實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和是一場(chǎng)廣泛而深刻的經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)性變革，其核心是能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型。能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型是指由化石能源為主逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榭稍偕茉礊橹鞯男滦湍茉大w系，相應(yīng)地，電力系統(tǒng)也將發(fā)生系統(tǒng)性變革。隨著雙碳目標(biāo)的深入推進(jìn)，可再生能源規(guī)?；l(fā)展與其不穩(wěn)定天然屬性的矛盾日益突出，已成為構(gòu)建新型能源體系的重大挑戰(zhàn)。
儲(chǔ)能在新型能源體系中發(fā)揮著重要作用，如何立足我國能源資源稟賦的基本國情，科學(xué)規(guī)劃和高質(zhì)量發(fā)展各類儲(chǔ)能技術(shù)，是新型能源體系的重點(diǎn)議題。近年來，隨著我國可再生能源快速發(fā)展，尤其2023年我國可再生能源占電力總裝機(jī)比例首次突破50%，具有里程碑意義。由于長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)可以賦予電網(wǎng)更高的可靠性和靈活性來支撐和補(bǔ)充可再生能源大規(guī)模接入，長時(shí)儲(chǔ)能得到越來越多的關(guān)注，被認(rèn)為是未來儲(chǔ)能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)。但是，我國長時(shí)儲(chǔ)能尚處于發(fā)展早期，對(duì)其定義尚未完全統(tǒng)一，還存在諸多挑戰(zhàn)，影響其高質(zhì)量發(fā)展，本文將進(jìn)行初步探討。
何為長時(shí)儲(chǔ)能
從世界范圍來看，國際上對(duì)長時(shí)儲(chǔ)能還沒有統(tǒng)一的定義。不同的國家和機(jī)構(gòu)，根據(jù)能源結(jié)構(gòu)、電力系統(tǒng)、政策與市場(chǎng)特點(diǎn)，給出了不同的長時(shí)儲(chǔ)能定義。美國能源部(DOE)的定義是額定功率持續(xù)運(yùn)行(放電)10小時(shí)以上，使用壽命在15年至20年的儲(chǔ)能系統(tǒng);美國桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室認(rèn)為長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)是持續(xù)放電時(shí)間不低于4小時(shí)的儲(chǔ)能技術(shù);美國加利福尼亞能源委員會(huì)(CEC)和美國能源部高級(jí)計(jì)劃研究局(ARPA E)定義10小時(shí)及以上的儲(chǔ)能系統(tǒng)是長時(shí)儲(chǔ)能;國際長時(shí)儲(chǔ)能委員會(huì)(LDESC)提出了兩種定義，即8~24小時(shí)的長時(shí)儲(chǔ)能以及24小時(shí)以上的儲(chǔ)能技術(shù)。
結(jié)合美國可再生能源發(fā)展現(xiàn)狀可以看出，近年來，美國可再生能源得到了快速發(fā)展，多個(gè)地區(qū)逐步采用4小時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)用于峰值電力需求服務(wù)，部分地區(qū)制訂了“4小時(shí)容量規(guī)則”，允許持續(xù)4小時(shí)以上的儲(chǔ)能系統(tǒng)在容量市場(chǎng)或其他提供容量的合同中獲得補(bǔ)償?；谶@一規(guī)則，在2021年到2022年美國部署的儲(chǔ)能系統(tǒng)中，約有40%是持續(xù)時(shí)間4小時(shí)的儲(chǔ)能系統(tǒng)。但是，由于美國現(xiàn)行電網(wǎng)系統(tǒng)和電力設(shè)備的老化，已經(jīng)開始面臨電網(wǎng)限制和并網(wǎng)排隊(duì)積壓等問題，面對(duì)電力需求的持續(xù)上漲以及可再生能源高比例接入，美國急需高于4小時(shí)的儲(chǔ)能，以便提高電網(wǎng)效率和可靠性來接納可再生能源。
從電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與用電規(guī)?？?，中國和美國的情況較為相似;但是從可再生能源發(fā)展規(guī)模與技術(shù)水平而言，我國在裝機(jī)容量和發(fā)電量?jī)蓚€(gè)關(guān)鍵指標(biāo)上，均遠(yuǎn)超美國當(dāng)前水平。因此，基于我國可再生能源和電力系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，我們認(rèn)為適合我國國情的長時(shí)儲(chǔ)能的定義為：在額定功率下能夠?qū)崿F(xiàn)持續(xù)放電4小時(shí)及以上，或者數(shù)天、數(shù)月的大規(guī)模低成本儲(chǔ)能技術(shù)。具體地，根據(jù)我國新型能源系統(tǒng)的發(fā)展階段和靈活性儲(chǔ)能的總體需求，長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)又可以分為：
(1)中長時(shí)儲(chǔ)能，主要是指在額定功率下持續(xù)運(yùn)行(放電)4-10小時(shí)的儲(chǔ)能系統(tǒng);
(2)長時(shí)儲(chǔ)能，主要是指在額定功率下持續(xù)運(yùn)行(放電)10小時(shí)到1周的儲(chǔ)能系統(tǒng);
(3)超長時(shí)儲(chǔ)能，主要是指在額定功率下持續(xù)運(yùn)行(放電)1周以上的儲(chǔ)能系統(tǒng)。
長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)的主要特征和功能
目前，長時(shí)儲(chǔ)能可分為物理儲(chǔ)能、化學(xué)儲(chǔ)能、熱儲(chǔ)能和氫儲(chǔ)能4條主線，具體技術(shù)包括：抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、重力儲(chǔ)能、液流電池、熔鹽儲(chǔ)熱以及各類儲(chǔ)氫技術(shù)等。隨著可再生能源的大規(guī)模發(fā)展，長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)將是未來新型能源系統(tǒng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它具有以下主要特征：
一是時(shí)間尺度長，長時(shí)儲(chǔ)能具有長時(shí)間的充放電循環(huán)能力，能夠?qū)崿F(xiàn)日內(nèi)長時(shí)、跨天、跨周、跨月乃至跨季節(jié)的電力調(diào)節(jié)，而且隨著可再生能源占比增加，電力系統(tǒng)中總儲(chǔ)能時(shí)長增加，長時(shí)儲(chǔ)能占比提高。
二是儲(chǔ)能容量大，長時(shí)儲(chǔ)能具有較大的儲(chǔ)能容量，功率與容量一般可以實(shí)現(xiàn)解耦，可根據(jù)不同的功率和容量需求存儲(chǔ)和釋放大量電能。
三是單位成本低，大規(guī)模長時(shí)儲(chǔ)能可以大幅降低度電成本。以抽水蓄能為例，其度電成本僅0.21-0.25元/kWh。
四是技術(shù)多樣性，長時(shí)儲(chǔ)能涵蓋了多種技術(shù)路線，每種技術(shù)都有其獨(dú)特的工作原理和適用場(chǎng)景，可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇和優(yōu)化。不同技術(shù)之間可以相互補(bǔ)充，共同構(gòu)成更加完善的儲(chǔ)能系統(tǒng)。
一般認(rèn)為，可再生能源裝機(jī)及其發(fā)電量占比不斷提升帶來的量變，將逐步引發(fā)能源系統(tǒng)特別是電力系統(tǒng)在物理形態(tài)和技術(shù)框架上產(chǎn)生本質(zhì)性變化，在這個(gè)過程中，長時(shí)儲(chǔ)能的占比也將逐步擴(kuò)大。國際長時(shí)儲(chǔ)能理事會(huì)(LDES)在2021年《聯(lián)合國氣候變化框架公約》第26次年度峰會(huì)上宣布，當(dāng)可再生能源發(fā)電量占比達(dá)到60%至70%，長時(shí)儲(chǔ)能將成為“成本最低的靈活性解決方案”，并且預(yù)測(cè)到2030年，全球長時(shí)儲(chǔ)能的累計(jì)裝機(jī)將達(dá)到150-400GW，到2040年，長時(shí)儲(chǔ)能的累計(jì)裝機(jī)進(jìn)一步提升到1.5-2.5TW。
我國已成為可再生能源大國。2023年底，中國可再生能源裝機(jī)突破14.5億千瓦，占全國電力總裝機(jī)超過50%，超過火電裝機(jī)，迎來歷史性的時(shí)刻。長時(shí)儲(chǔ)能在這種大規(guī)模新能源接入的新型能源系統(tǒng)中將發(fā)揮更加重要的作用：
一是為電力系統(tǒng)提供長周期調(diào)節(jié)能力，支撐能源結(jié)構(gòu)調(diào)整。利用長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)可以在不同空間尺度和時(shí)間尺度上支撐電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)跨日、跨周的動(dòng)態(tài)平衡。
二是應(yīng)對(duì)極端天氣下的能源需求，增強(qiáng)電網(wǎng)安全特性。利用長時(shí)儲(chǔ)能與超長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)可以提高極端天氣下電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
三是改善電力系統(tǒng)的靈活性，提升電力系統(tǒng)柔韌性。挖掘與提升短時(shí)儲(chǔ)能價(jià)值，增加部署多時(shí)間尺度儲(chǔ)能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同配合，適應(yīng)新型電力系統(tǒng)發(fā)展，為規(guī)劃構(gòu)建新型能源系統(tǒng)、新型電力系統(tǒng)建設(shè)保駕護(hù)航。
發(fā)展現(xiàn)狀與主要建議
“十四五”期間， 我國在長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域取得了突出的成績(jī)。在壓縮空氣儲(chǔ)能、液流電池和氫能領(lǐng)域創(chuàng)造了多個(gè)國際首臺(tái)套示范項(xiàng)目;抽水蓄能的單機(jī)機(jī)組邁向300MW交流勵(lì)磁變速抽水蓄能機(jī)組;國際首套300MW先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)實(shí)現(xiàn)并網(wǎng);儲(chǔ)熱技術(shù)實(shí)現(xiàn)了全球首座電熱熔鹽儲(chǔ)能試驗(yàn)站和660MW煤電機(jī)組耦合蒸汽熔鹽儲(chǔ)熱調(diào)峰的投運(yùn)。新的儲(chǔ)能建設(shè)項(xiàng)目中，百兆瓦級(jí)和中長時(shí)儲(chǔ)能成常態(tài)。預(yù)計(jì)我國在2030年長時(shí)儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模約2300萬千瓦，約占同期新型儲(chǔ)能裝機(jī)總規(guī)模的20%;2060年超長時(shí)儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模約1.5億千瓦。
在政策法規(guī)方面，我國政府相繼出臺(tái)《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見》、《關(guān)于深化電力體制改革加快構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的意見》等文件，推動(dòng)大容量長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)規(guī)?；瘧?yīng)用。國家能源局在《新型電力系統(tǒng)發(fā)展藍(lán)皮書》中指出，我國要在2030年~2045年滿足日以上時(shí)間尺度的平衡調(diào)節(jié)需求，在2045年~2060年覆蓋全周期的多類型儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行。
構(gòu)建新型能源系統(tǒng)是一個(gè)長期的系統(tǒng)性工程，需要立足國家能源資源稟賦，在新能源安全可靠替代的基礎(chǔ)上穩(wěn)步推進(jìn)。我國幅員遼闊，可再生能源的發(fā)展在各個(gè)省市各不相同，資源和電力需求都不一樣，對(duì)于儲(chǔ)能，部分地區(qū)屬于超前發(fā)展模式，部分地區(qū)選擇各種儲(chǔ)能技術(shù)全面部署，部分地區(qū)則是重點(diǎn)發(fā)展某一類型或某一應(yīng)用場(chǎng)景的儲(chǔ)能技術(shù)，因此，對(duì)于未來我國長時(shí)儲(chǔ)能的技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展，更是需要發(fā)揮國家和地方在政策規(guī)劃上的聯(lián)動(dòng)及區(qū)域協(xié)同機(jī)制，群策群力，共促長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)的健康發(fā)展，建議具體舉措如下：
一是堅(jiān)持頂層設(shè)計(jì)和科學(xué)規(guī)劃。科學(xué)地開展近遠(yuǎn)期相結(jié)合的長時(shí)儲(chǔ)能規(guī)劃，有利于解決利益相關(guān)者的不確定性，提升市場(chǎng)信心，引導(dǎo)建立長時(shí)儲(chǔ)能供應(yīng)鏈，為低成本長時(shí)儲(chǔ)能高質(zhì)量發(fā)展提供保障。加快組建具有世界水平的長時(shí)儲(chǔ)能國家實(shí)驗(yàn)室，匯集全行業(yè)的資源和力量，依托重大科研基礎(chǔ)設(shè)施，聯(lián)合產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)和科研院所以及高校，建立戰(zhàn)略性研發(fā)和協(xié)同創(chuàng)新平臺(tái)，持續(xù)開展儲(chǔ)能技術(shù)的研發(fā)。構(gòu)建長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，及時(shí)結(jié)合行業(yè)發(fā)展水平和新興應(yīng)用場(chǎng)景優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)體系，提升行業(yè)整體技術(shù)水平。
二是堅(jiān)持可再生能源與長時(shí)儲(chǔ)能的協(xié)同發(fā)展。對(duì)可再生能源配儲(chǔ)規(guī)模和比例開展科學(xué)論證，因地制宜，因時(shí)制宜，統(tǒng)籌布局不同時(shí)長和規(guī)模的長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)。充分發(fā)揮國家和地方政府上下聯(lián)動(dòng)機(jī)制，在能源基地積極引導(dǎo)長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)的示范與產(chǎn)業(yè)化工作，探索完善可再生能源與長時(shí)儲(chǔ)能協(xié)調(diào)和融合發(fā)展模式。同時(shí)在政策上盡早明確稅收抵免、碳定價(jià)、溫室氣體減排目標(biāo)，引導(dǎo)市場(chǎng)、資本、人才等各種積極因素的匯集，共促發(fā)展。
三是進(jìn)一步完善長時(shí)儲(chǔ)能市場(chǎng)機(jī)制。首先，建立完善儲(chǔ)能價(jià)值評(píng)價(jià)體系，探索分級(jí)容量競(jìng)價(jià)機(jī)制，完善包含長時(shí)儲(chǔ)能源網(wǎng)荷儲(chǔ)項(xiàng)目的電價(jià)機(jī)制。其次，建立健全長時(shí)儲(chǔ)能政策保障機(jī)制，從項(xiàng)目管理、科技創(chuàng)新、市場(chǎng)環(huán)境、價(jià)格機(jī)制、產(chǎn)業(yè)發(fā)展等方面逐步完善。最后在示范應(yīng)用階段，還可以探討直接的技術(shù)支持和扶持措施，包括技術(shù)轉(zhuǎn)讓獎(jiǎng)勵(lì)、國債優(yōu)先支持和貸款擔(dān)保等措施，以及對(duì)長時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)提供的服務(wù)和資源進(jìn)行直接補(bǔ)償，提高進(jìn)入該領(lǐng)域的投資者對(duì)部署長時(shí)儲(chǔ)能的信心。
(本文作者：陳海生 中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟理事長、中國能源研究會(huì)儲(chǔ)能專委會(huì)主任委員、中國科學(xué)院工程熱物理研究所所長;張華良 中國科學(xué)院工程熱物理研究所研究員，中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟長時(shí)儲(chǔ)能專業(yè)委員會(huì)秘書長;岳芬 中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟副研究員/副秘書長)
作者：陳海生、張華良、岳芬
評(píng)論