中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：1、背景
近期，國家能源局和有關(guān)部門先后發(fā)布了《“十四五”新型儲(chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案》、《“十四五”能源領(lǐng)域科技創(chuàng)新規(guī)劃》，為新型儲(chǔ)能技術(shù)創(chuàng)新方向和技術(shù)產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化發(fā)展提供了指導(dǎo)意見?！笆奈濉毙滦蛢?chǔ)能技術(shù)發(fā)展以創(chuàng)新引領(lǐng)、示范先行為基本原則，補(bǔ)強(qiáng)短板，鍛造長(zhǎng)板，推動(dòng)儲(chǔ)能技術(shù)革新、產(chǎn)業(yè)升級(jí)、成本下降，支撐新型儲(chǔ)能從示范應(yīng)用向規(guī)模市場(chǎng)化的發(fā)展。通過推動(dòng)多元化新型儲(chǔ)能技術(shù)開發(fā)，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新能力顯著提高、核心技術(shù)裝備自主可控水平大幅提升、標(biāo)準(zhǔn)體系基本完善的發(fā)展目標(biāo)，為構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)提供關(guān)鍵支撐。
2、新型儲(chǔ)能技術(shù)類型
根據(jù)電力系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)能的需求，儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景涉及到電源側(cè)（集中式可再生能源并網(wǎng)、火電廠輔助AGC調(diào)頻）、電網(wǎng)側(cè)（電網(wǎng)輸配及輔助服務(wù)）、用戶側(cè)（家庭、工業(yè)園區(qū)）以及分布式微網(wǎng)。不同應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)的性能要求有所不同，儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景的多樣性決定了儲(chǔ)能技術(shù)的多元化發(fā)展。特別地，根據(jù)不同儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)的需求，儲(chǔ)能的應(yīng)用場(chǎng)景可以分為容量型（≥4小時(shí)）、能量型（約1~2小時(shí)）、功率型（≤30分鐘）和備用型（≥15分鐘）四類1。根據(jù)儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)要求的不同進(jìn)行儲(chǔ)能類型劃分，有助于推進(jìn)以市場(chǎng)應(yīng)用為導(dǎo)向的技術(shù)開發(fā)思路，使不同儲(chǔ)能技術(shù)在各自適用的場(chǎng)景中發(fā)揮獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)。《“十四五”能源領(lǐng)域科技創(chuàng)新規(guī)劃》中，將容量型、能量型、功率型和備用型儲(chǔ)能技術(shù)裝備及系統(tǒng)集成技術(shù)列為新型電力系統(tǒng)及其支撐技術(shù)中的重點(diǎn)任務(wù)。
（1）容量型儲(chǔ)能：該類型一般要求儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)不低于 4 h，應(yīng)用于削峰填谷或離網(wǎng)儲(chǔ)能等容量型儲(chǔ)能場(chǎng)景。利用長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)可以減小峰谷差，提升電力系統(tǒng)效率和設(shè)備利用率，降低新發(fā)電機(jī)組和輸電線路的建設(shè)需求。
（2）功率型儲(chǔ)能: 該類型儲(chǔ)能系統(tǒng)的儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)一般在 15～30 min，應(yīng)用于輔助AGC調(diào)頻或平滑間歇性電源功率波動(dòng)等功率型儲(chǔ)能場(chǎng)景。在此場(chǎng)景下，要求儲(chǔ)能系統(tǒng)可以瞬時(shí)吸收或釋放能量，提供快速的功率支撐。
（3）能量型儲(chǔ)能: 該類型介于容量型和功率型儲(chǔ)能之間，一般應(yīng)用于復(fù)合儲(chǔ)能場(chǎng)景，要求儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠提供調(diào)峰調(diào)頻和緊急備用等多重功能，連續(xù)儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)在1～2 h 之間，例如獨(dú)立儲(chǔ)能電站或電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能。
（4）備用型儲(chǔ)能: 在電網(wǎng)突然斷電或電壓跌落時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)作為不間斷電源提供緊急電力，持續(xù)時(shí)間一般不低于15 min，應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心和通訊基站等備用電源場(chǎng)景。
可再生能源發(fā)電存在分鐘、小時(shí)、連續(xù)數(shù)天甚至跨季節(jié)等不同時(shí)間尺度上的波動(dòng)性或間歇性，因此存在對(duì)備用型、功率型、能量型、容量型等不同時(shí)長(zhǎng)儲(chǔ)能技術(shù)類型的需求，以及儲(chǔ)能配置規(guī)模、成本要求等方面的差異。新型儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用需考慮系統(tǒng)發(fā)揮不同的功能價(jià)值，以及可再生能源電力系統(tǒng)可接受的成本約束。目前由于儲(chǔ)能技術(shù)成本仍然較高，商業(yè)模式單一，從經(jīng)濟(jì)性角度無法有效刺激新能源電站主動(dòng)配置儲(chǔ)能系統(tǒng)，需要電價(jià)政策的引導(dǎo)和支持。新型儲(chǔ)能技術(shù)的規(guī)?；l(fā)展將從備用型（離網(wǎng)黑啟動(dòng)）和功率型（平滑功率波動(dòng)，調(diào)頻）應(yīng)用逐步擴(kuò)展至能量型（1小時(shí)左右的臨時(shí)頂峰輸出）和容量型（4小時(shí)以上的削峰填谷）的應(yīng)用。
目前新能源側(cè)配置儲(chǔ)能系統(tǒng)通常以功率型或能量型為主，主要起到平滑功率波動(dòng)的作用。隨著新能源裝機(jī)容量和發(fā)電比例的提升，對(duì)儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)的要求越來越高，容量型儲(chǔ)能的需求日益增長(zhǎng)。例如，2021年美國新增電池儲(chǔ)能系統(tǒng)3.5GW/10.4GWh，大部分系統(tǒng)的持續(xù)放電時(shí)間要求不低于4小時(shí)。美國能源部表示，到2030年，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)必須實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化運(yùn)營(yíng)，以增加電網(wǎng)中可再生能源的份額。國內(nèi)各地也陸續(xù)出臺(tái)文件支持4小時(shí)以上容量型儲(chǔ)能的應(yīng)用。例如，2022年3月，內(nèi)蒙古自治區(qū)能源局發(fā)布文件，要求新增負(fù)荷所配置的新能源項(xiàng)目配建儲(chǔ)能比例不低于新能源配置規(guī)模的15%（4小時(shí)），存量自備負(fù)荷部分按需配置儲(chǔ)能比例。新疆維吾爾自治區(qū)發(fā)改委出臺(tái)文件以儲(chǔ)能規(guī)模確定新能源項(xiàng)目，建設(shè)不低于4小時(shí)時(shí)長(zhǎng)儲(chǔ)能項(xiàng)目的企業(yè)，允許配建儲(chǔ)能規(guī)模4倍的風(fēng)電光伏發(fā)電項(xiàng)目。隨著新能源裝機(jī)規(guī)模的提升和長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)的進(jìn)步，4小時(shí)以上的新型長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)將逐步進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用，滿足電力系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的服務(wù)需求。
3、技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展趨勢(shì)
儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景的復(fù)雜性決定了單一儲(chǔ)能技術(shù)無法滿足電網(wǎng)需求的多樣性。因此，針對(duì)特定場(chǎng)景選擇合適的儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)行開發(fā)和應(yīng)用將是儲(chǔ)能市場(chǎng)的主旋律。
（1）容量型儲(chǔ)能：容量型儲(chǔ)能技術(shù)種類較多，包括新型鋰離子電池、鉛碳電池、液流電池、鈉離子電池、壓縮空氣、儲(chǔ)熱蓄冷、氫儲(chǔ)能等。其中，鉛碳電池、儲(chǔ)熱蓄冷等雖已進(jìn)入商業(yè)推廣階段，但未來還需加強(qiáng)在大容量方向的技術(shù)創(chuàng)新，降低一次投入成本，延長(zhǎng)使用壽命，開發(fā)綠色制造和綠色回收技術(shù)。液流電池、鈉離子電池等已經(jīng)進(jìn)入到示范應(yīng)用階段，目前面臨的普遍問題是成本較高、關(guān)鍵性能還需進(jìn)一步突破。新型鋰離子電池（例如，鋰漿料電池）目前正處于中試或關(guān)鍵技術(shù)突破階段，需要在已有鋰離子動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開發(fā)高安全、低成本、易回收的大容量?jī)?chǔ)能專用電池。
（2）功率型儲(chǔ)能：功率型短時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)主要包括超導(dǎo)儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能、超級(jí)電容器和各類功率型電池。目前面臨的主要問題是系統(tǒng)價(jià)格昂貴、可靠性低、維護(hù)要求較高，未來仍需在關(guān)鍵材料和大功率器件的開發(fā)方面加強(qiáng)創(chuàng)新，掌握核心技術(shù)，建立自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)體系。
（3）能量型儲(chǔ)能：能量型儲(chǔ)能技術(shù)以0. 5C 或1C 型磷酸鐵鋰電池為主，已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)應(yīng)用階段，是目前鋰離子電池應(yīng)用于電力儲(chǔ)能的主要類型。未來該場(chǎng)景也有可能會(huì)成為功率型和容量型混合儲(chǔ)能的應(yīng)用場(chǎng)景。
（4）備用型儲(chǔ)能：備用型儲(chǔ)能技術(shù)要求具有低的自放電率、響應(yīng)時(shí)間短、性能穩(wěn)定、安全可靠，鉛蓄電池、梯級(jí)利用電池、飛輪儲(chǔ)能等都可滿足使用需求。
新型儲(chǔ)能技術(shù)亟待突破的共性關(guān)鍵技術(shù)集中在壽命、回收和安全三個(gè)方面，例如循環(huán)壽命的預(yù)測(cè)及測(cè)試評(píng)價(jià)技術(shù)、低成本修復(fù)延壽技術(shù)、退役電池的梯次利用技術(shù)、綠色回收再生技術(shù)、本質(zhì)安全技術(shù)、安全檢測(cè)及預(yù)警防護(hù)技術(shù)等。儲(chǔ)能技術(shù)未來發(fā)展的重點(diǎn)是圍繞“長(zhǎng)效設(shè)計(jì)、低碳制造、安全運(yùn)維和綠色回收”的理念，加快技術(shù)創(chuàng)新和迭代升級(jí)，結(jié)合不同應(yīng)用場(chǎng)景需求建立和完善標(biāo)準(zhǔn)體系。
（1）壽命：相關(guān)技術(shù)包括壽命提升和壽命檢測(cè)兩個(gè)方面。通過材料體系優(yōu)化、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)、修復(fù)再生等方式可以提高儲(chǔ)能系統(tǒng)使用壽命，進(jìn)而降低度電成本，減少資源浪費(fèi)，這是新型儲(chǔ)能技術(shù)開發(fā)的重要內(nèi)容。另一方面，由于儲(chǔ)能系統(tǒng)的復(fù)雜性，使用壽命受到運(yùn)行環(huán)境、運(yùn)行方式、電池一致性等較多因素的影響，而目前壽命預(yù)測(cè)大多停留于實(shí)驗(yàn)室階段，因此亟需結(jié)合實(shí)際工況開發(fā)面向用戶的儲(chǔ)能系統(tǒng)壽命有效預(yù)測(cè)及測(cè)試評(píng)價(jià)技術(shù)。
（2）回收：雙碳目標(biāo)的提出和上游資源供應(yīng)的波動(dòng)推動(dòng)了儲(chǔ)能電池回收產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。儲(chǔ)能電池回收后的處理主要包括修復(fù)再生、梯次利用和材料回收。修復(fù)再生技術(shù)的開發(fā)有助于減少回收壓力，同時(shí)推動(dòng)具有低成本可修復(fù)再生特性的新型儲(chǔ)能材料及器件的資源循環(huán)利用，推廣從生產(chǎn)源端就考慮易回收的電池長(zhǎng)效設(shè)計(jì)理念。梯次利用的性能評(píng)估和質(zhì)量控制技術(shù)有待突破，如果安全性不能得到保障，梯次利用電池將無法規(guī)模應(yīng)用于儲(chǔ)能領(lǐng)域。材料回收方面主要是提高電池自動(dòng)化拆解和材料分選技術(shù)水平，降低回收環(huán)節(jié)的能耗和碳排放，提高回收率，發(fā)展綠色回收技術(shù)和產(chǎn)品的生態(tài)設(shè)計(jì)，促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。
（3）安全：多起鋰離子電池儲(chǔ)能電站安全事故的發(fā)生為行業(yè)發(fā)展敲響了警鐘?！丁笆奈濉毙滦蛢?chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案》中提出要突破儲(chǔ)能全過程安全技術(shù)，包括電池本質(zhì)安全控制、電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)安全預(yù)警、系統(tǒng)多級(jí)防護(hù)結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵材料、高效滅火及防復(fù)燃、儲(chǔ)能電站整體安全性設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)，以及多元新型儲(chǔ)能接入電網(wǎng)系統(tǒng)的控制保護(hù)與安全防御技術(shù)。其中，新型鋰離子電池的本質(zhì)安全技術(shù)開發(fā)至關(guān)重要，關(guān)系到未來鋰電長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的規(guī)模發(fā)展。
4、總結(jié)
“高安全、低成本、可持續(xù)”是所有新型儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展的共同目標(biāo)。新型儲(chǔ)能技術(shù)從促進(jìn)可再生能源消納到降低可再生能源利用成本，需要結(jié)合不同儲(chǔ)能場(chǎng)景需求進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，推動(dòng)多元化技術(shù)發(fā)展。隨著新能源發(fā)電比例的快速提升，大容量長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)和長(zhǎng)壽命大功率儲(chǔ)能器件的開發(fā)成為儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)亟需的重要攻關(guān)方向。
儲(chǔ)能是保障可再生能源大規(guī)模發(fā)展和電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在支撐能源可再生發(fā)展的同時(shí)，儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)自身的可再生發(fā)展也至關(guān)重要。因此，在全球能源和資源緊張的背景下，儲(chǔ)能技術(shù)開發(fā)應(yīng)站在全產(chǎn)業(yè)鏈和全生命周期的角度，進(jìn)行安全、成本和可持續(xù)發(fā)展能力的綜合評(píng)估，發(fā)展新型儲(chǔ)能的可再生技術(shù)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)商業(yè)模式，加快建立以企業(yè)為主體、市場(chǎng)為導(dǎo)向、產(chǎn)學(xué)研用相結(jié)合的綠色儲(chǔ)能技術(shù)創(chuàng)新體系2。
作者：陳永翀1，2 馮彩梅1 劉丹丹1 劉勇2
1、中國科學(xué)院電工研究所儲(chǔ)能技術(shù)組
2、中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)
參考文獻(xiàn)：
1、陳永翀，儲(chǔ)能電池技術(shù)多元化發(fā)展探討, 中華新能源，2018, 24, 36-41
2、陳永翀，構(gòu)建市場(chǎng)應(yīng)用導(dǎo)向的綠色儲(chǔ)能技術(shù)創(chuàng)新體系，新華網(wǎng)，2020年04月26日
