中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：近日，麻省理工學(xué)院發(fā)布了《儲(chǔ)能系統(tǒng)的未來(lái)》研究報(bào)告，指出到本世紀(jì)中葉，可再生能源發(fā)電有望取代化石燃料發(fā)電，部署不同的儲(chǔ)能技術(shù)可以優(yōu)化和利用不斷增長(zhǎng)的可再生能源發(fā)電。報(bào)告研究和分析了各種儲(chǔ)能技術(shù)（電化學(xué)儲(chǔ)能、儲(chǔ)熱、化學(xué)儲(chǔ)能和機(jī)械儲(chǔ)能）關(guān)鍵性能、應(yīng)用領(lǐng)域和成本指標(biāo)等，呼吁應(yīng)積極支持長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)、多類型電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)到2050年電網(wǎng)系統(tǒng)完全脫碳。具體內(nèi)容如下：
1、儲(chǔ)能技術(shù)創(chuàng)新階段比較
能源相關(guān)的技術(shù)創(chuàng)新通常需要經(jīng)過(guò)五個(gè)階段：①概念提出；②技術(shù)研發(fā)；③一定規(guī)模的工程試驗(yàn)；④技術(shù)示范；⑤部署應(yīng)用。表1涵蓋了各種儲(chǔ)能技術(shù)當(dāng)前創(chuàng)新階段。
隨著脫碳要求變得更為嚴(yán)格和對(duì)波動(dòng)性可再生能源發(fā)電的依賴不斷增加，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)具有更廣泛的應(yīng)用前景。例如在波動(dòng)性可再生能源發(fā)電供應(yīng)低谷期或由于極端天氣導(dǎo)致異常高水平的電力需求，而此時(shí)電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商被禁止使用未裝碳捕集裝置的天然氣發(fā)電時(shí)，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)至關(guān)重要。
2、電化學(xué)儲(chǔ)能
電化學(xué)儲(chǔ)能能量密度通常比機(jī)械儲(chǔ)能和儲(chǔ)熱系統(tǒng)高，但比化學(xué)儲(chǔ)能（氫儲(chǔ)能）系統(tǒng)要低。電化學(xué)儲(chǔ)能由于占地空間小，不受地理環(huán)境和資源的限制等特點(diǎn)成為一種通用且高度可擴(kuò)展的技術(shù)，其應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋發(fā)電廠到住宅等多種場(chǎng)景。
其中，鋰離子電池因具有高能量密度、高功率密度和高往返效率，在電動(dòng)汽車領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，并在短時(shí)（通常為4小時(shí)或更短）電力系統(tǒng)儲(chǔ)能領(lǐng)域廣泛使用。目前用于電池制造的關(guān)鍵材料成本和可獲取性決定了鋰離子電池的應(yīng)用成本，并可能限制其未來(lái)部署規(guī)模，而這一挑戰(zhàn)將促使電化學(xué)儲(chǔ)能從高性能鋰離子電池的研發(fā)轉(zhuǎn)向化學(xué)原料更為豐富的其他新型電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)。目前，鋰離子電池正在朝向低成本和高性能方向發(fā)展。基于其自身儲(chǔ)能容量成本的限制，鋰離子電池不太可能大規(guī)模應(yīng)用于長(zhǎng)時(shí)（大于12小時(shí)）電力儲(chǔ)能系統(tǒng)中。為了實(shí)現(xiàn)更具經(jīng)濟(jì)效益的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能，美國(guó)能源部應(yīng)支持該方向技術(shù)的研發(fā)和示范，以推進(jìn)使用儲(chǔ)量更為豐富的材料來(lái)替代鋰離子電池技術(shù)。長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的成本、使用年限和制造規(guī)模使研究人員探索新型電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)，例如氧化還原液流電池、金屬-空氣電池，這類電池使用更為廉價(jià)的充放電材料，更具有長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的特點(diǎn)。雖然這幾種新型電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)已展現(xiàn)其應(yīng)用前景，但在關(guān)鍵科學(xué)、工程和制造方面仍存在短板，這意味著政府需要加大力度進(jìn)行投資協(xié)調(diào)予以支持。其他國(guó)家，尤其是中國(guó)正在積極探索該類技術(shù)的創(chuàng)新突破。
3、儲(chǔ)熱
儲(chǔ)熱技術(shù)是利用低成本材料儲(chǔ)存熱量，是一種適合長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能需求的技術(shù)，這類技術(shù)的主要挑戰(zhàn)是如何高效且經(jīng)濟(jì)地將熱量轉(zhuǎn)化為電力。為解決這一挑戰(zhàn)，目前有3種方法：①將現(xiàn)有發(fā)電廠中的燃?xì)廨啓C(jī)替代傳統(tǒng)化石燃料鍋爐，并在其旁配備儲(chǔ)熱設(shè)施，從而降低熱能轉(zhuǎn)化為電能的成本；②開發(fā)動(dòng)力循環(huán)替代系統(tǒng)，即閉式布雷頓循環(huán)，在中溫（550-1000 ℃）下具有更高的熱能轉(zhuǎn)換效率；③推進(jìn)耐高溫材料和高功率轉(zhuǎn)換裝置的研發(fā)，以達(dá)到更高的熱能轉(zhuǎn)換效率、提高高溫材料使用壽命、降低電力成本。
4、化學(xué)儲(chǔ)能（氫儲(chǔ)能）
氫氣被普遍認(rèn)為是一種先進(jìn)的化學(xué)儲(chǔ)能介質(zhì)，因?yàn)槠淇梢酝ㄟ^(guò)較為簡(jiǎn)便的方式生產(chǎn)，同時(shí)可以作為發(fā)電燃料或其他工業(yè)過(guò)程的原料或熱源?；瘜W(xué)儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域主要關(guān)注氫儲(chǔ)能。氫儲(chǔ)能作為一種電力系統(tǒng)儲(chǔ)能形式，其發(fā)揮的作用取決于氫氣在整個(gè)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域中的采用程度，以及未來(lái)氫氣生產(chǎn)、運(yùn)輸和儲(chǔ)存的成本。目前，制氫的主要方法依賴于化石燃料，而這一過(guò)程將產(chǎn)生大量的碳排放。利用低碳電力電解水制氫將推動(dòng)工業(yè)和交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)實(shí)現(xiàn)脫碳目標(biāo)。通過(guò)電解水產(chǎn)生的氫氣在波動(dòng)性可再生能源發(fā)電量降低的時(shí)間段用作工業(yè)和發(fā)電的低碳燃料，將提高波動(dòng)性可再生能源的利用率，降低電力系統(tǒng)脫碳成本。
5、機(jī)械儲(chǔ)能
電能可轉(zhuǎn)化為包括重力勢(shì)能、動(dòng)能等多種形式在內(nèi)的機(jī)械能。機(jī)械儲(chǔ)能包括多種技術(shù)，其共同特點(diǎn)是它們的能量密度遠(yuǎn)低于化學(xué)儲(chǔ)能或電化學(xué)儲(chǔ)能的能量密度。因此，機(jī)械儲(chǔ)能系統(tǒng)往往占地面積大，并需要一定的地勢(shì)條件，不太適用于在小型設(shè)施中應(yīng)用。
抽水蓄能是一種成熟且已廣泛部署的技術(shù)，占全球和美國(guó)現(xiàn)有的電網(wǎng)級(jí)儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模90%以上。但自20世紀(jì)90年代以來(lái)，抽水蓄能在美國(guó)和其他許多國(guó)家部署進(jìn)度顯著放緩（特別是中國(guó)）。此外，抽水蓄能項(xiàng)目的初始成本較高，規(guī)模較大、選址要求較高。該技術(shù)雖然不是嚴(yán)格意義上的利用電能或電能之間轉(zhuǎn)換的儲(chǔ)能技術(shù)，但現(xiàn)有的帶有蓄水池的傳統(tǒng)水電系統(tǒng)可以在平衡嚴(yán)重依賴波動(dòng)性可再生能源發(fā)電的電力系統(tǒng)供需方面發(fā)揮更大的作用。
壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)將壓縮的空氣儲(chǔ)存在地下的洞穴或地上的儲(chǔ)氣罐中，一些壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)還存儲(chǔ)壓縮空氣時(shí)產(chǎn)生的熱量。該技術(shù)作為潛在的電網(wǎng)級(jí)大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)被廣泛研究。盡管壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的成本估算受到多種不確定因素的影響，但該技術(shù)的能源成本通常高于未來(lái)可用的其他儲(chǔ)能技術(shù)的成本。
6、不同儲(chǔ)能技術(shù)成本
通過(guò)平準(zhǔn)化儲(chǔ)能成本（LCOS）數(shù)值來(lái)評(píng)價(jià)各種儲(chǔ)能技術(shù)的成本，根據(jù)單位放電功率和儲(chǔ)能容量成本可將儲(chǔ)能技術(shù)分為三大類：一是儲(chǔ)能容量成本低、功率容量成本高的技術(shù)最適合長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能應(yīng)用和不太頻繁的充放電循環(huán)，包括儲(chǔ)熱、氫儲(chǔ)能、金屬-空氣電池和抽水蓄能技術(shù)等；二是功率容量成本低、儲(chǔ)能容量成本高更適合短時(shí)儲(chǔ)能或頻繁的充放電循環(huán)，包括鋰離子電池技術(shù)；三是這兩項(xiàng)指標(biāo)較為平衡的技術(shù)，包括液流電池技術(shù)。然而真正的高效儲(chǔ)能系統(tǒng)通常涉及不同持續(xù)時(shí)間的儲(chǔ)能技術(shù)的結(jié)合使用。
