储能技术研究进展与发展建议

中国网/中国发展门户网讯    能源利用是我国温室气体的主要来源。作为流程工业的典型高排放行业，即化工、钢铁、有色、建材工业过程的二氧化碳（CO2）排放约占全国总排放的近 40%，是我国碳排放的主要来源。因此，CO2高排放行业能源利用清洁低碳化转型发展势在必行。我国实现碳达峰、碳中和（以下简称“双碳”）目标意味着必须进行颠覆性的能源革命、科技革命和经济转型。发展变革性低碳技术，通过工艺源头创新和流程再造，在典型流程工业中率先实现碳达峰、碳中和，是支撑我国“双碳”目标实现的关键。储能作为电能的载体，可有效地平抑大规模新能源发电接入电网带来的波动性，促进电力系统运行中电源和负荷的平衡，提高电网运行的安全性、经济型和灵活性；储能技术也成为构建智能电网与实现可再生能源发电的核心关键。随着碳中和成为全球共识，新能源在整个能源体系中的比重将快速增加，储能技术也迎来爆发式增长。国内外大规模新型储能项目陆续启动，储能技术呈现出液流电池、钠离子电池、锂离子电池、压缩空气储能、铅碳电池、储热技术等“百家争鸣”局面；与此同时，越来越多的企业投身储能产业，或扩产或跨界合作，储能产业呈现蓬勃发展的良好局面。

储能在“双碳”中的作用与地位

储能技术是解决以风、光为主的新能源系统波动性、间歇性的有效技术。未来能源系统将是以新能源为主体、多种形式能源共同构成的多元化能源系统。风力发电、光伏发电本身的波动性和间歇性决定了灵活性将是新的能源系统必不可少的组成部分。而从技术属性来看，储能正好能够满足新的能源系统对灵活性的需求。因此，通过储能技术实现可再生能源大规模接入，从而推动能源低碳转型的技术路径被业界寄予厚望。

在政策层面，国家发展和改革委员会（简称“国家发展改革委”）和国家能源局启动了对储能发展的整体规划部署，密集出台了一系列储能相关政策。2021年 7月，国家发展改革委、国家能源局发布《关于加快推动新型储能发展的指导意见》；相比同年 2月 25日发布的《推进电力源网荷储一体化和多能互补发展的指导意见》和 4月 19日发布的《关于 2021年风电、光伏发电开发建设有关事项的通知（征求意见稿）》，储能的市场地位、商业模式和经济价值逐渐得到承认与明确。2021年 10月，中共中央、国务院先后发布了《中共中央 国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》和《国务院关于印发 2030年前碳达峰行动方案的通知》，首次将推动新型储能发展作为加快构建清洁低碳安全高效能源体系、建设新型电力系统的重要布局和主要工作之一；并明确了到 2025年，新型储能装机容量达到 3 000万千瓦以上的总体目标。2021年 12月，国家能源局正式颁布《电力并网运行管理规定》和《电力辅助服务管理办法》文件，明确将新型储能、虚拟电厂、负荷聚集商等作为辅助服务市场的新主体；并增加了电力辅助服务新品种，完善了辅助服务分担共享新机制，疏导电力系统运行日益增加的辅助服务费用。在此政策的指引下，2021年约有 21个省份出台电力辅助服务相关政策。2022年 2月，国家发展改革委、国家能源局印发的《“十四五”新型储能发展实施方案》提出，到 2025年，新型储能由商业化初期步入规模化发展阶段、具备大规模商业化应用条件；到 2030年，新型储能全面市场化发展，全面支撑能源领域碳达峰目标如期实现。因此，储能是实现可再生能源规模应用和构建以新能源为主体的新型电力系统、实现“双碳”目标的关键核心技术。

主流储能技术发展现状

国内外在新型储能技术，包括液流电池、钠离子电池、锂离子电池、压缩空气储能等技术的基础研发和工程化方面均取得了重大进展。其中，锂离子电池技术发展最快，目前所占市场份额最大。全钒液流电池、压缩空气储能已具备大规模产业化条件；钠离子电池、铅碳电池、锌基液流电池等也已具备初步进入产业化准入条件，这些技术有望在“双碳”目标突破的过程中扮演重要角色。

 液流电池储能发展现状

液流电池通过电解液内离子的价态变化实现电能存储和释放。其功率和容量可独立设计、安全性高、储能规模大、效率高、寿命长、生命周期的性价比高等特点，使其在大规模储能领域具有良好的应用前景。根据活性物质种类不同，液流电池可分为全钒液流电池、锌基液流电池等。

 全钒液流电池

作为长时储能优选技术之一的全钒液流电池，得益于其高安全性、长寿命、环境友好等优点，目前发展成熟度最高，商业化进程最快。2021年 11月，微软、谷歌等 10余家公司在《联合国气候变化框架公约》第 26次缔约方大会（COP26）上成立国际长时储能委员会（LDES），旨在部署和加快推动可存储和释放 8小时或更长时间的储能技术快速发展。由此可见，快速发展全钒液流电池长时储能技术的迫切性。

国外从事全钒液流电池储能技术研发和产业化的单位主要有日本的住友电工集团、英国的 Invinity公司、德国的Fraunhofer UMSICHT、美国的西北太平洋国家实验室和 UNIEnergy Technology（UET）等企业与研究机构。2020年住友电工集团与北海道电力有限公司签署合同将于 2022年建成 17 MW/51 MWh的全钒液流电池储能电站①。2021年 12月，牛津超级能源枢纽项目（ESO）进入带电调试阶段，该项目由 Invinity公司在英国制造的 5 MWh全钒液流电池系统与 50 MW瓦锡兰锂离子电池结合，作为单一的储能资产运行，这是目前投运的最大的全钒液流+锂离子混合电池。其中，全钒液流电池在系统投入使用时充当第一线响应，只有在所需的响应超过全钒液流电池的容量后，锂离子电池才会被调用，从而充分利用全钒液流电池长寿命、不衰减的特点，减少锂离子电池的消耗。这种混合储能方式可利用 2种电池各自的技术优势来提高电网弹性，并创建更加智能、更加灵活的能源系统，最终将支持更多的可再生能源发电并网到英国电网中。

国内主要有中国科学院大连化学物理研究所（以下简称“大连化物所”）、大连融科储能技术发展有限公司（以下简称“大连融科”）、北京普能世纪科技有限公司（以下简称“北京普能”）、上海电气储能科技有限公司、清华大学、中国科学院沈阳金属研究所、中南大学等多家机构从事全钒液流电池的研发及产业化工作。大连化物所自 2000年开始液流电池的研究，在液流电池关键材料、核心部件、电堆及系统设计集成、控制管理等方面都取得了国际领先的成果；已在液流电池领域获得国家授权专利 150余项，国际专利 7项，形成了完整的自主知识产权体系。2021年在大连瓦房店建成了目前国内最大规模的全钒液流电池系统，即大唐国际镇海网源友好型风电场 10 MW/40 MWh和国电投驼山网源友好型风电场 10 MW/40 MWh全钒液流电池系统。在国家及地方政府的大力支持下，成功推进了全球最大 200 MW/800MWh全钒液流电池储能调峰电站国家示范项目一期工程（100 MW/400 MWh）的全面开工建设。目前，100 MW储能系统项目已完成主体工程建设（图 1），进入单体模块调试阶段，预计 2022年 6月完成并网调试，这将对缓解大连市乃至辽宁省电网调峰压力、提高大连南部地区供电可靠性、加快新能源发展发挥重要作用。