中國儲能網(wǎng)訊：在“雙碳”目標(biāo)引領(lǐng)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(shè)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(rèn)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(rèn)可，正日益成為我國加快建設(shè)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(rèn)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(xué)教授、國家能源局科技司原副司長劉亞芳認(rèn)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(yīng)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?！币恢标P(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(dāng)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(rèn)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(yīng)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(rèn)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(biāo)準(zhǔn)不盡相同，例如，我國將長時儲能放電時長的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定為4小時以上，美國能源部則設(shè)定放電時長不低于10小時且使用壽命達(dá)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(biāo)準(zhǔn)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?jǐn)?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(dá)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(shè)，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(shè)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(shè)”。
在項目建設(shè)領(lǐng)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(biāo)。
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(xué)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(xué)儲能向適應(yīng)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(yīng)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(xué)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)。”雷憲章認(rèn)為，在長時儲能中氫能的表現(xiàn)最優(yōu)秀。
普遍觀點認(rèn)為，氫儲能是最適合應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(fēng)光資源，利用小時數(shù)能夠達(dá)到4000甚至5500，因此環(huán)北海7國建設(shè)了大量的風(fēng)電與光伏項目。但是由于當(dāng)?shù)毓I(yè)用電負(fù)荷不足，無法消納如此多的發(fā)電量，于是就出現(xiàn)嚴(yán)重的局部窩電現(xiàn)象，因此也就誕生了負(fù)電價。正是負(fù)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(yīng)制造氫氣。
雷憲章認(rèn)為，歐洲發(fā)展綠氫的本質(zhì)就是為了消納多余的風(fēng)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(fù)荷的話，那么制氫項目就失去了存在的價值。“去年，我國棄風(fēng)棄光電量約超過300億千瓦時，相當(dāng)于三峽電站4個月的發(fā)電量?！崩讘椪滤懔艘还P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(dá)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(fēng)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(dān)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(dāng)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(yuǎn)距離輸氫的能源開發(fā)模式。
據(jù)了解，我國在遠(yuǎn)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(shè)實施方案》；再如，國內(nèi)天然氣輸送管道摻氫比例已經(jīng)達(dá)到24%。這些遠(yuǎn)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(chǔ)。
根據(jù)國際能源署預(yù)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(yù)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(yù)測結(jié)果。該機構(gòu)表示，到2030年綠氫成本開始低于灰氫、藍(lán)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。”雷憲章十分肯定自己的判斷。
不過，也有觀點認(rèn)為應(yīng)該理性看待儲能，盡管儲能在應(yīng)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(shè)、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(yuǎn)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(yīng)作用等等。
因此，既要科學(xué)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(xué)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(dāng)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。
