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          彭蘇萍院士:新型儲能技術助力高質量發展

          人民日報 發布時間:2023-08-09 09:16:05  作者:彭蘇萍

            習近平總書記強調:“要夯實國內能源生產基礎,保障煤炭供應安全,保持原油、天然氣產能穩定增長,加強煤氣油儲備能力建設,推進先進儲能技術規?;瘧?。”能源是人類文明進步的基礎和動力,關乎國計民生和國家安全。目前,在世界新一輪科技革命和產業變革背景下,能源綠色低碳和可持續發展已經成為全球共識。

            高效利用可再生能源,儲能技術是關鍵

            在落實“雙碳”目標過程中,發展可再生能源是我國能源結構轉型的重要方向。我國擁有豐富的可再生能源資源,當前風電、光伏、水電發電裝機容量均居世界首位。但同時,我國可再生能源資源主要分布于西北地區,離東南部經濟發達地區較遠,能源資源與能源需求呈逆向分布,地域分配不均,而且風能、太陽能等可再生能源本身還具有間歇性等特征,利用起來有一定難度。

            要破解這些難題,大規模使用風、光、水等可再生能源,加快推進能源綠色低碳轉型,儲能技術是關鍵。從科技賦能產業發展角度來看,大力發展儲能產業將成為能源領域重要趨勢。國家能源局近期發布的數據顯示,今年上半年,我國新投運新型儲能裝機規模相當于此前歷年累計裝機規??偤?。同時,我國已成為儲能技術基礎研究、技術研發和集成應用非?;钴S的國家,不斷努力實現儲能技術的自主創新和原始創新。

            突破“即發即用、不能存儲”瓶頸,滿足生產生活用能需求

            儲能,顧名思義就是儲存能量,指通過介質或者設備,把一種能量形式存儲起來,并根據應用需要,以特定能量形式釋放出來的循環過程。為什么要把能量儲存起來?一言以蔽之,能量的產生和使用不一定同步。比如,可再生能源發電如風力發電、太陽能發電等,會因為天氣、季節、地理位置的不同,存在不同時間尺度的間歇性,而用電需求也有波動性,時多時少。儲能技術就致力于解決這些問題。低成本大規模的儲能系統可以突破可再生能源“即發即用、不能存儲”的瓶頸,就像一個“超級充電寶”,顯著提高風、光等可再生能源的消納水平。

            根據能量存儲形式,儲能技術主要分為物理儲能、電化學儲能、熱儲能和氫(氨)儲能等。物理儲能是以蓄水儲能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等為代表的機械儲能,其中蓄水儲能和壓縮空氣儲能適用于大規模長周期儲能。電化學儲能是將電能儲存在鋰離子電池、鉛酸電池、鈉硫電池等能源轉化裝置中,適于短時儲能。熱儲能是將熱能儲存在隔熱容器媒介中,進而實現熱能的直接利用或熱發電。氫(氨)儲能是一種新型儲能技術,是將電能以常見化學品(如氫、氨等)的形式存儲起來。

            “儲”是為了“用”,儲能技術始終面向生產生活不同領域的用能需求。以人們最常使用的電能為例,儲能技術在電力系統中作用巨大。在發電端,儲能技術可以解決可再生能源大規模接入電網帶來的不穩定性和間歇性問題,“發了電,存著用”;在電網側,可以實現“削峰填谷”,有效緩解因需求變化帶來的“發了電,沒人用”“沒有電,急著用”問題;在用戶端,人們可以根據自己的實際情況安排用電計劃,降低電費成本。

            在電力系統儲能項目中,蓄水儲能是目前的主要方式。電力系統處在低谷負荷時,蓄水儲能技術用富余的電能將水抽到高處儲存,在電力負荷高峰時段放水發電。這項技術通過電能與勢能的轉換存儲電能,可以有效調節電力系統生產、供應、使用之間的動態平衡。蓄水儲能啟停迅速,運行靈活可靠,能對電力系統負荷的急劇變化快速作出反應,以水為介質還確保了清潔能源發電,是一種高效、成熟、環保、性價比高的儲能技術。中關村儲能產業技術聯盟發布的最新數據顯示,截至2022年底,我國已投運的電力儲能項目中,蓄水儲能占比達77.6%。

            對接不同應用場景,在多領域助力綠色發展

            目前,以鋰離子電池為代表的電化學儲能正加速發展。電化學儲能能效高、響應快、靈活性強。正如人們熟悉的電池,電化學儲能通過介質或設備把電能存儲起來,在需要時釋放。這些“電池”的儲能時間少則數秒、多達數小時,輸出功率可調,能滿足電網的應用需求。鋰離子電池具有較高的比能量、比功率、充放電效率和輸出電壓,且使用壽命長、自放電小,是一種理想的儲能技術。隨著制造成本的降低以及政策的推出落地,鋰離子電池正大規模裝機到電化學儲能領域,增長勢頭強勁。人們常用的手機、筆記本電腦等電子設備,還有越來越多的新能源汽車,許多就采用鋰離子電池。未來,鋰離子電池將在降低成本的同時繼續提高安全性。新興的鈉離子電池技術也在迅速發展。雖然能量密度不及鋰離子電池,但鈉離子電池的原材料儲量豐富、成本低廉,在大規模儲能方面優勢明顯。

            氫(氨)等形式的化學儲能作為零碳超長時儲能技術,在新型電力系統中也將扮演越來越重要的角色。氫(氨)儲能分為廣義和狹義兩種。廣義上,氫(氨)儲能將可再生能源電力系統中的富余電能,通過電解裝置轉化為氫(氨)等能源或產品,在利用環節不轉換回電能直接利用,將可再生能源領域與能源化工領域連通起來,有助于我國構建綠色化工體系。狹義上,氫(氨)儲能是“電—氫(氨)—電”的轉換,即最終途徑為發電。這項技術將電網中過剩的電力通過電解水制氫(氨),轉換成氫(氨)化學能,當用電需求增加時,再利用氫(氨)燃料電池發電技術,將氫(氨)能再次轉換為電力并輸送回電網,或運輸至用戶端進行分布式發電,具有與電力系統匹配度高、適應性好的特點。在政策、技術、成本等因素推動下,氫(氨)能作為連接可再生能源的紐帶和電力儲能介質,在可再生能源高占比的新型電力系統中將扮演越來越重要的角色。

            從發展趨勢看,氫(氨)儲能技術被認為是智能電網和可再生能源發電規?;l展的有力支撐。2021年,國家發展改革委、國家能源局把“氫儲能”明確納入創新儲能技術;2022年,國家發展改革委、國家能源局印發文件,進一步明確開展依托可再生能源制氫(氨)的氫(氨)儲能等試點示范。當然,作為一種新型技術,氫(氨)儲能技術發展還要突破電、氫兩種能量載體之間的高效轉化、低成本大規模存儲和綜合高效利用等關鍵問題,以更好滿足能源使用和發展需求。

            儲能作為重要的新興產業,是構建新型電力系統、實現“雙碳”目標的支撐力量。相信在國家大力支持下,我國新型儲能技術將不斷取得新的進步,發揮越來越重要的作用,為提高可再生能源比例、實現能源綠色低碳轉型等注入強勁能量,助力高質量發展。

            來源:人民日報 文丨彭蘇萍,作者為中國工程院院士、中國礦業大學(北京)教授


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