，助理研究員，研究方向為能源戰(zhàn)略情報研究，E-mail：tangy@mail.whlib.ac.cn
通訊作者：陳偉，研究員，研究方向為能源戰(zhàn)略情報研究，E-mail：chenw@whlib.ac.cn。
