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以儲能創新推進能源變革
http://www.CRNTT.com   2023-06-05 10:24:57


 
  新能源發展面臨制約瓶頸

  理想的能源必須同時滿足三個標準,成為能源“三好生”,即供應安全、價格便宜、綠色環保。

  我們用上述標準來衡量,不難發現:在綠色環保方面,風電、光伏等新能源具有先天優勢;在價格方面,隨著風機技術和光電轉化效率的提高,發電成本不斷下降,價格優勢正日益顯現出來;在安全性方面,由於受自然條件的影響很大,風電、光伏發電可謂“靠天吃飯”,具有隨機性、波動性等特點,容易引發電網波動,造成安全風險,甚至可能導致停電事故。

  如何提高風電、光伏等新能源接入電網的安全性,使其滿足能源“三好生”標準呢? 答案是“儲能”,就是針對可再生能源的隨機性和波動性等特點,把富餘的可再生能源儲存起來,當可再生能源不足的時候,通過時空變換,再把存儲的電能補回去,保障電網穩定運行。這樣就可以有效彌補風電、光伏等新能源在安全性方面的不足,促進中國能源結構的變革。

  電池儲能形成“電力海綿”

  鋰離子電池是一種非常好的儲能裝置,能夠與電力系統、通信基站、數據中心、軌道交通、電動汽車、智能電網等有機融合發展,用途很廣,性能優異。此類電池可分為兩類,一類是集中式儲能電站,另一類是分布式儲能電池。

  集中式儲能電站把很多大容量電池集中在一起對電力進行存儲,在需要用電時釋放出來。由於存在自放電現象和熱失控問題,鋰離子電池儲能電站電池不能長周期儲能,也不能大規模儲能。近年來,隨著技術的進步和電池正負極材料性能的改善等,集中式儲能電站的應用安全性得到提升,應用範圍和場景不斷擴大。2021年,中國用於儲能的鋰離子電池產量達32吉瓦,增長了146%。

  分布式儲能電池其實就是電動汽車,讓電動汽車與電網形成“車網互動”。在用電低谷時,電力系統給電動汽車充電;在用電高峰時,讓電動汽車給系統放電。這樣,電動汽車不僅是交通工具,而且可以成為以儲能回饋能源的終端。隨著汽車動力電池技術的進步,其價格不斷降低,儲能密度和使用壽命持續提升,單次儲能成本將繼續下降。

  到2022年底,我國新能源汽車保有量約1310萬輛,其中,純電動汽車保有量1045萬輛,占比近八成。如果這些汽車都參與進來,與充電樁、電網有機融合與協同,能夠形成巨大的“電力海綿”網絡,實現大規模、跨時空、低成本和高安全性的靈活儲能。

  制氫儲能具有存儲優勢

  氫能是一種來源豐富、綠色低碳、應用廣泛的二次能源,具有能量密度大、零污染、零碳排等優點。氫儲能是把太陽能、風能等清潔能源發出的電能,或夜間電網的過剩電能,通過電解水制取氫氣,用儲氫罐存儲,需要的時候,利用燃料電池或氫燃氣輪機發電返回電網的一種儲能方式。它是電站調峰的有效方式,可以有效助力新能源並網,緩解區域能源分配不均問題。目前,我國目前在建和籌建一批風電、光伏制氫項目,該領域市場前景廣闊。

  氫儲能是一種非常重要的長周期、大規模儲能方式,其發展關鍵在於繼續降低儲能成本。與電池直接儲能相比,氫能儲能經濟性看起來並不好,因為氫要用電解水制成,效率大打折扣。但是我們計算的是儲能全鏈條的經濟性,包括制備、儲存、運輸、加氣、使用等環節。據計算,氫氣在存儲方面具有獨特優勢,成本遠遠小於電池儲電成本。

  儲能種類眾多,有高頻的、有低頻的,有小功率、有大功率,有短周期、有長周期,不同種類和應用場合需要不同的儲能方式。電池儲能和氫能儲能各有特點,正好互補,組合形成主流儲能方式,與其他的儲能方式相互配合,形成良好的儲能生態。

  選擇儲能方式要因地制宜

  選擇儲能方式不能一概而論,要根據具體情況,因地制宜。我國東北、華北北部、西北、西南地區是主要的風電、光伏、煤電、水電的能源基地,適宜通過建設電化學儲能電站,配合特高壓輸電,將電送到東部沿海經濟發達地區。東南部、中東部和南部,火電廠密集,適宜抽水蓄能,配合高壓輸電網進行輸送。東部人口密集地區,適宜分布式光伏、低壓配電網配合“車網互動”來儲能和發電。

  國家發展和改革委、國家能源局印發的《“十四五”新型儲能發展實施方案》提出,到2025年,新型儲能由商業化初期步入規模化發展階段,具備大規模商業化應用條件。在相關政策的支持下,預計會形成萬億級的“車網互動”的智慧能源的市場規模。

  為促進中國儲能領域的發展,筆者提出如下建議:第一,鑒於儲能是實現“碳中和”的關鍵之一,要進一步明確主流儲能技術的戰略地位;第二,明確儲能在新能源發展中的角色定位,進一步促進能源結構變革;第三,加強儲能相關的關鍵技術研發,特別是加強大數據、雲計算等電網智慧調控技術攻關,在電解水和燃料電池的核心材料,高效氫氣制備、儲運、加注等方面取得實質性突破;第四,建設“車網互動”車聯萬物(V2X)的基礎設施;第五,健全多層次統一電力市場體系。

  (作者為中國科學院院士、汽車動力系統專家、清華大學教授歐陽明高)


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