中國儲能網(wǎng)訊：在“雙碳”目標引領下，構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的步伐不斷加快，前不久出臺的《加快構(gòu)建新型電力系統(tǒng)行動方案（2024—2027年）》，更是進一步加快了推進的節(jié)奏。
隨著新型電力系統(tǒng)建設加速推進，“雙高”問題急劇凸顯，給系統(tǒng)平穩(wěn)運行帶來極大挑戰(zhàn)。業(yè)界普遍認為，未來對于儲能尤其是長時儲能的需求將會更加迫切。而儲能尤其是新型儲能作為我國經(jīng)濟發(fā)展“新動能”的地位也越來越得到社會各界的廣泛認可，正日益成為我國加快建設新型能源體系和新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵突破口。
構(gòu)建新型電力系統(tǒng)呼喚長時儲能加持“雖然我國近幾年儲能規(guī)模一直在增長，但是97%以上為鋰電池儲能，都屬于短時儲能，比如100兆瓦/200兆瓦時、200兆瓦/400兆瓦時?！痹?024綜合智慧能源大會嘉賓對話環(huán)節(jié)，北京清大科越股份有限公司高級副總裁、新技術(shù)研究院院長倪暉認為，國內(nèi)儲能發(fā)展非?；馃?，但僅靠短時儲能項目難以全面促進新型電力系統(tǒng)構(gòu)建。
根據(jù)國家能源局的消息，截至今年上半年末，全國已投運鋰離子電池儲能占比97%，壓縮空氣儲能占比1.1%，鉛炭（酸）電池儲能占比0.8%，液流電池儲能占比0.4%，其他技術(shù)路線占比0.7%。其中包括鋰離子電池儲能在內(nèi)的絕大多數(shù)儲能類型均屬于短時儲能。
要區(qū)分一個電力系統(tǒng)是不是新型電力系統(tǒng)，一個基本判斷就是看它對于儲能的地位定位，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)只強調(diào)“源網(wǎng)荷”三個環(huán)節(jié)，而新型電力系統(tǒng)則至少包括“源網(wǎng)荷儲”四個環(huán)節(jié)。浙江大學教授、國家能源局科技司原副司長劉亞芳認為，新型電力系統(tǒng)和新型儲能具有必然聯(lián)系，源網(wǎng)荷儲的“儲”，應該主要是指新型儲能，新型儲能的發(fā)展使得儲能在電力系統(tǒng)的占比迅速提高，實現(xiàn)了從量變到質(zhì)變的飛躍，使得儲能成為電力系統(tǒng)的重要一環(huán)。這里所說的新型儲能是指除抽水蓄能這種傳統(tǒng)儲能形式之外的其他儲能形式。
“儲能非常重要，但長時儲能更加重要。”一直關(guān)注著國內(nèi)儲能行業(yè)發(fā)展的倪暉，通過與歐美局部地區(qū)儲能發(fā)展情況進行對比道出了這樣的感受。
有分析顯示，當可再生能源在電力系統(tǒng)的占比超過50%時，以跨日、跨周、跨季甚至跨年為周期的中長期電力富余和中長期缺電就會成為常態(tài)。德國國家工程院院士、天府新能源研究院院長雷憲章認為，短時儲能可以平抑日內(nèi)峰谷差，促進日內(nèi)電力供需平衡，而應對中長期電力供需平衡問題就得需要中長時儲能了。
由于長時儲能可以提供更長時間的電力安全保障儲備，實現(xiàn)跨日、跨月甚至跨季、跨年的電力電量平移，所以有專家認為“新能源+長時儲能”是保障新型電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的重要解決方案之一。
據(jù)報道，目前美國是全球最大、增速最快的長時儲能市場，美國能源部曾經(jīng)制定過一個“長時儲能攻關(guān)”計劃，宣布10到24小時的長時儲能系統(tǒng)將獲得資金資助。倪暉曾在美國PJM電力市場有10年的工作經(jīng)歷，他了解的情況顯示，未來15年美國加州新建儲能中幾乎八成以上都是長時儲能。
需要強調(diào)的是，世界各國對于長時儲能的定義和標準不盡相同，例如，我國將長時儲能放電時長的標準設定為4小時以上，美國能源部則設定放電時長不低于10小時且使用壽命達到15—20年，英國則要求在最大功率下能至少放電6小時，等等。其實，對于儲能時長等標準定義的不同，也反映了各國能源結(jié)構(gòu)、電網(wǎng)需求、經(jīng)濟發(fā)展戰(zhàn)略及未來能源轉(zhuǎn)型路徑的不同。我國十分重視短時與長時儲能協(xié)調(diào)發(fā)展國家能源局數(shù)據(jù)顯示，截至6月底，全國已建成投運新型儲能項目累計裝機規(guī)模達4444萬千瓦/9906萬千瓦時，比2023年底增長超過40%。
自2023年以來，我國新型儲能技術(shù)已呈百花齊放之勢，300兆瓦等級壓縮空氣儲能項目、100兆瓦等級液流電池儲能項目、兆瓦級飛輪儲能項目紛紛開工建設，重力儲能、液態(tài)空氣儲能等新技術(shù)也正在落地實施。從技術(shù)路線看，壓縮空氣儲能、液流電池儲能、鈉離子電池儲能等多個項目投產(chǎn)，其中既包括短時儲能又包含中長時儲能。
事實上，我國一直十分重視各類儲能技術(shù)和項目的協(xié)調(diào)發(fā)展，儲能時長問題也是其中的重要考量因素。
《“十四五”新型儲能發(fā)展實施方案》明確，開展鈉離子電池、新型鋰離子電池、鉛炭電池、液流電池、壓縮空氣、氫（氨）儲能、熱（冷）儲能等關(guān)鍵核心技術(shù)、裝備和集成優(yōu)化設計研究。在這些研究內(nèi)容中，液流電池、壓縮空氣、氫（氨）儲能、熱（冷）儲能等均屬于中長時儲能技術(shù)路線，其他儲能形式則更適合短時儲能路線，多種路線兼顧研發(fā)。
此外，在《“十四五”新型儲能發(fā)展實施方案》中還多次提及長時儲能或中長時儲能，如“氫儲能、熱（冷）儲能等長時間尺度儲能技術(shù)取得突破”“針對新能源消納和系統(tǒng)調(diào)峰問題，推動大容量、中長時間尺度儲能技術(shù)示范”“推動長時間電儲能、氫儲能、熱（冷）儲能等新型儲能項目建設”。
在項目建設領域，國內(nèi)也有眾多的中長時儲能項目不斷啟動或落地。
4月30日，山東肥城300兆瓦/1800兆瓦時先進壓縮空氣儲能國家示范電站并網(wǎng)發(fā)電，該項目是全球首套300兆瓦先進壓縮空氣儲能電站，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，可連續(xù)放電6小時，年發(fā)電約6億千瓦時。
5月16日，甘肅酒泉玉門300兆瓦壓縮空氣儲能電站示范工程EPC總承包項目也已經(jīng)啟動招標。
另據(jù)2024綜合智慧能源大會的消息，一個儲能密度為傳統(tǒng)壓縮空氣儲能10—15倍的液態(tài)空氣儲能系統(tǒng)方案已經(jīng)出現(xiàn)，該方案解決了空氣存儲和恒壓釋放問題，具有大規(guī)模長時儲能、安全、長壽命和不受地理條件限制的突出優(yōu)點，也是儲能技術(shù)的又一種創(chuàng)新和嘗試。
同時，電化學儲能技術(shù)也在向長時儲能的方向延伸，比如發(fā)展大電芯技術(shù)就是電化學儲能向適應長時儲能發(fā)展趨勢的迭代升級。
另外，混合儲能項目也已經(jīng)出現(xiàn)?；旌蟽δ苤笌追N不同類型儲能系統(tǒng)的混合應用，是將兩種或多種類型儲能組合在一起形成一個單一儲能系統(tǒng)?；旌蟽δ馨ā拌F鉻液流電池+鋰電池+飛輪儲能”“壓縮空氣儲能+鋰電池”“新鐵液流電池+飛輪儲能”等多種形式，一般都為長時與短時儲能的組合，以實現(xiàn)取長補短。目前納入國家能源局《新型儲能試點示范項目名單》的混合儲能項目有山東利津795兆瓦/1600兆瓦時混合儲能示范項目、山西省朔州市平魯區(qū)100兆瓦/200兆瓦時混合儲能示范項目等7個項目。電氫協(xié)同是化解長時儲能危機的完美解決方案
“新型電力系統(tǒng)一定是一個全時域平衡的系統(tǒng)，對于分鐘級和小時級的平衡，可以通過電化學儲能電池來實現(xiàn)調(diào)峰、調(diào)頻；對于日峰谷差的平衡，可以用抽水蓄能、壓縮空氣儲能、固體氧化物燃料電池（SOFC）等技術(shù)來實現(xiàn)功率平衡；對于解決更長周期的電力富余和缺電問題甚至跨季、跨年平衡問題，則需要用到電解水制氫技術(shù)?！崩讘椪抡J為，在長時儲能中氫能的表現(xiàn)最優(yōu)秀。
普遍觀點認為，氫儲能是最適合應對大規(guī)模、長周期電力錯配問題的儲能方式。與其他方式相比，氫儲能在放電時長和容量上具有明顯優(yōu)勢，儲存形式多樣，不受地理條件限制，有望成為跨季節(jié)長時儲能技術(shù)的首選。而且隨著制、儲、輸、用等方面技術(shù)不斷突破，氫儲能的成本將大幅降低，能夠應用于電力系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)。
雷憲章介紹，發(fā)展綠氫是歐洲實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型的重要抓手之一。歐洲經(jīng)過20多年的探索得出一個結(jié)論，就是通過“電氫協(xié)同”來實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型。根據(jù)規(guī)劃，到2040年歐洲要建成24000千米的氫網(wǎng)，這將在很大程度上解決歐洲的能源供應問題。
在2024綜合智慧能源大會上，雷憲章向與會各方介紹了歐洲發(fā)展“電氫協(xié)同”的情況。
歐洲的北海擁有大量風光資源，利用小時數(shù)能夠達到4000甚至5500，因此環(huán)北海7國建設了大量的風電與光伏項目。但是由于當?shù)毓I(yè)用電負荷不足，無法消納如此多的發(fā)電量，于是就出現(xiàn)嚴重的局部窩電現(xiàn)象，因此也就誕生了負電價。正是負電價的出現(xiàn)，在歐洲催生一個新的行業(yè)——綠氫制取，就是采取電解水反應制造氫氣。
雷憲章認為，歐洲發(fā)展綠氫的本質(zhì)就是為了消納多余的風光發(fā)電，這是歐洲發(fā)展“電氫協(xié)同”的一個雛形。在此，他特別強調(diào)這樣一個邏輯：制氫，一定是用來消納電網(wǎng)富余的可再生能源發(fā)電量，否則，如果作為普通用電負荷的話，那么制氫項目就失去了存在的價值。“去年，我國棄風棄光電量約超過300億千瓦時，相當于三峽電站4個月的發(fā)電量。”雷憲章算了一筆賬說，如果將這些電量全部用來制氫，就會占到全球綠氫產(chǎn)量的1%，達到64萬噸。
接下來，雷憲章介紹了歐洲另一個“電氫協(xié)同”的成熟案例。
2007—2008年，歐洲成立了一個龐大的組織，叫作“沙漠計劃”，由歐洲國家政府、銀行、制造業(yè)、能源行業(yè)4方組成。該組織最初計劃向南越過地中海，到非洲撒哈拉沙漠開發(fā)風電、光伏，然后再通過海底電纜的方式輸電到歐洲。最后該計劃被迫“擱淺”，原因就在于難以承擔修建海底電纜的天價成本，海底電纜的造價大約是架空輸電線路的8—10倍。不過，當時間來到2017—2018年，該計劃被重新激活，只是不再向歐洲直接輸電，而是改為在撒哈拉沙漠就地實施可再生能源發(fā)電制氫，然后再通過海底管道輸氫的方式運到歐洲，輸氫管道的造價基本和架空輸電線路持平，這樣就解決了經(jīng)濟性問題。于是，歐洲規(guī)劃了3條管道從北非向歐洲輸送氫氣。
除了消納網(wǎng)內(nèi)的富余電量之外，綠電制氫的另一大優(yōu)勢是可實現(xiàn)像“沙漠計劃”這種形式的離網(wǎng)運行，也就是說在電網(wǎng)覆蓋不到但可再生能源豐富的區(qū)域，可以探索離網(wǎng)制氫再遠距離輸氫的能源開發(fā)模式。
據(jù)了解，我國在遠距離管道輸氫和天然氣管道摻氫方面也已經(jīng)有所突破，如，“西氫東送”輸氫管道示范工程被納入《石油天然氣“全國一張網(wǎng)”建設實施方案》；再如，國內(nèi)天然氣輸送管道摻氫比例已經(jīng)達到24%。這些遠距離、大規(guī)模管道輸氫技術(shù)為我國發(fā)展離網(wǎng)制氫打下了堅實基礎。
根據(jù)國際能源署預測，未來全球?qū)⒂?0%的可再生能源需要轉(zhuǎn)化為可長期儲存的氫能。到2060年我國將有1.5萬億千瓦時的電能需要用氫及相關(guān)的方式來儲存。
另外，由于可再生能源電價的不斷下降，綠氫會變得越來越便宜。根據(jù)有關(guān)預測，到2025年，可再生能源電解水制氫成本有望低于25元/千克，將具備與天然氣制氫進行競爭的條件；到2030年，可再生能源電解水制氫成本將低于15元/千克，具備與配套CCS的煤制氫進行競爭的條件。
國際能源署也持相同的預測結(jié)果。該機構(gòu)表示，到2030年綠氫成本開始低于灰氫、藍氫。
“所以說，‘電氫協(xié)同’不僅僅是一個口號，它代表著未來新型能源體系發(fā)展的路徑和思路?！崩讘椪率挚隙ㄗ约旱呐袛唷?
不過，也有觀點認為應該理性看待儲能，盡管儲能在應對可再生能源出力不穩(wěn)定和構(gòu)建新型電力系統(tǒng)方面作用不言而喻，但也不能過分拔高儲能尤其是長時儲能的作用。
構(gòu)建新型電力系統(tǒng)需要源網(wǎng)荷儲一體規(guī)劃、一體建設、一體運行，維持電力系統(tǒng)平衡，需要各環(huán)節(jié)協(xié)同發(fā)揮作用，每個環(huán)節(jié)之間互為補充，比如在促進供需平衡方面，電網(wǎng)側(cè)可以發(fā)揮遠距離余缺互濟作用、電源側(cè)可以發(fā)揮多能互補作用、用戶側(cè)可以發(fā)揮聚合需求響應作用等等。
因此，既要科學分析測算儲能在新型電力系統(tǒng)中的合理占比，也要精確科學布局短時、中時和長時儲能，因為過量配置儲能或者不同時長儲能配比不當也同樣會造成資源的浪費，影響整個新型電力系統(tǒng)的經(jīng)濟性發(fā)揮。
