中國儲能網訊：隨著新型能源體系的加快建設，新型儲能裝機規(guī)模正在高速增長。國家能源局的數據顯示，截至2023年底，全國已建成投運新型儲能項目累計裝機規(guī)模達3139萬千瓦/6687萬千瓦時，平均儲能時長2.1小時。2023年新增裝機規(guī)模約2260萬千瓦/4870萬千瓦時，較2022年底增長超過260%，近10倍于“十三五”末裝機規(guī)模。
從市場規(guī)模來看，新型儲能在儲能項目總裝機中的比重并不高，但隨著技術進步和市場環(huán)境變化，新型儲能進入快速發(fā)展階段。新型儲能主要包括鋰離子電池、壓縮空氣儲能、液流電池儲能和飛輪儲能，呈現出多元化發(fā)展格局。鋰離子電池儲能發(fā)展迅速，并占據主導地位，壓縮空氣儲能產業(yè)化加快落地，液流電池、飛輪儲能正在從示范項目走向市場。
《南方能源觀察》（以下簡稱“eo”）就新型儲能發(fā)展的相關問題采訪了中國科學院物理所研究員、松山湖材料實驗室副主任黃學杰，中國科學院大連化學物理研究所研究員張華民，中國科學院工程熱物理研究所研究員戴興建和北京泓慧國際能源技術發(fā)展有限公司首席技術官李樹勝。
多位受訪專家表示，新型儲能是構建新型電力系統的重要技術和基礎裝備，要實現規(guī)?；瘧茫粌H需要政策引導，也需要經受市場考驗，在多元的應用場景中尋找自身的立足點。
01.鋰離子電池：新型儲能中的主力
鋰離子電池是新型儲能中的絕對主力。國家能源局的數據顯示，截至2022年底，鋰離子電池儲能在全國新型儲能裝機中的占比達到94.5%。經過多年發(fā)展，鋰離子電池產業(yè)鏈發(fā)展成熟，由于鋰離子電池各項性能相對均衡，具有良好的經濟性，已經成為“十四五”新型儲能發(fā)展中的主流技術路線。
中國科學院物理所研究員、松山湖材料實驗室副主任黃學杰長期從事鋰電池材料研究工作，他在接受eo采訪時表示，實現碳達峰碳中和目標，需要大力發(fā)展可再生能源，由于可再生能源存在間歇性、波動性，必須通過儲能技術來提高消納水平?，F階段，在各類新型儲能技術中，鋰離子電池在性能和經濟性上存在顯著優(yōu)勢，這是鋰離子電池應用最廣的主要原因。
eo：在新型儲能中，還存在液流電池、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等多種技術路線，您如何看待鋰離子電池與其他儲能技術的關系？
黃學杰：國家政策是支持多種技術路線并行發(fā)展，對于儲能技術，也必然是多種技術路線并存。壓縮空氣儲能適用于特定的應用場景，需要滿足地質條件。液流電池的能量密度比較低，不到鋰離子電池的四分之一，雖然液流電池的功率可以做到很大，但占地面積也較大。
對于儲能系統來說，存在安全、成本、壽命等多個指標，真正實現大規(guī)模商業(yè)化應用，需要將多個指標融合在一起考慮，每個指標都要滿足相應要求?，F階段，從技術發(fā)展階段來看，鋰離子電池的應用范圍最廣，其他新型儲能技術仍然處于示范階段。但每項技術都有無限的可能，對于市場主體來說，他們有各自不同的定位。針對特定場景，這些新型儲能技術都存在應用空間。
eo：您如何看待新一代電池技術的發(fā)展，儲能行業(yè)對電池技術的需求是怎樣的？
黃學杰：目前磷酸鐵鋰屬于第二代電池技術，正在研發(fā)和推廣第三代鋰離子電池技術，固態(tài)電池是第四代。新一代電池技術比上一代有很大進步，能量密度在提升，成本在下降。預期第三代鋰離子電池要比第二代成本低30%左右，第四代全固態(tài)電池正處于研發(fā)當中，預計2030年前后可以實現量產。但量產裝車只是小規(guī)模應用，不代表有經濟性，要等到新一代電池技術不斷成熟，上一代技術才會被替代。
動力電池與儲能電池的底層技術是相同的，應用方向不一樣。動力電池注重的是能量密度、重量，對循環(huán)壽命的要求相對儲能電池較低。對于儲能電池來說，提高能量密度并不是重點，需要持續(xù)提高壽命和可靠性。儲能電池壽命提升以后，也會推動度電成本下降。
eo：您認為新型儲能的價值需要怎樣體現？
黃學杰：盡管新型儲能的裝機量上來了，但不少儲能項目是為了滿足配儲要求而建設的，主要分布在電源側，實際調度使用的比例并不高。新型儲能需要在電力系統中有序運行起來，快速迭代完善技術，提升壽命和可靠性，降低應用成本，為大規(guī)模推廣打下堅實的基礎。
02.液流電池：具有前景的大規(guī)模儲能技術
新型電力系統對儲能的需求是多方面的，當可再生能源滲透率進一步提高，電力系統需要在更長時間尺度內調節(jié)電力供需平衡，長時儲能是一項不可或缺的技術。
長時儲能通常指4小時以上的儲能技術，長時儲能系統可以實現跨天、跨月以及跨季節(jié)充放電循環(huán)，以滿足電力系統的長期穩(wěn)定需求。液流電池基于自身特征，被視為最適合長時儲能的技術路線之一，全釩液流電池是目前較為成熟的技術路線。
中國科學院大連化學物理研究所研究員張華民長期從事液流電池研究工作，他在接受本刊采訪時表示，儲能是助力新能源消納，支撐高比例新能源并網，提高新型電力系統安全性，可靠性及電能質量的關鍵裝備。全釩液流電池具有本質安全特征，適合應用于4小時以上的中長時儲能場景，其功率和容量可獨立設計，尤其適合大規(guī)模、大容量儲能的應用場景。
eo：隨著可再生能源占比逐年提升，構建新型電力系統需要大規(guī)模儲能技術的支撐，您認為大規(guī)模儲能技術需要具備哪些特征？
張華民：大規(guī)模儲能技術需要具備以下特征：首先，要屬于本征安全的儲能技術，不會發(fā)生著火爆炸；其次，要屬于大規(guī)模、大容量儲能技術，在額定功率下連續(xù)放電時間長；最后，使用壽命要長，使用年限在15年以上。大型儲能電站對儲能技術的基本要求是：大規(guī)模、大容量、高安全性、低成本、長壽命、長時放電以及環(huán)境友好。
eo：與其他液流電池技術路線相比，全釩液流電池具有怎樣的特點和優(yōu)勢？
張華民：液流電池有很多種類，除全釩液流電池外，還有鋅基液流電池，包括鋅鐵液流電池、鋅溴液流電池等。此外，還有全鐵液流電池、有機電對液流電池及鐵鉻液流電池。在實際應用中，這些液流電池存在很多尚待突破的關鍵技術，如析氫、枝晶、鋅脫落及鋅累計問題，還存在強腐蝕性、鐵絡合物不穩(wěn)定、有機電對穩(wěn)定性較差、儲能容量不可逆衰減等多種問題。
全釩液流電池是目前商業(yè)化比較成熟的液流電池。全釩液流電池是一種水系電池，在常溫、常壓下沒有安全風險；能量效率高，充放電性能好，循環(huán)壽命和日歷壽命長，最長壽命可以達到25年；啟動和響應速度快，無相變化，充放電切換速度快；常溫封閉運行，電解液可半永久使用，部件材料可循環(huán)利用，性價比高；環(huán)境友好，安全性高，受釩離子溶解度所限，比能量低。
全釩液流電池適合應用于4小時以上的中長時儲能場景，其功率和容量可獨立設計，尤其適合大規(guī)模、大容量儲能應用場景。增加儲能容量，只需要增加電解液的體積，儲能時長越長，價格越便宜，可以深度充放電，滿足電網靈活調度需要。
在產業(yè)方面，全釩液流電池技術自主可控，我國已經形成完整的自主知識產權體系，主導制定了國際和國內的重要標準，技術達到國際領先水平；資源自主可控，我國查明的釩資源儲量約7000萬噸，占全球釩儲量的比重達到35%；產業(yè)鏈自主可控，關鍵材料已實現國產化，裝備制造產能全球最大，儲能市場規(guī)模全球最大。
eo：經濟性是新型儲能大規(guī)模應用的前提條件，目前全釩液流電池的經濟性如何？是否有進一步下降的空間？
張華民：對于4小時以上的中長時儲能應用場景，從全生命周期來看，目前全釩液流電池的性價比在電化學儲能技術中是最高的。
從初期投資價格看，鋰離子電池的單位價格最低。但目前鋰離子電池儲能電站的使用壽命是5—8年，全釩液流電池的使用壽命是20年以上，大約是鋰離子電池的3倍，與風能、太陽能發(fā)電設備的設計壽命相同。
全釩液流電池的儲能時間越長，價格越便宜。對于4小時儲能，電解液的價格占儲能系統總價格的50%；對于10小時儲能，電解液的價格占儲能系統總價格的70%；而對于20小時儲能，電解液的價格將占儲能系統總價格的80%。
全釩液流電池的電解液可以循環(huán)利用，殘值很高。電堆的其他部件主要是碳材料、金屬材料和塑料，也可以循環(huán)利用，降低環(huán)境污染。鋰離子電池報廢后，無害化處理需要較高的投入。
eo：您認為全釩液流電池的應用前景如何？
張華民：長時儲能可憑借長周期、大容量特性，在更長的時間維度上調節(jié)新能源發(fā)電波動，提高清潔能源的消納水平。
國際長時儲能理事會的研究報告認為，“到2030年，時長8小時的儲能裝備的裝機量（功率）可能占儲能總裝機量的30%，24小時以上儲能容量占比將在2030年以后迅速提升”。全釩液流電池儲能技術滿足大型儲能電站對儲能技術“大規(guī)模、大容量、高安全性、低成本、長壽命、長時放電及環(huán)境友好”的要求，有著廣闊的應用前景。
03.飛輪儲能：短時高頻場景中的小眾路線
飛輪儲能這項最早應用于航天領域的機械儲能技術，正在逐漸從小眾走到聚光燈下，并努力在蓬勃發(fā)展的儲能市場中尋求一席之地。
近期，國家能源局公布了56個新型儲能試點示范項目，其中3個為飛輪儲能項目。盡管目前飛輪儲能的市場規(guī)模相對較小，但在構建新型電力系統過程中，飛輪儲能可以發(fā)揮一些獨特的作用。
針對飛輪儲能的價值以及商業(yè)化路徑，本刊記者采訪了中國科學院工程熱物理研究所研究員戴興建和北京泓慧國際能源技術發(fā)展有限公司首席技術官李樹勝。
eo：在構建新型電力系統的過程中，飛輪儲能技術能夠發(fā)揮怎樣的作用？
戴興建：在新型電力系統中，飛輪儲能技術能夠起穩(wěn)定頻率、支撐電壓的作用，其特點是短時高頻次充放，實現超百萬次的充放電循環(huán)使用。新型慣量飛輪通過同步電機直接并網后，可以顯著提升新型電力系統的慣量，有效增強電力系統的穩(wěn)定性。
飛輪儲能典型的適用場景為15分鐘以內的儲能或釋能工況，比較適合高頻次、大功率充放，不宜長時間空載待機。有分析表明，飛輪儲能每年的充放不低于5000次，其大功率特性、長循環(huán)壽命、經濟性才能有較好的體現。飛輪儲能可與其他能量型儲能技術組合，形成短時高頻、長時低頻的混合儲能系統。
李樹勝：構建新型電力系統要大力發(fā)展可再生能源，風電、光伏等新能源發(fā)電具有天然的不穩(wěn)定性、波動性、間歇性，現有的補償機制和濾波裝置等都沒有從本質上解決穩(wěn)定性問題，尤其是在電力供需出現不平衡的時候。實際上，發(fā)電側與負荷側同時存在一定的不確定性，兩者之間的不平衡會對電力系統穩(wěn)定性產生不利影響。因此，在以新能源占比逐漸提高的新型電力系統中，如何保持電力系統穩(wěn)定性一直是關鍵問題。
飛輪儲能屬于機械式物理儲能技術，具有瞬時功率大、響應速度快以及全生命周期無衰減，可以實現百萬次到千萬次循環(huán)充放電等優(yōu)勢。同時，飛輪儲電量可以精確測量和控制，只需知道轉速，儲電量就精確可知，這一點與其他儲能技術相比，具有很大優(yōu)勢。因此，飛輪儲能的特性決定了其在儲能市場和新型電力系統中必然有一席之地，其市場規(guī)模會隨著應用的不斷鋪開而逐步擴大。一方面，飛輪儲能的特性非常契合電力系統對短時高頻次的調頻需求，其應用場景涵蓋了5—10秒的慣量支撐、1—2分鐘的一次調頻、15分鐘左右的二次調頻等?？梢赃@么比喻，飛輪儲能相當于短中跑運動員，短跑要求首先是快和準，耐久性可以略差些，同時又可以中跑，可以做到十幾分鐘的能量支撐；另一方面，飛輪儲能可以配合液流電池、壓縮空氣儲能等長時儲能技術，組成混合儲能系統，提高長時儲能裝置的運行壽命和經濟性。
eo：目前飛輪儲能的每千瓦造價是多少？是否有進一步下降的空間？
戴興建：飛輪儲能產品當前市場報價為4000—6000元/千瓦，進一步量產后，可以降低到1500—3000元/千瓦。
李樹勝：飛輪儲能的單機功率可以做到很大，其功率成本比較有優(yōu)勢。同時，飛輪儲能系統的成本存在大幅度下降的空間，未來五年之內有望降到目前價格的一半。
雖然飛輪儲能系統組成相對復雜，但本質上屬于高端制造業(yè)，主要包括兩大部分：一是飛輪本體，由高強度鋼材、傳統電機、磁軸承以及密封材料等組成，通過大規(guī)模制造可以實現原材料成本的大幅下降；二是電控系統，主要是一些電力電子裝置加控制系統，跟電化學儲能的電源系統在硬件系統上是基本一致的，既然隨著電化學儲能快速發(fā)展，其電源系統的成本已經可實現大幅降低，飛輪儲能電控系統的成本在實現規(guī)模化應用后也會持續(xù)下降。
eo：您認為飛輪儲能技術如何實現商業(yè)化、規(guī)?；瘧茫烤唧w路徑是怎樣的？
戴興建：找準新型電力系統中的短時高頻次應用需求，提出合理經濟的功率、能量、效率的技術指標，在科技、產業(yè)、資本、政策的推動下，通過飛輪陣列儲能示范工程發(fā)現其應用價值，逐步量產降本，實現規(guī)?；瘧谩?
李樹勝：飛輪儲能要實現大規(guī)模商業(yè)化應用，除了產品質量過硬和具備規(guī)?；圃炷芰ν?，還需要有國家政策的支持，以及要經受住市場的考驗，讓市場去決策誰用得好、誰的經濟價值高，在具體的應用場景中去尋找自身的立足點。在多種儲能方式齊頭并進時，飛輪儲能要從市場中找到適合的需求場景和配置方式，這是進入大規(guī)模商業(yè)化應用非常重要的環(huán)節(jié)，要密切關注市場的需求，反推如何優(yōu)化技術路線，如何做到性價比更高以及產品更加可靠。
04.壓縮空氣儲能：正在崛起的長時儲能技術
作為極具前景的大規(guī)模、長時儲能技術之一，壓縮空氣儲能正受到行業(yè)的廣泛關注。近期，國家能源局公布了56個新型儲能試點示范項目，其中壓縮空氣儲能項目有12個，總裝機容量達到2810兆瓦。
壓縮空氣儲能是長時儲能技術的重要選擇之一。壓縮空氣儲能是一種大規(guī)模的物理儲能技術，在電網負荷低谷期，通過壓縮機壓縮空氣，將電能轉化為壓縮勢能儲存起來；在電網高負荷期間，釋放出儲氣庫內的高壓氣體，驅動發(fā)電機發(fā)電。
有業(yè)內專家在接受本刊采訪時表示，壓縮空氣儲能技術具備應用于長時儲能的廣闊場景。壓縮空氣儲能在主要性能上與抽水蓄能相近，與鋰離子電池儲能相比，具有容量大、儲能時間長、壽命長、安全性高等多種優(yōu)勢。
壓縮空氣儲能主要有地下鹽穴和人工硐室兩種儲氣方式，山東、江蘇、湖北等地具有豐富的天然鹽穴資源。人工硐室建設成本更高，但不受站址資源的約束。相比于抽水蓄能，壓縮空氣儲能電站的建設周期為1.5—2年，建設周期更短。
上述專家表示，壓縮空氣儲能目前多應用于4—8小時儲能場景，其時長主要與儲氣室容量有關，與壓縮空氣儲能的發(fā)電功率基本解耦，通過在設計階段增大儲氣室容量，可實現10小時以上的長時儲能。另外，由于其造價與時長相關度小，時長越長，經濟效益越顯著，因此能夠以相對較低的成本滿足新能源大規(guī)模高比例發(fā)展場景下系統大規(guī)模長時間尺度儲能需求。
相關調研數據顯示，目前天然鹽穴壓縮空氣儲能電站的造價為6000—7000元/千瓦，人工硐室/礦道或礦洞壓縮空氣儲能的造價為8000—10000元/千瓦。隨著壓縮空氣儲能產業(yè)化加快，壓縮機、發(fā)電機等核心設備的成本將會進一步下降。
