新型儲能崛起!技術為王 浪尖起舞

　　在各種儲能技術飛速發展的同時，新型儲能商業模式也找到了新的路徑。

　　在“雙碳”目標推動下，能源行業正面臨新的變革，作為行業重要一環的儲能溫控，也迎來了高速發展期。

　　中關村儲能產業技術聯盟(CNESA) 數據顯示，2021年以前全球每年的儲能項目新增裝機規?；揪S持在6HW左右，而2021年新增裝機達到18.3GW，同比增長181.54%，其中以鋰離子電池為代表的新型儲能是儲能裝機的主要增量。同時，根據CNESA數據，2021年全球新型儲能新增裝機達10.24GW，同比增長82.8%，2016—2021年的年平均復合增長率達到69.11%。就國內而言，2022年國內新型儲能新增裝機6.90GW，同比增長182.07%，累計裝機達到12.70GW。

　　“新型儲能”指的是除抽水蓄能以外的新型儲能技術，包括新型鋰離子電池、液流電池、飛輪、壓縮空氣等。這些儲能技術，包括比較成熟的鋰電儲能，也都是各有各的優勢，同時也各有各的局限性。對于電力系統來說，新型儲能不但可以提升電力系統的調節能力，還可以保障電力系統的安全運行。通俗理解，新型儲能就像是一個“充電寶”，在用電低谷時“充電”，在用電高峰時“放電”。隨著波動性、間歇性的新能源電力不斷增長，“充電寶”的作用日趨明顯，與此同時，新能源“充電寶”的選項，也逐漸多樣化。

　　那么，新型儲能“家族”中成員分布情況如何呢?最新發布的《中國新型儲能發展報告2023》提到，在已投產的新型儲能裝機中，鋰離子電池儲能仍占主導地位，占比約94.5%。2022年新增裝機中，壓縮空氣儲能、液流電池儲能發展提速，占比分別達到3.4%、2.3%。此外，鈉離子電池儲能、二氧化碳儲能、重力儲能等新技術陸續開展示范應用，我國新型儲能技術呈現多元化發展趨勢。

　　電化學儲能“一枝獨秀”

　　雖然新型儲能逐漸步入規?；l展階段，多元化趨勢也逐漸顯現，但目前來看，新型儲能領域仍呈現電化學儲能“一枝獨秀”的現狀，其他新型儲能則受到市場和資本冷遇。顧名思義，電化學儲能是指利用化學元素做儲能介質的各種二次電池儲能，充放電過程伴隨儲能介質的化學反應或者變化。主要包括鉛酸電池、液流電池、鈉硫電池、鋰離子電池等。目前以鋰電池和鉛蓄電池為主。

　　中國科學技術大學教授、歐盟科學院院士孫金華曾表示，在“雙碳”國家戰略目標和新能源革命的大背景下，大力發展電化學儲能的趨勢不可逆轉。

　　電化學儲能何以能“一枝獨秀”?電池的成本經過長時間的積累和科技創新，是推動電化學儲能相較于其他新型儲能更快發展的一大原因。此外，全球電池行業高速發展，在高需求的環境下，電池行業也迎來自己的黃金時代。“電化學儲能擁有更高的能量密度，產業鏈配套更加成熟。” 在廈門科華數能科技有限公司常務副總裁崔劍看來，其他新型儲能受市場和資本冷遇的原因在于，在場景應用、技術、成本、建設周期、轉換效率及選址要求上，電化學儲能更具優勢，具有高度的靈活性、安全性和性價比。

　　近日，國家能源局組織發布《新型電力系統發展藍皮書》，對新型儲能技術的開發和應用提供了指導?！端{皮書》明確，打造“新能源+”模式，加快提升新能源可靠替代能力，深度融合長時間尺度新能源資源評估和功率預測、智慧調控、新型儲能等技術應用。業內人士分析稱，短期更看好電化學儲能技術的發展，可以進一步細分為鋰電池儲能、鈉電池儲能、液流電池儲能等，從目前的發展現狀對比來看，電化學儲能是在安全性、能量密度、成本、發展路徑等方面性價比最高的技術方向。華電國際(600027)相關負責人也表示，公司目前正在積極推進多個涉及新型儲能業務的項目，有幾項在做前期準備，已經投產的一項為鋰電類項目。此外，甘肅電化學儲能并網規模持續高速增長，五月底，甘肅電網儲能并網容量突破百萬千瓦，達到101萬千瓦/214萬千瓦時;幾乎同期，山西省規模最大的鋰離子電化學儲能電站全面落成，國網時代華電大同熱電儲能工程一次性全容量并網成功，投入試運行。

　　即便是較為成熟的電化學儲能也同樣需要關注安全問題。去年9月，位于美國加州蒙特利縣的埃爾克霍恩變電站發生火災，火災由特斯拉的儲能系統Megapack起火所致。從全球范圍的電化學儲能項目來看，特斯拉Megapack儲能系統的火災事故，不是個案。據不完全統計，截至去年9月，全球總共發生了60多起電化學儲能火災事故，大部分儲能電池使用的是三元鋰電池，事故發生時段主要在設備調試階段和充放電后的休止中。如何保障安全與穩定，是發展電化學儲能亟須解決的重大問題。業內普遍認為，未來電化學儲能電站的安全管理應覆蓋全生命周期，構建本體安全、主動安全、消防防御三重防線。對此，孫金華提出，在電池開發方面，研發難燃、不燃的電池材料，構建本體安全電池體系第一道防線;在電池應用方面，通過多信號融合和基于熱失控模型的預警，保障電池使用過程安全的第二道防線;在火災處置方面，研發多次滅火技術，抑制電池復燃，形成消防安全第三道防線。

　　壓縮空氣儲能系統新突破

　　當鋰離子電池在固定儲能領域占據主導地位時，越來越多的產業企業正積極開發不同的技術以提升自身競爭力，為市場帶來更具競爭力的儲能系統。其中，壓縮空氣儲能尤其適合未來支撐更長時間維度的儲能需求，適應新型電力系統中新能源高滲透率的特點，甚至到達天或者季度的儲能需求。

　　5月30日，在2023中關村(000931)論壇上，世界首個百兆瓦級先進壓縮空氣儲能示范系統亮相。該技術實現了先進壓縮空氣儲能從10兆瓦到100兆瓦質的飛躍，為我國長時大規模儲能技術發展再添利器。先進壓縮空氣儲能系統是多學科交叉、多過程耦合的系統，涵蓋了工程熱力學、流體力學、傳熱學、電力系統及其自動化等十余個學科，作為典型的長時大規模儲能技術，可實現風電、光伏等可再生能源大規模開發利用。簡單來說，它的原理就是將空氣壓縮以后存儲起來，待需要發電的時候讓壓縮空氣推動發電機工作。

　　據中國科學院工程熱物理研究所儲能研發中心主任徐玉杰介紹，未來我國的電力系統是以新能源為主體的新型電力系統，而風力發電、光伏發電等可再生能源發電具有波動性和間歇性，如果大規模接入電網，會造成安全隱患。此時，需要儲能系統作為靈活性調節資源調節電力系統。壓縮空氣儲能是一大亮點。

　　“壓縮空氣儲能技術并非新鮮事，傳統壓縮空氣儲能技術已經在德國、美國應用多年，但傳統壓縮空氣儲能技術存在依賴化石燃料、需要大型天然洞穴、儲能效率較低等問題，大規模推廣始終受限。”徐玉杰說，我國的先進壓縮空氣儲能系統回收利用壓縮熱，不再使用化石燃料，并可采用地上儲氣裝置、人工硐室和地下天然洞穴等多種形式建設儲氣室。此外，該系統極大地提升了儲能效率。

　　目前，利用百兆瓦級先進壓縮空氣儲能技術，我國已建成國際首座百兆瓦先進壓縮空氣儲能示范電站，并順利并網發電。該電站位于河北省張北縣，是全世界已建成運行的項目中，規模最大、性能最優的新型壓縮空氣儲能電站。年發電可達1.32億度，能為約5萬用戶提供用電高峰電力保障。同時，每年可節約4.2萬噸標準煤，減少10.9萬噸二氧化碳排放。

　　壓縮氣體儲能相比其他新型儲能有何優勢?總體可概況為安全、長壽、爆發力強三點。壓縮氣體儲能首先非常安全。以液化二氧化碳儲能項目為例，由于二氧化碳液化很容易，因此儲存它只需幾兆帕的壓力，不用擔心高壓儲氣帶來的隱患，同時二氧化碳無毒、不易燃易爆，本身的安全性就很好。此外，因為都是機械裝置,正常維護情況下壓縮空氣儲能系統壽命可達30~50年。“壓縮空氣儲能是基于熱力循環的物理過程，在安全性和性能衰減方面具有天然優勢，被認為是最具發展潛力的大規模儲能技術之一。”基于這些優點，中科院工程熱物理所陳海生研究員曾表示，壓縮空氣儲能技術的應用，對實現國家“雙碳”戰略目標和自然環境改善，具有重大的戰略意義和巨大的市場需求。

　　值得一提的是，壓縮空氣儲能的能量爆發力比較強。這可以直接作用于一些有趣的應用場合。以大型船舶使用的柴油發動機為例，壓縮空氣平常會被存儲在壓力罐中，通過特殊的啟動閥直接作用于活塞，在開始燃油噴射之前轉動曲軸。這種布置比相同規模的電動啟動馬達更緊湊、更便宜，并且能夠提供必要的極高功率爆發，而不會對船舶的發電機和配電系統施加過高的負載。

　　對于壓縮空氣儲能系統而言，未來應進一步加強大規模示范和應用，積累工程設計和建設經驗，發展完整成熟的產業鏈，以進一步加快其建設應用。

　　共享儲能遍地開花

　　在各種儲能技術飛速發展的同時，新型儲能商業模式也找到了新的路徑。新能源消納與電網調峰壓力日益突出，為新型電力系統安全穩定運行帶來挑戰。近兩年，共享儲能呈異軍突起之勢，其以調度運行更高效、經濟效益更凸顯、運營路徑可持續等優勢，成為促進新能源配置儲能高質量發展的重要途徑。

　　據了解，“共享儲能”概念最早由青海省于2018年提出，青海省將共享儲能的充放電模式由每日“一充一放”調整為“多充多放”，通過提高儲能電站利用率來實現經濟收益。之后，全國迅速跟進。根據不完全數據顯示，2022年，全國共享儲能報備項目數目一度出現“井噴”，陜西、山東、浙江、河北、四川成都、安徽、廣西、湖南、青海、河南等十省市先后公布新型儲能示范項目216個，規模合計22.2GW/53.8GWh，其中新增的共享儲能項目達到38GWh。

　　共享儲能本質上是引入第三方投資商，由第三方投資建設的集中式大型獨立儲能電站，除了滿足自身電站需求外，也為其它新能源電站提供服務;電站通過雙邊協商、雙邊競價及單邊調用等模式參與電力交易，降低新能源場站棄電量，并參與電力輔助服務市場。在共享儲能模式下，業主無需承擔建設儲能電站成本，只需每年支付租賃費，有利于減輕一次性投入的資本開支，緩解資金壓力;第三方共享儲能的投資商需承擔建設儲能電站的費用，收益來源為穩定的租賃費用，若考慮調峰輔助服務的收益，經濟性較好，收益可觀。2022年伊始，內蒙古、浙江相繼發布指導意見，提出投資建設共享儲能，研究建立電網替代性儲能設施的成本疏導機制，激勵新能源發電側儲能項目落地。共享儲能的火熱也從另一個側面促進了各種新型能源技術的發展。

　　縱覽全國已推行的共享儲能商業模式，大致可以歸納為以下幾類：為新能源電站提供儲能能力租賃服務，獲取租賃收益，是目前大部分獨立共享儲能電站最主要的收益來源。二是通過與新能源電站進行雙邊競價或協商交易，進行“低充高放”，降低新能源電站棄電率，實現雙方利益共享和分攤。這主要在青海等新能源消納形勢嚴峻的省份應用。三是通過單邊調用，參與電力輔助服務，儲能電站獲取調峰、調頻輔助服務費等，該模式主要應用于山東、青海、甘肅等省份。四是在電力現貨試點省份，通過參與電力現貨電能量市場，實現峰谷價差盈利。

　　目前新型儲能正處于從商業化初期向規模化發展階段，產業體系逐步成熟，是形成多種商業模式的關鍵時期。除了共享儲能外，削峰填谷、容量出租或出售、電網有效資產回收等儲能商業模式，也逐漸吸引著各方主體主動投身儲能發展與建設。

　　來源：《小康》·中國小康網 作者：袁凱

　　本文刊登于《小康》2023年6月下旬刊