中國(guó)儲(chǔ)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(guó)科學(xué)院武漢文獻(xiàn)情報(bào)中心；2. 科技大數(shù)據(jù)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3. 中國(guó);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(chǔ)能技術(shù)國(guó)際發(fā)展態(tài)勢(shì)分析[J].儲(chǔ)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(guó)際能源格局從化石能源絕對(duì)主導(dǎo)朝著低碳多能融合發(fā)生轉(zhuǎn)變，儲(chǔ)能技術(shù)作為推動(dòng)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(lái)越受到業(yè)界高度關(guān)注。對(duì)比分析了美國(guó)、歐盟、日本等主要國(guó)家和地區(qū)的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)戰(zhàn)略布局、項(xiàng)目部署和重點(diǎn)示范項(xiàng)目情況。隨著我國(guó)承諾2030碳達(dá)峰、2060碳中和目標(biāo)，我國(guó)政府對(duì)電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)的開發(fā)日益重視，先后出臺(tái)一系列支持政策，啟動(dòng)重大研發(fā)項(xiàng)目開展技術(shù)研究，并部署了一批電化學(xué)儲(chǔ)能示范工程。然而，我國(guó)雖然在電化學(xué)儲(chǔ)能制造技術(shù)上努力追趕歐、美、日、韓等先進(jìn)技術(shù)國(guó)家，但對(duì)儲(chǔ)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(guó)家仍有一定差距，多種類型電化學(xué)儲(chǔ)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(jì)、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(shí)現(xiàn)下一代新型電化學(xué)儲(chǔ)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(chǔ)能技術(shù)；下一代電池技術(shù)；國(guó)際發(fā)展態(tài)勢(shì)；戰(zhàn)略規(guī)劃；項(xiàng)目研發(fā)；碳中和
隨著全球各主要國(guó)家陸續(xù)宣布實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)時(shí)間節(jié)點(diǎn)，太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生清潔能源實(shí)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(shí)空上具有間歇性和分布不均的特點(diǎn)，如果將其直接并網(wǎng)運(yùn)行，對(duì)電網(wǎng)將會(huì)產(chǎn)生較大沖擊。而儲(chǔ)能系統(tǒng)作為能量存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)化設(shè)備，成為了能源革命的關(guān)鍵支撐技術(shù)。儲(chǔ)能技術(shù)分為物理儲(chǔ)能、化學(xué)儲(chǔ)能等大類。其中，物理儲(chǔ)能主要包括抽水儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能以及儲(chǔ)冷儲(chǔ)熱等，化學(xué)儲(chǔ)能則主要包含電池儲(chǔ)能等。不同儲(chǔ)能方式各有特點(diǎn)，因此適用于不同的場(chǎng)景。抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能和電池儲(chǔ)能較適用于電網(wǎng)的削峰填谷、系統(tǒng)調(diào)頻，超導(dǎo)磁儲(chǔ)能和超級(jí)電容器則適用于改善電能質(zhì)量、穩(wěn)定輸出，儲(chǔ)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(dòng)。而電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)相較于物理儲(chǔ)能技術(shù)來(lái)說(shuō)，受地理環(huán)境影響較小，電能存儲(chǔ)和釋放更直接，對(duì)電力調(diào)度調(diào)控更具靈活性，因此，受到新興市場(chǎng)和科研領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。
電化學(xué)儲(chǔ)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(shí)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(wèn)題，且在高溫、大電流工作時(shí)鋰金屬負(fù)極在循環(huán)過(guò)程中易生成鋰枝晶造成電池短路，當(dāng)其用于大容量存儲(chǔ)時(shí)具有較大的安全隱患。此外，為解決電動(dòng)汽車中退役的電池組回收利用問(wèn)題，提出鋰離子電池梯次利用方案，即將報(bào)廢的車用鋰離子電池降級(jí)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(jí)應(yīng)用時(shí)與新儲(chǔ)能場(chǎng)景不適配的問(wèn)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(chǔ)所要求的性能、成本和其他擴(kuò)展目標(biāo)。針對(duì)移動(dòng)式儲(chǔ)能和中大型儲(chǔ)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(duì)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(chǔ)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(jià)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(shí)現(xiàn)市場(chǎng)化應(yīng)用。
圖1 電化學(xué)儲(chǔ)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(guó)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(chǔ)能技術(shù)日益得到重視，世界各主要國(guó)家紛紛出臺(tái)舉措以推進(jìn)儲(chǔ)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(chǔ)能電池。
1.1 美國(guó)
美國(guó)是全球儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展較早的國(guó)家，也是目前擁有儲(chǔ)能項(xiàng)目最多的國(guó)家，并擁有全球近半數(shù)的示范項(xiàng)目。在2021年3月美國(guó)儲(chǔ)能協(xié)會(huì)(ESA)和伍德麥肯茲(Wood Mackenzie)發(fā)布的《美國(guó)儲(chǔ)能監(jiān)測(cè)》報(bào)告顯示，2020年美國(guó)新增儲(chǔ)能規(guī)模達(dá)到1464 MW，較2019年增長(zhǎng)179%，其中，電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能在美國(guó)發(fā)展迅速，2020年第四季度部署的651 MW儲(chǔ)能系統(tǒng)中，電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能貢獻(xiàn)了529 MW。住宅儲(chǔ)能占第四季度總儲(chǔ)能的14%，為90.1 MW，剩余31.9 MW為非住宅用戶儲(chǔ)能。
1.1.1 戰(zhàn)略部署
美國(guó)極為重視對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)的開發(fā)，較早出臺(tái)了儲(chǔ)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(chǔ)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(jì)劃，用五年時(shí)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(dòng)“儲(chǔ)能大挑戰(zhàn)”計(jì)劃，并在2020年12月，DOE正式發(fā)布了美國(guó)首個(gè)綜合性儲(chǔ)能戰(zhàn)略《儲(chǔ)能大挑戰(zhàn)路線圖》，提出將在儲(chǔ)能技術(shù)開發(fā)、儲(chǔ)能制造和供應(yīng)鏈、儲(chǔ)能技術(shù)轉(zhuǎn)化、政策與評(píng)估、勞動(dòng)力開發(fā)五大重點(diǎn)領(lǐng)域開展行動(dòng)，實(shí)現(xiàn)到2030年美國(guó)國(guó)內(nèi)的儲(chǔ)能技術(shù)及設(shè)備的開發(fā)制造能力將能夠滿足美國(guó)市場(chǎng)所有需求，無(wú)需依靠國(guó)外來(lái)源，并在全球儲(chǔ)能領(lǐng)域建立領(lǐng)導(dǎo)地位。2021年6月發(fā)布的《國(guó)家鋰電藍(lán)圖2021—2030》，設(shè)定了到2030年的行動(dòng)目標(biāo)以構(gòu)建美國(guó)本土的鋰電池制造價(jià)值鏈。
1.1.2 項(xiàng)目研發(fā)
美國(guó)能源部通過(guò)電力傳輸與能源可靠性辦公室的“儲(chǔ)能計(jì)劃”持續(xù)對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)行研發(fā)，2018年12月，美國(guó)能源部宣布未來(lái)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(chǔ)能計(jì)劃”下共開展了16個(gè)項(xiàng)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(chǔ)能、等溫壓縮空氣儲(chǔ)能、儲(chǔ)能數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建等技術(shù)。
此外，DOE通過(guò)其下屬的先進(jìn)能源研究計(jì)劃署(ARPA-E)對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)給予支持，2009—2019年共在13個(gè)研發(fā)計(jì)劃下開展了95個(gè)儲(chǔ)能相關(guān)的項(xiàng)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(shí)質(zhì)性進(jìn)展；開發(fā)了計(jì)算工具，利用該工具篩選出了超過(guò)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(gè)方向重點(diǎn)研究[10]，包括：液體溶劑化科學(xué)、固體溶劑化科學(xué)、流動(dòng)性氧化還原科學(xué)、動(dòng)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(guó)能源部?jī)?chǔ)能聯(lián)合研究中心支持的電化學(xué)儲(chǔ)能相關(guān)重點(diǎn)研究方向
1.2 歐盟
歐盟極為重視對(duì)電池儲(chǔ)能技術(shù)的研發(fā)，將其視為實(shí)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(huì)發(fā)展的重要因素，希望通過(guò)開發(fā)高性能電池?fù)屨嘉磥?lái)電氣化社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)制高點(diǎn)，爭(zhēng)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(chǔ)能、化學(xué)儲(chǔ)能、儲(chǔ)熱、機(jī)械儲(chǔ)能、超導(dǎo)磁儲(chǔ)能和儲(chǔ)能技術(shù)經(jīng)濟(jì)六個(gè)重點(diǎn)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(shí)施計(jì)劃，提出電池研究創(chuàng)新的重點(diǎn)領(lǐng)域：電池材料/化學(xué)/設(shè)計(jì)和回收、制造技術(shù)、電池應(yīng)用和集成。同年，歐洲儲(chǔ)能協(xié)會(huì)(EASE)和EERA聯(lián)合發(fā)布新版《歐洲儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展路線圖》，提出未來(lái)10年通過(guò)推動(dòng)組建歐洲電池聯(lián)盟(EBA)、歐洲技術(shù)與創(chuàng)新平臺(tái)“電池歐洲”(Batteries Europe)和“電池2030+”聯(lián)合研究計(jì)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(tái)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(jìng)爭(zhēng)力的電池價(jià)值鏈。2018年發(fā)布《電池戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃》，宣布將設(shè)立一個(gè)規(guī)模為10億歐元的新型電池技術(shù)旗艦研究計(jì)劃?；诖擞?jì)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(tái)“電池歐洲”，以確定電池研究?jī)?yōu)先領(lǐng)域、制定長(zhǎng)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(jì)劃工作組發(fā)布的電池研發(fā)路線圖，提出未來(lái)10年歐盟電池技術(shù)研發(fā)重點(diǎn)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(gè)主要領(lǐng)域，開發(fā)智能、安全、可持續(xù)且具有成本競(jìng)爭(zhēng)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(xiàng)》報(bào)告，針對(duì)歐洲電池創(chuàng)新價(jià)值鏈提出了短期(2021—2023年)的七大優(yōu)先創(chuàng)新研發(fā)事項(xiàng)。同年12月，“電池歐洲”發(fā)布了其第一個(gè)《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(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)四方面關(guān)鍵行動(dòng)，旨在推進(jìn)電池價(jià)值鏈相關(guān)研究和創(chuàng)新行動(dòng)的實(shí)施。
1.2.2 項(xiàng)目研發(fā)
2018年6月歐盟在“地平線2020”計(jì)劃基礎(chǔ)上制定了“地平線歐洲”框架計(jì)劃，明確支持“可再生能源存儲(chǔ)技術(shù)和有競(jìng)爭(zhēng)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(jì)劃中能源和交通運(yùn)輸?shù)捻?xiàng)目資助計(jì)劃，即新增一個(gè)主題名為“建立一個(gè)低碳、彈性的未來(lái)氣候：下一代電池”跨領(lǐng)域研究活動(dòng)，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(dòng)歐盟國(guó)家電池技術(shù)創(chuàng)新突破，開發(fā)更具價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力、更高性能和更長(zhǎng)壽命的電池技術(shù)。新增資助計(jì)劃將在2019年提供1.14億歐元用于支持7個(gè)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(chǔ)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(guò)程建模；鋰離子電池生產(chǎn)試點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)。2020年，預(yù)計(jì)歐盟將再投入7000萬(wàn)歐元用于電池相關(guān)研究項(xiàng)目。
1.2.3 產(chǎn)業(yè)發(fā)展
歐盟委員會(huì)預(yù)測(cè)，到2025年歐洲電池市場(chǎng)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(xiàng)與電池相關(guān)的“歐洲共同利益重要項(xiàng)目”(IPCEI)。2019年宣布由比利時(shí)、芬蘭、法國(guó)、德國(guó)、意大利、波蘭和瑞典七國(guó)到2031年前共同投入32億歐元公共資金，并將撬動(dòng)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(shí)現(xiàn)整個(gè)電池價(jià)值鏈的創(chuàng)新。2021年1月，歐盟委員會(huì)宣布除最初歐盟電池IPCEI項(xiàng)目的7個(gè)歐盟成員國(guó)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(xiàng)近120億歐元的新項(xiàng)目。將在電池制造的四個(gè)核心階段(原材料開采、電池芯設(shè)計(jì)、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(gè)項(xiàng)目將持續(xù)到2028年。迄今為止，歐盟委員會(huì)已撥出60億歐元用于提高歐洲電池制造能力。此外，歐洲計(jì)劃設(shè)立22個(gè)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(wàn)輛電動(dòng)汽車的需求，其中一半產(chǎn)能位于德國(guó)。到2030年歐洲將建立6座總年產(chǎn)能達(dá)到240 GW·h的超級(jí)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(guó)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(yáng)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(shí)，日本采用激勵(lì)措施鼓勵(lì)住宅采用儲(chǔ)能系統(tǒng)，以緩解大量涌入的分布式太陽(yáng)能帶來(lái)的電網(wǎng)管理挑戰(zhàn)，這也讓電池儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)全球蓄電池市場(chǎng)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(chǔ)能技術(shù)納入五大技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)域并提出重點(diǎn)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(jià)離子電池、新概念氧化還原電池等)。重點(diǎn)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(shí)成本降至1/10，使得小型電動(dòng)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(zhǎng)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(xiàng)目研發(fā)
日本NEDO持續(xù)設(shè)立國(guó)家層面研發(fā)項(xiàng)目，支持儲(chǔ)能技術(shù)開發(fā)。2019財(cái)年對(duì)于儲(chǔ)能領(lǐng)域，正重點(diǎn)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(gè)儲(chǔ)能相關(guān)項(xiàng)目。其中，2018年7月，NEDO通過(guò)了“創(chuàng)新性蓄電池-固態(tài)電池”開發(fā)項(xiàng)目，聯(lián)合23家企業(yè)、15家日本國(guó)立研究機(jī)構(gòu)，計(jì)劃未來(lái)5年內(nèi)聯(lián)合研發(fā)電動(dòng)車全固態(tài)電池。該項(xiàng)目分兩個(gè)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(xiàng)目是：新型高效電池技術(shù)開發(fā)第二期項(xiàng)目(項(xiàng)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(shí)現(xiàn)規(guī)?；慨a(chǎn)奠定技術(shù)基礎(chǔ)。
2 我國(guó)電化學(xué)儲(chǔ)能發(fā)展現(xiàn)狀
2.1 戰(zhàn)略規(guī)劃
我國(guó)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)起步較晚，但發(fā)展迅速，多項(xiàng)政策指導(dǎo)并促進(jìn)了電化學(xué)儲(chǔ)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(chǔ)能技術(shù)，奠定了儲(chǔ)能技術(shù)在推進(jìn)我國(guó)能源革命中的重要地位。2015年3月《中共中央國(guó)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(chǔ)能技術(shù)。并在次年《國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十三個(gè)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(diǎn)提出要加快推進(jìn)大規(guī)模儲(chǔ)能等技術(shù)研發(fā)應(yīng)用。為解決儲(chǔ)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(dòng)計(jì)劃(2016—2030年)》明確提出了儲(chǔ)能發(fā)展目標(biāo)：到2020年，突破化學(xué)儲(chǔ)電的各種新材料制備、儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)具有優(yōu)勢(shì)的先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)儲(chǔ)備，并在高儲(chǔ)能密度低保溫成本熱化學(xué)儲(chǔ)熱技術(shù)、新概念電化學(xué)儲(chǔ)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(chǔ)能技術(shù)等實(shí)現(xiàn)重大突破。為進(jìn)一步推進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)靈活應(yīng)用，2020年8月，國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局在《關(guān)于開展“風(fēng)光水火儲(chǔ)一體化”“源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化”的指導(dǎo)意見(征求意見稿)》中提出儲(chǔ)能快速靈活調(diào)節(jié)能力須在綜合能源發(fā)展項(xiàng)目中體現(xiàn)。2021年隨著我國(guó)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(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局發(fā)布《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見(征求意見稿)》，提出將發(fā)展新型儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)。
2.2 重大項(xiàng)目發(fā)展方向和示范部署
“十三五”以來(lái)，我國(guó)政府愈加重視電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)的相關(guān)研發(fā)，部署了一系列重大研究項(xiàng)目?！赌茉醇夹g(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃(2016—2030年)》明確提出了電池儲(chǔ)能發(fā)展目標(biāo)：到2020年，示范推廣100 MW級(jí)全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)、10 MW級(jí)鈉硫電池儲(chǔ)能系統(tǒng)和100 MW級(jí)鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)等一批趨于成熟的儲(chǔ)能技術(shù)。此外，一系列國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2017年、2018年、2021年)均提出推動(dòng)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(xiàng)目研發(fā)部署。2021年“儲(chǔ)能與智能電網(wǎng)技術(shù)”重點(diǎn)專項(xiàng)明確提出，重點(diǎn)圍繞中長(zhǎng)時(shí)間尺度儲(chǔ)能技術(shù)在內(nèi)的六大技術(shù)方向進(jìn)行研究，包括啟動(dòng)吉瓦時(shí)級(jí)鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)技術(shù)、兆瓦時(shí)級(jí)本質(zhì)安全固態(tài)鋰離子儲(chǔ)能電池技術(shù)、金屬硫基儲(chǔ)能電池等重大研究項(xiàng)目。同年，“新能源汽車”重點(diǎn)專項(xiàng)中也提出將重點(diǎn)研發(fā)全固態(tài)金屬鋰電池技術(shù)、高安全、全氣候動(dòng)力電池系統(tǒng)技術(shù)等技術(shù)領(lǐng)域。相較于美國(guó)、歐盟和日本電化學(xué)儲(chǔ)能研發(fā)支持，中國(guó)新型高能電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)布局對(duì)比如表3所示。
表3 全球主要國(guó)家新型高能電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)布局對(duì)比
為推進(jìn)儲(chǔ)能項(xiàng)目由研發(fā)示范向商業(yè)化初期過(guò)渡，實(shí)現(xiàn)商業(yè)化初期向規(guī)模化發(fā)展的轉(zhuǎn)變，2020年國(guó)家發(fā)改委、能源局公布了首批科技創(chuàng)新(儲(chǔ)能)試點(diǎn)示范項(xiàng)目，主要對(duì)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(gè)應(yīng)用領(lǐng)域共8個(gè)項(xiàng)目開展示范，項(xiàng)目名單見表4所示。
表4 2020年我國(guó)首批科技創(chuàng)新(儲(chǔ)能)試點(diǎn)示范項(xiàng)目
根據(jù)中國(guó)能源研究會(huì)儲(chǔ)能專委會(huì)/中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟(CNESA)于2021年4月發(fā)布的《儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)研究白皮書2021》數(shù)據(jù)，截至2020年底，中國(guó)已投運(yùn)電化學(xué)儲(chǔ)能示范項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)規(guī)模位列全國(guó)儲(chǔ)能總裝機(jī)規(guī)模第二，達(dá)到3269.2 MW，較往年同比增長(zhǎng)91.2%。其中，鋰離子電池累計(jì)裝機(jī)規(guī)模最大，達(dá)到2902.4 MW。從我國(guó)電化學(xué)儲(chǔ)能主要提供商裝機(jī)規(guī)模來(lái)看，2020年，中國(guó)新增投運(yùn)的電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目裝機(jī)規(guī)模排名前十位的公司依次為：寧德時(shí)代、力神、?；履茉?、億緯動(dòng)力、上海電氣國(guó)軒新能源、南都電源、贛鋒電池、比亞迪、中航鋰電和國(guó)軒高科。
3 我國(guó)電化學(xué)儲(chǔ)能發(fā)展啟示與建議
近年來(lái)，我國(guó)雖然在電化學(xué)儲(chǔ)能制造技術(shù)上努力追趕歐、美、日、韓等先進(jìn)技術(shù)國(guó)家，但對(duì)儲(chǔ)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(guò)程；技術(shù)突破，如開發(fā)高安全性、長(zhǎng)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(jì)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(guó)家有一定差距，多種類型電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)的示范應(yīng)用才剛剛起步。通過(guò)對(duì)電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)相關(guān)國(guó)際政策規(guī)劃的解讀，對(duì)該領(lǐng)域發(fā)展提出以下建議：
（1）明確頂層設(shè)計(jì)，提出下一代新型電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)的中長(zhǎng)期發(fā)展路徑。國(guó)家戰(zhàn)略層面上，通過(guò)綜合考慮“雙碳”目標(biāo)背景下，我國(guó)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(tái)推進(jìn)下一代新型電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)的頂層設(shè)計(jì)方案。在中長(zhǎng)期能源轉(zhuǎn)型過(guò)程中，明確新型電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)階段性發(fā)展目標(biāo)、設(shè)立重點(diǎn)專項(xiàng)、鼓勵(lì)創(chuàng)建新型儲(chǔ)能研發(fā)創(chuàng)新平臺(tái)，支持產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化應(yīng)用，構(gòu)建新型電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)的長(zhǎng)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(chǔ)能技術(shù)的項(xiàng)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(chǎng)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(jià)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(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景，不斷推進(jìn)下一代新型電化學(xué)儲(chǔ)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(chǔ)能技術(shù)的市場(chǎng)機(jī)制。產(chǎn)業(yè)運(yùn)營(yíng)層面上，應(yīng)盡快明確電化學(xué)儲(chǔ)能獨(dú)立市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)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(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用更大的靈活性，作為獨(dú)立市場(chǎng)主體從產(chǎn)業(yè)全系統(tǒng)多角度實(shí)現(xiàn)電力高效利用，激發(fā)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)活力。加快建立新型電化學(xué)儲(chǔ)能市場(chǎng)機(jī)制，充分體現(xiàn)儲(chǔ)能技術(shù)對(duì)電力系統(tǒng)之外其他終端應(yīng)用的商業(yè)價(jià)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(chǔ)能設(shè)備智慧化運(yùn)行?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)層面上，面對(duì)終端應(yīng)用的日趨多元化，新型電化學(xué)儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能設(shè)施靈活高效并網(wǎng)運(yùn)行。此外，結(jié)合我國(guó)“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(chǔ)能云平臺(tái)，利用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、移動(dòng)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(chǔ)能設(shè)施的靈活互控，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)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?yàn)槟茉磻?zhàn)略情報(bào)研究，E-mail：tangy@mail.whlib.ac.cn
通訊作者：陳偉，研究員，研究方向?yàn)槟茉磻?zhàn)略情報(bào)研究，E-mail：chenw@whlib.ac.cn。
