聚焦雙碳目標和新型電力系統(tǒng)
加快推進新型儲能技術高質量發(fā)展
規(guī)劃編制新型儲能專業(yè)組
新型儲能是除抽水蓄能以外以輸出電力為主要形式的儲能技術，具有精準控制、快速響應、靈活配置和四象限靈活調節(jié)功率的特點，能夠為電力系統(tǒng)提供多時間尺度、全過程的平衡能力、支撐能力和調控能力，是構建以新能源為主體新型電力系統(tǒng)的重要支撐技術。新型儲能通過與數(shù)字化、智能化技術深度融合，將成為電、熱、冷、氣、氫等多個能源子系統(tǒng)耦合轉換的樞紐，可以促進能源生產消費開放共享和靈活交易、實現(xiàn)多能協(xié)同，支撐能源互聯(lián)網構建，促進能源新業(yè)態(tài)發(fā)展。
《“十四五”能源領域科技創(chuàng)新規(guī)劃》（以下簡稱《規(guī)劃》）聚焦雙碳戰(zhàn)略目標，著力提升能源電力系統(tǒng)調節(jié)能力、綜合效率和安全保障能力，支撐新型電力系統(tǒng)建設和能源綠色、低碳、高效轉型?！兑?guī)劃》緊扣“十四五”新型儲能功能定位，結合新型儲能技術發(fā)展現(xiàn)狀，圍繞能量型/容量型儲能技術裝備及系統(tǒng)集成技術、功率型/備用型儲能技術裝備與系統(tǒng)集成技術、儲能電池共性關鍵技術、分布式儲能與分布式電源協(xié)同聚合技術等方面進行重點任務的部署，確定了4項集中攻關、3項示范試驗和1項應用推廣，并制定了技術路線圖，加快新型儲能規(guī)?；?、高質量發(fā)展。
一、新型儲能技術發(fā)展成就
（一）新型儲能本體技術發(fā)展迅速，呈現(xiàn)出“百花齊放”的良好態(tài)勢。
電化學儲能技術中，鋰離子電池性能大幅提升，電池能量密度提高1倍，循環(huán)壽命提高2~3倍；成本下降迅速，儲能系統(tǒng)建設成本降至1200~1800元/ kWh；平準化度電成本降至0.58~0.73元/ kWh（按照儲能每天充放電循環(huán)一次），產業(yè)鏈持續(xù)完善，基本實現(xiàn)國產化，已初步具備規(guī)模化商業(yè)化發(fā)展條件。液流電池方面已攻克全釩液流電池卡脖子技術，基本能夠實現(xiàn)關鍵材料、部件、單元系統(tǒng)和儲能系統(tǒng)的國產化，循環(huán)壽命超過16000次，儲能系統(tǒng)建設成本降至2500~3900元/ kWh，正在建設百兆瓦級項目試驗示范。鉛碳電池取得較大進步，循環(huán)壽命達5000次，儲能系統(tǒng)建設成本降至1200元/kWh，實現(xiàn)了兆瓦到數(shù)十兆瓦級應用。其他電化學儲能技術如下一代鋰離子電池、鈉離子電池、液態(tài)金屬電池、金屬空氣電池尚不具備實用化價值。機械儲能技術中，壓縮空氣儲能方面開展了新型壓縮空氣儲能研究，并在關鍵技術上取得較大突破，實現(xiàn)10MW級先進壓縮空氣儲能技術試驗示范。飛輪儲能方面自主掌握了飛輪、磁懸浮、電機系統(tǒng)等關鍵技術，實現(xiàn)了鉆機動力調峰、動態(tài)UPS、電能質量管理的示范應用。電磁儲能技術中，超級電容儲能方面混合型電容實現(xiàn)較大突破，能量密度已達到40Wh/kg以上，功率密度已達到1kW/kg以上，充放電循環(huán)次數(shù)50000次以上。儲熱、氫儲能技術也實現(xiàn)了原理樣機突破。
（二）新型儲能應用技術不斷突破，應用規(guī)模穩(wěn)步提升，應用場景不斷拓展，建成了一批試點示范項目。
“十三五”期間，我國儲能應用技術初步突破儲能容量配置、儲能電站能量管理、源-網-荷-儲協(xié)同控制等關鍵技術，先后開展了大容量儲能提升新能源并網友好性、儲能機組二次調頻、大容量儲能電站調峰、分布式儲能提升微電網運行可靠性、儲能電站共享等多樣性示范工程，多個示范工程相關核心技術指標也達到國際先進水平。截至2020年底，我國新型儲能裝機規(guī)模約330萬千瓦，排名世界第一。除了少數(shù)示范項目采用壓縮空氣和飛輪儲能技術，其余采用電化學儲能技術，其中，鋰離子電池規(guī)模占比約89%，鉛蓄電池規(guī)模占比約10%，液流電池裝機規(guī)模占比約0.7%，超級電容儲能規(guī)模占比約0.1%。除了總規(guī)模的提升，單個儲能項目的裝機規(guī)模在不斷突破，據不完全統(tǒng)計，我國裝機規(guī)模在50MW及以上的新型儲能項目約7個，10MW到50MW之間的新型儲能項目約48個，大部分采用鋰離子電池技術。在投運項目中，電源側、電網側和用戶側的儲能規(guī)模占比分別為47%、18%和35%，“新能源+儲能”、常規(guī)火電配置儲能、“互聯(lián)網+”智慧能源、智能微電網、共享儲能等多元化應用場景不斷涌現(xiàn)，其中2020年青海、河北、福建、江蘇、廣東共8個項目入選國家首批科技創(chuàng)新（儲能）試點示范項目，涵蓋可再生能源發(fā)電、火電輔助調頻、電網側、用戶側等主要場景。
二、新型儲能技術面臨形勢
美國、歐盟和日本等在2017~2018年先后發(fā)布了儲能技術發(fā)展路線圖，將鋰離子電池、液流電池、超級電容、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等確定為重點關注的技術類型，并加大了技術研發(fā)投資。美國于2020年發(fā)布了儲能大挑戰(zhàn)路線圖，還對金屬納基電池、鋅基技術、可逆燃料電池、液體空氣儲能、氫儲能等進行了探討，更加重視技術創(chuàng)新引領和產業(yè)鏈完善。
電化學儲能方面，我國鋰離子電池儲能處于國際先進水平，基本實現(xiàn)國產化，但是自動化程度有待提升，部分核心部件如高精度膜頭依賴國外進口，在高精度高速極片熱復合設備、大面積高速真空鍍鋰設備、干法極片設備等新裝備方便開發(fā)較少。液流電池方面，我國全釩液流電池儲能總體處于國際領先水平，少數(shù)釩電堆關鍵材料如質子交換膜主要由國外廠商掌握核心知識產權，雙極板和電極由于產業(yè)鏈不完善尚未擺脫國外市場的制約，國外目前在加緊布局鐵鉻液流、鋅溴液流電池。其他電池方面，鈉硫電池技術被日本NGK壟斷，鈉氯化鎳電池方面我國通過引進美國GE公司技術進行產業(yè)化。機械儲能方面，我國先進壓縮空氣儲能技術研發(fā)處于國際領先水平，但是大功率電動機的設計和制造水平較為欠缺，仍需依賴國外進口。飛輪儲能方面，美國處于國際領先水平，我國的大儲能量飛輪、高速電機、磁懸浮等關鍵技術積累不充分，總體技術水平和國外相比差距約10年。電磁儲能方面，我國的混合型電容器處于國際領先水平，雙電層電容器和贗電容器處于跟跑水平，但是高進度涂敷模頭等高精度部件和碳粉、隔膜、鋁箔等核心材料尚依賴國外進口。
三、新型儲能技術發(fā)展趨勢
“十四五”期間我國年新增新能源裝機預計將達到1~1.2億千瓦左右，相比“十三五”年新增新能源裝機規(guī)模翻番，將對電力系統(tǒng)接網消納能力造成前所未有的挑戰(zhàn)，亟須以新型儲能等技術為物理基礎，結合數(shù)字化智能化等技術，構建新型電力系統(tǒng)。即使考慮新能源發(fā)展布局充分優(yōu)化、火電靈活性改造等措施到位、新能源利用率考核適當放開的情況下，我國新型儲能裝機需求不低于3000萬千瓦，是“十三五”末新型儲能裝機規(guī)模的10倍左右，客觀上要求新型儲能發(fā)展必須提速，實現(xiàn)跨越式發(fā)展。
然而，當前新型儲能技術發(fā)展水平仍面臨一些瓶頸問題亟待突破。
一是新型儲能技術成熟度有待進一步提升。電化學儲能方面，鋰離子電池需進一步提高電池循環(huán)壽命和日歷壽命，在低產熱功率、高能量效率、高安全儲能用電池和模塊技術開發(fā)等方面加強攻關。鐵鉻液流電池技術進展較慢，關鍵材料的全國產化和批量化制備、以及大功率電堆的高效智能組裝技術有待于開發(fā)。鉛炭電池模塊化、集成化、智能化程度仍需進一步提升。機械儲能方面，面向應用場景的系統(tǒng)設計與變工況調控、高效高負荷壓縮/膨脹機、陣列式蓄熱換熱器、電力系統(tǒng)耦合控制等關鍵本體技術和應用技術仍需攻關。電磁儲能方面，混合型電容器儲能技術已經完成研發(fā)，但技術成熟度仍需實證檢驗。
二是目前新型儲能成本仍然偏高，距全面商業(yè)化應用還有較大差距。以電池儲能為例，非電池部分成本仍占到儲能系統(tǒng)成本的50%，降低非電池部分成本將是未來重要任務。
三是儲能系統(tǒng)安全性問題亟待解決，近年來國內外電化學儲能電站的安全事故頻發(fā)，引發(fā)社會和業(yè)界廣泛關注和擔憂，系統(tǒng)安全防護與消防滅火技術水平尚不能完全滿足儲能規(guī)?；瘧眯枨?，亟須開展單體、模組、系統(tǒng)等級別多層安全防護策略研究，做好安全技術提升及消防方案開發(fā)，研究高效熱設計及管理策略，做好功率規(guī)模達百兆瓦級及以上的系統(tǒng)安全可靠性技術開發(fā)。
四是儲能運行控制策略有待優(yōu)化，目前受數(shù)據采集方式、響應速度、控制精度等方面限制，考慮不同儲能時間尺度和響應特性、多點分散布局聚合控制、以及與多種電源品種協(xié)調優(yōu)化的儲能電站調度控制策略有待進一步提升，實際運行中儲能設施對電力系統(tǒng)的各項效益尚未充分發(fā)揮，特別是未來隨著儲能與新能源發(fā)電的深度協(xié)調融合發(fā)展，電網風光儲協(xié)同控制技術可能成為制約儲能系統(tǒng)價值創(chuàng)造的瓶頸。
五是儲能產業(yè)鏈尚未形成閉環(huán)，儲能廢舊設施回收利用環(huán)節(jié)仍有待建立完善。
四、新型儲能技術發(fā)展重點任務和展望
《規(guī)劃》針對電網削峰填谷、集中式可再生能源并網等儲能應用場景，部署了能量型/容量型儲能技術裝備及系統(tǒng)集成研究。在集中攻關方面，部署研發(fā)長壽命、低成本、高安全的鋰離子電池，突破鉛碳電池專用模塊均衡和能量管理技術，開展高功率液流電池關鍵材料、電堆設計以及系統(tǒng)模塊的集成設計等研究，研發(fā)鈉離子電池、液態(tài)金屬電池、鈉硫電池、固態(tài)鋰離子電池、儲能型鋰硫電池、水系電池等新一代高性能儲能技術，開發(fā)儲熱蓄冷、儲氫、機械儲能等儲能技術。在示范試驗方面，開展GWh級鋰離子電池、大規(guī)模壓縮空氣儲能電站和高功率液流電池儲能電站系統(tǒng)設計與示范。力爭到2025年，完成大型空氣壓縮儲能技術及鐵-鉻液流電池技術示范。
《規(guī)劃》針對增強電網調頻、平滑間歇性可再生能源功率波動以及容量備用等儲能應用場景，部署了功率型/備用型儲能技術裝備與系統(tǒng)集成研究。在集中攻關方面，開展超導、電介質電容器等電磁儲能技術攻關，研發(fā)電化學超級電容器、高倍率鋰離子電池等各類功率型儲能器件；研發(fā)大功率飛輪材料以及高速軸承等關鍵技術，突破大功率飛輪與高慣性同步調相機集成關鍵技術，以及50MW級基于飛輪的高慣性同步調相機技術。在示范試驗方面，推動10MW級超級電容器、高功率鋰離子電池、兆瓦級飛輪儲能系統(tǒng)設計與應用示范。力爭到2025年，完成慣性旋轉備用儲能技術應用示范。
《規(guī)劃》針對“十四五”期間新能源側和電網側大規(guī)模配置電化學儲能的形勢，部署了儲能電池共性關鍵技術研究。在集中攻關方面，開展基于儲能電池單體和模組短時間測試數(shù)據預測長日歷壽命的實驗驗證和模擬仿真研究，實現(xiàn)儲能電池25年以上的循環(huán)壽命及健康狀態(tài)快速監(jiān)測和評價；開展低成本可修復再生的新型儲能電池技術研究，研發(fā)退役電池剩余價值評估、單體電池自動化拆解和材料分選技術，實現(xiàn)電池修復、梯次利用、回收與再生；推動儲能單體和系統(tǒng)的智能傳感技術研究；推動儲能電池全壽命周期的安全性檢測、預警和防護研究；開展基于正向設計，適合梯次利用的動力電池設計與制造，以及梯次利用場景分析、快速分選、系統(tǒng)集成和運維等關鍵技術研究。在示范試驗方面，研發(fā)電化學儲能系統(tǒng)安全預警、系統(tǒng)多級防護結構及材料等關鍵技術，示范大型鋰電池儲能電站的整體安全性設計、能量智能管控及運維、先進冷卻及消防等關鍵技術。力爭到2025年，推廣應用大型儲能電站系統(tǒng)集成技術開發(fā)與應用。
《規(guī)劃》針對“十四五”大力發(fā)展分布式新能源和“源網荷儲一體化建設趨勢，部署了分布式儲能與分布式電源協(xié)同聚合技術研究。在集中攻關方面，開展分布式儲能系統(tǒng)協(xié)同聚合研究，提出多點布局儲能系統(tǒng)的聚合方法，掌握多點布局儲能系統(tǒng)聚合調峰、調頻及緊急控制系列理論與成套技術，實現(xiàn)廣域布局的分布式儲能、儲能電站的規(guī)?；簠f(xié)同聚合；開展島嶼可再生能源開發(fā)與智能微網關鍵技術攻關。在應用推廣方面，突破分布式儲能與分布式電源協(xié)同控制和區(qū)域能源調配管理技術，提高配電網對分布式光伏的接納；研發(fā)基于區(qū)塊鏈技術的分布式儲能多元市場化交易平臺，推廣基于區(qū)塊鏈共享儲能應用技術。
