趙天壽：能源轉型與新型儲能技術

　　11月10日上午，嶺南影響力·2024在廣州中山紀念堂隆重開幕。本次活動由嶺南影響力(廣東)科技研究中心主辦，廣州市中山大學校友會承辦。

　　嶺南影響力·2024年度活動圍繞創新發展、全球布局、能碳管理等主題，探討高質量發展機遇。世界銀行副行長陳廣哲、南方科技大學碳中和能源研究院院長趙天壽、廣開首席產業研究院院長兼首席經濟學家連平、廈門大學能源學院創始院長李寧、上海珠池資產管理有限公司董事長路志剛、明尼蘇達大學卡爾森管理學院副院長Stephen T Parente等二十多位資深學者、機構專家、商界領袖出席，吸引了華南地區千余名政、產、學、商、融各界精英人士現場參與。

　　南方科技大學機械與能源工程系講席教授、能源科學與工程熱物理專家趙天壽應邀出席并發表了題為《能源轉型與新型儲能技術》的主旨演講。

　　趙天壽認為，能源轉型是實現碳中和目標的關鍵。當前，化石能源在能源消費結構中占主導地位，占比高達82%，而太陽能和風能的占比僅為5%。為實現達到碳中和目標，需顯著提升新能源比例，使太陽能、風能等可再生能源成為能源結構的主體，同時化石能源占比需降低至10%，而新能源占比需提高至60%。盡管近年來風能和太陽能的裝機容量增長迅速，但其發電量占比仍然較低。過去十年，我國化石能源占比從88.7%降至82.1%，年均下降約0.7%。然而，在能源轉型過程中，節能減排壓力依然巨大，需要加速風光能源的替代進程。2023年，我國化石能源占比的下降速度為十年來最慢，僅為0.3%。根據“十四五”規劃，CO2排放目標計劃降低18%，但2023年未達到預期目標。此外，風光發電量僅占全部發電量的20%，且今年一季度棄風棄光率由2%上升至4%，表明風光發電的利用率有待提升。

　　風光能源的不可控性已成為當前擴大其規模的主要挑戰，而儲能技術的發展能夠被視為有效平抑風光能源波動，提升其實際利用率的關鍵手段。儲能技術在發電側、電網側和用戶側均發揮著不可或缺的作用。在發電側，儲能可以解決可再生能源并網問題，提供尖峰負荷，從而避免供電中斷;在電網側，儲能有助于緩解輸配電阻塞，降低增容成本，并提供電力輔助服務;在用戶側，儲能可以降低用電成本，提高用電質量，并作為備用電源。為適應風光能源的間歇性，理想的儲能技術需具備長時儲能能力，以覆蓋風光間歇周期，確保電力供應的穩定性和安全性。

　　當前儲能技術在實際應用中面臨多重挑戰，包括安全問題、地域限制以及低利用率等，特別是在長時儲能技術方面存在顯著缺口。理想的大型儲能裝備需同時滿足三大要求：安全性、經濟性和資源可及性。抽水儲能技術發展成熟，特別適用于長時大規模儲能，但其應用受到地理位置和建設周期的限制;鋰離子電池儲能靈活、適用于中短時儲能，未來發展的關鍵在于提升其安全性;壓縮空氣儲能技術雖然容量大，但提高效率和解決儲氣難題是其未來發展的重點。目前各類儲能技術的裝機容量均呈現快速增長趨勢，抽水蓄能和鋰電儲能在市場中占據主導地位，但儲能裝備的實際利用率仍然偏低，2023年風光電站的儲能裝備利用率僅為9%，表明儲能技術的發展和應用仍需進一步優化和提升。

　　長時儲能的核心在于能量載體的流動性和容量與功率的解耦。流體電池，尤其是液流電池，憑借其靈活的儲能時長、易于擴容和選址的便利性，成為理想的長時儲能技術選擇。液流電池具有本征安全、儲能時長靈活、易于擴容、壽命長和廣泛的應用場景等優勢，能夠滿足發電、電網和用戶側對儲能技術的需求。此外，液流電池的布置靈活性使其能夠適應建筑內或地下空間的環境。《“十四五”新型儲能發展實施方案》和《加快構建新型電力系統行動方案(2024-2027年)》均明確支持液流電池技術的發展，各地也積極響應，推進液流電池產業的布局。

　　當前，液流電池技術面臨的主要挑戰之一是其相對較高的建造成本，其中電堆和電解液占據了總成本的80%，而電堆的電流密度與電解液的利用率低也是推高成本的原因。為有效降低成本并促進該技術的廣泛應用，提升電池的電流密度和電解液利用率成為關鍵策略。趙天壽從熱物理與電化學的交叉視角出發，揭示了跨尺度多子傳遞與電化學反應耦合機理，提出了多場驅動多子傳遞與反應協同調控方法，構建了熱質傳遞-電化學耦合理論框架。在這一理論的指導下，趙天壽教授團隊成功研發出一種高性能、低成本且長壽命的液流電池儲能系統，為液流電池成本降低提供了強有力的技術支撐。

　　趙天壽指出，過去十余年，光伏、風機等技術取得了顯著進展，然而儲能技術的發展相對滯后。為實現雙碳目標，必須加速推進儲能技術的研發與應用，以增強我們邁向碳中和時代的信心與決心。