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“現(xiàn)有的儲(chǔ)能技術(shù)各有各的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)各有各的局限性，我們需要進(jìn)一步探索儲(chǔ)能的新理論和方法，以突破儲(chǔ)能的瓶頸。”

中國(guó)科學(xué)院院士、南方科技大學(xué)碳中和能源研究院院長(zhǎng)趙天壽表示，實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)，需要構(gòu)建新能源為主導(dǎo)的新型電力系統(tǒng)，而新型電力系統(tǒng)需要不同時(shí)長(zhǎng)的規(guī)?；⒏甙踩膬?chǔ)能技術(shù)。


“過(guò)去十幾年，我們國(guó)家的光伏和風(fēng)機(jī)的發(fā)展迅速，2021年光電和風(fēng)電的發(fā)電量占到9800億度，但是棄風(fēng)棄光量達(dá)到了270億度，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，其中主要的原因是太陽(yáng)能和風(fēng)能發(fā)電具有分散、間歇、不穩(wěn)定的特點(diǎn)。”趙天壽說(shuō)。在趙天壽看來(lái)，儲(chǔ)能是新型電力系統(tǒng)的必備單元，這是由于儲(chǔ)能能夠平抑能量的波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)能量的平滑穩(wěn)定輸出，最終提高光電和風(fēng)電實(shí)際的利用水平。

“要建立新型電力系統(tǒng)，需要不同時(shí)長(zhǎng)的儲(chǔ)能技術(shù)，從分秒級(jí)、小時(shí)，甚至跨季度、跨年的儲(chǔ)能技術(shù)，只有各種時(shí)長(zhǎng)的儲(chǔ)能技術(shù)成熟了，我們才能建立完整的新型電力系統(tǒng)。”趙天壽說(shuō)。

我國(guó)儲(chǔ)能技術(shù)已百花齊放

根據(jù)國(guó)家能源局此前公布的數(shù)據(jù)，截至2022年底，全國(guó)新型儲(chǔ)能裝機(jī)中，鋰離子電池儲(chǔ)能占比94.5%、壓縮空氣儲(chǔ)能2.0%、液流電池儲(chǔ)能1.6%、鉛酸（炭）電池儲(chǔ)能1.7%、其他技術(shù)路線0.2%，飛輪、重力、鈉離子等多種儲(chǔ)能技術(shù)也已進(jìn)入工程化示范階段。

根據(jù)儲(chǔ)能技術(shù)的不同時(shí)長(zhǎng)，趙天壽在此次大會(huì)演講中分別介紹了超級(jí)電容器、飛輪儲(chǔ)、鋰電池儲(chǔ)能、抽水儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能、燃料電池儲(chǔ)能等儲(chǔ)能技術(shù)。

其中，超級(jí)電容器是一種短時(shí)的儲(chǔ)能技術(shù)，其最大的特點(diǎn)是功率密度高、響應(yīng)快、壽命長(zhǎng)，但是技術(shù)上有自放電的現(xiàn)象，能量密度比電池一般低得多。超級(jí)電容器
超級(jí)電容器

飛輪儲(chǔ)能是另一種成熟的短時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)，其特點(diǎn)也是響應(yīng)快、功率大，環(huán)境適應(yīng)好，沒有任何污染，但這種技術(shù)存在的問(wèn)題是能量密度低，初始的成本較高，特別是高速旋轉(zhuǎn)帶來(lái)的技術(shù)問(wèn)題比較難以克服。

鋰離子電池儲(chǔ)能得益于動(dòng)力電池的技術(shù)進(jìn)步，占據(jù)了主導(dǎo)。我國(guó)受益于電動(dòng)汽車的發(fā)展，鋰離子電池在電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域占據(jù)了主導(dǎo)地位。“鋰離子電池儲(chǔ)能的主要特點(diǎn)是能量密度高，響應(yīng)快，應(yīng)用場(chǎng)景也比較多，但最大的問(wèn)題就是有機(jī)液態(tài)的電解液造成的安全隱患，把液態(tài)電解質(zhì)變?yōu)楣虘B(tài)電解質(zhì)是目前全球研究的一個(gè)重要方向。”趙天壽說(shuō)。

此外，鋰離子電池成本還要進(jìn)一步降低，壽命需要進(jìn)一步提高，鋰電池儲(chǔ)能也受到鋰資源限制的制約。

抽水蓄能是一種比較成熟的儲(chǔ)能技術(shù)。其特點(diǎn)是技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單，能夠規(guī)模化，儲(chǔ)能時(shí)間長(zhǎng)，壽命長(zhǎng)，但受到地域的限制，需要水、需要高山建水壩，建設(shè)的周期通常比較長(zhǎng)，需要環(huán)評(píng)審批。

與抽水儲(chǔ)能類似的儲(chǔ)能方式是壓縮空氣，它具有抽水蓄能的優(yōu)勢(shì)，規(guī)?？梢院艽?，儲(chǔ)能時(shí)間長(zhǎng)，壽命長(zhǎng)，但是和抽水蓄能相比，效率更低，特別是需要存儲(chǔ)高壓空氣的大空間。

壓縮空氣的另外一個(gè)問(wèn)題是補(bǔ)燃，比如需要天然氣等。“我們國(guó)家壓縮空氣技術(shù)發(fā)展的非常快，已經(jīng)有百兆瓦級(jí)的示范企業(yè)，但是進(jìn)一步推廣應(yīng)用要降低出氣的成本以及壓縮和膨脹過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)，來(lái)提高效率，最終降低成本。”趙天壽說(shuō)。

還有一種儲(chǔ)能的方式就是燃料儲(chǔ)能，氫能就是一種以燃料儲(chǔ)能的方式。它的功率密度高，沒有任何地域的限制，但最關(guān)鍵的挑戰(zhàn)是成本，儲(chǔ)氫、運(yùn)氫都沒有徹底克服技術(shù)難題，安全上也有一定的風(fēng)險(xiǎn)。

長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)是目前最大的缺口

“目前我國(guó)短時(shí)的儲(chǔ)能技術(shù)，基本上已經(jīng)滿足了需求，在中時(shí)，我們還有缺口，特別是4小時(shí)以上的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能是目前最大的缺口。”趙天壽說(shuō)，“在太陽(yáng)能可再生能源占比非常低的情況下，我們用火電來(lái)應(yīng)對(duì)電網(wǎng)調(diào)配的需求，但是未來(lái)如果是光電和風(fēng)電的占比達(dá)到70%以上的時(shí)候，這種調(diào)配必須通過(guò)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能來(lái)實(shí)現(xiàn)。”

在長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)中，趙天壽特別提到了液流電池。據(jù)趙天壽介紹，液流電池是一種新型的電池，不同于傳統(tǒng)的鋰電池，液流電池的電能儲(chǔ)存在電池外面的電解液罐中，最大的特點(diǎn)就是功率和能量在結(jié)構(gòu)上解耦。由于能量和功率彼此獨(dú)立，所以電池本身內(nèi)部并沒有電解液，具有本征安全的特點(diǎn)。

其次，由于能量和功率各自的解耦和獨(dú)立，使電池容易擴(kuò)展，要提高能量就調(diào)整電解液罐的數(shù)目，要提高功率就調(diào)整電池本身的數(shù)目以及電池發(fā)電的面積。此外由于液流電池沒有相變的過(guò)程，液流電池壽命要遠(yuǎn)長(zhǎng)于鋰離子電池。

據(jù)澎湃新聞?dòng)浾咴诖舜未髸?huì)中了解到，目前已有諸多國(guó)內(nèi)液流電池項(xiàng)目落地。例如2021年10月，國(guó)內(nèi)液流電池新貴緯景儲(chǔ)能的第一臺(tái)鋅鐵液流電池在與江西電建在江西上饒合作的200kW/600kWh “智慧能源示范項(xiàng)目”中并網(wǎng)。去年12月，緯景儲(chǔ)能又成功交付了1MW鋅鐵液流電池到山東日照200MW光伏配儲(chǔ)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)。

2023年，緯景儲(chǔ)能位于鹽城和珠海的“超G工廠”，鋅鐵液流電池產(chǎn)能將達(dá)到4.8GWh。

國(guó)內(nèi)另一家老牌電氣公司上海電氣則早在2011年就開始布局全釩液流電池領(lǐng)域。據(jù)上海電氣儲(chǔ)能科技有限公司總經(jīng)理?xiàng)盍亓卦诖舜未髸?huì)間隙介紹，公司在安徽合肥1GWh釩電池生產(chǎn)基地已經(jīng)于2020年10月投產(chǎn)，并將在今年新增1GWh釩電池產(chǎn)能。今年4月，中釩儲(chǔ)能聯(lián)合上海電氣投資建設(shè)的100兆瓦/600兆瓦時(shí)全釩液流儲(chǔ)能電站在白城開工建設(shè)。

而在趙天壽院士看來(lái)，目前液流電池發(fā)展的瓶頸在于系統(tǒng)成本要降低，能量密度和功率密度要進(jìn)一步提高。其中，“如何通過(guò)關(guān)鍵材料和關(guān)鍵部件、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的突破，進(jìn)一步提高液流電池的電流密度，是液流電池產(chǎn)業(yè)化最關(guān)鍵的問(wèn)題。”趙天壽說(shuō)。

原標(biāo)題：趙天壽院士：新型電力系統(tǒng)需要不同時(shí)長(zhǎng)、高安全的儲(chǔ)能技術(shù)