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如何加快推進新型儲能技術高質量發展?

如何加快推進新型儲能技術高質量發展?

發布日期:2022-06-04 瀏覽次數:8

聚焦雙碳目標和新型電力系統

加快推進新型儲能技術高質量發展

規劃編制新型儲能專業組

新型儲能是除抽水蓄能以外以輸出電力為主要形式的儲能技術,具有精準控制、快速響應、靈活配置和四象限靈活調節功率的特點,能夠為電力系統提供多時間尺度、全過程的平衡能力、支撐能力和調控能力,是構建以新能源為主體新型電力系統的重要支撐技術。新型儲能通過與數字化、智能化技術深度融合,將成為電、熱、冷、氣、氫等多個能源子系統耦合轉換的樞紐,可以促進能源生產消費開放共享和靈活交易、實現多能協同,支撐能源互聯網構建,促進能源新業態發展。

《“十四五”能源領域科技創新規劃》(以下簡稱《規劃》)聚焦雙碳戰略目標,著力提升能源電力系統調節能力、綜合效率和安全保障能力,支撐新型電力系統建設和能源綠色、低碳、高效轉型?!兑巹潯肪o扣“十四五”新型儲能功能定位,結合新型儲能技術發展現狀,圍繞能量型/容量型儲能技術裝備及系統集成技術、功率型/備用型儲能技術裝備與系統集成技術、儲能電池共性關鍵技術、分布式儲能與分布式電源協同聚合技術等方面進行重點任務的部署,確定了4項集中攻關、3項示范試驗和1項應用推廣,并制定了技術路線圖,加快新型儲能規?;?、高質量發展。

一、新型儲能技術發展成就

(一)新型儲能本體技術發展迅速,呈現出“百花齊放”的良好態勢。

電化學儲能技術中,鋰離子電池性能大幅提升,電池能量密度提高1倍,循環壽命提高2~3倍;成本下降迅速,儲能系統建設成本降至1200~1800元/ kWh;平準化度電成本降至0.58~0.73元/ kWh(按照儲能每天充放電循環一次),產業鏈持續完善,基本實現國產化,已初步具備規?;虡I化發展條件。液流電池方面已攻克全釩液流電池卡脖子技術,基本能夠實現關鍵材料、部件、單元系統和儲能系統的國產化,循環壽命超過16000次,儲能系統建設成本降至2500~3900元/ kWh,正在建設百兆瓦級項目試驗示范。鉛碳電池取得較大進步,循環壽命達5000次,儲能系統建設成本降至1200元/kWh,實現了兆瓦到數十兆瓦級應用。其他電化學儲能技術如下一代鋰離子電池、鈉離子電池、液態金屬電池、金屬空氣電池尚不具備實用化價值。機械儲能技術中,壓縮空氣儲能方面開展了新型壓縮空氣儲能研究,并在關鍵技術上取得較大突破,實現10MW級先進壓縮空氣儲能技術試驗示范。飛輪儲能方面自主掌握了飛輪、磁懸浮、電機系統等關鍵技術,實現了鉆機動力調峰、動態UPS、電能質量管理的示范應用。電磁儲能技術中,超級電容儲能方面混合型電容實現較大突破,能量密度已達到40Wh/kg以上,功率密度已達到1kW/kg以上,充放電循環次數50000次以上。儲熱、氫儲能技術也實現了原理樣機突破。

(二)新型儲能應用技術不斷突破,應用規模穩步提升,應用場景不斷拓展,建成了一批試點示范項目。

“十三五”期間,我國儲能應用技術初步突破儲能容量配置、儲能電站能量管理、源-網-荷-儲協同控制等關鍵技術,先后開展了大容量儲能提升新能源并網友好性、儲能機組二次調頻、大容量儲能電站調峰、分布式儲能提升微電網運行可靠性、儲能電站共享等多樣性示范工程,多個示范工程相關核心技術指標也達到國際先進水平。截至2020年底,我國新型儲能裝機規模約330萬千瓦,排名世界第一。除了少數示范項目采用壓縮空氣和飛輪儲能技術,其余采用電化學儲能技術,其中,鋰離子電池規模占比約89%,鉛蓄電池規模占比約10%,液流電池裝機規模占比約0.7%,超級電容儲能規模占比約0.1%。除了總規模的提升,單個儲能項目的裝機規模在不斷突破,據不完全統計,我國裝機規模在50MW及以上的新型儲能項目約7個,10MW到50MW之間的新型儲能項目約48個,大部分采用鋰離子電池技術。在投運項目中,電源側、電網側和用戶側的儲能規模占比分別為47%、18%和35%,“新能源+儲能”、常規火電配置儲能、“互聯網+”智慧能源、智能微電網、共享儲能等多元化應用場景不斷涌現,其中2020年青海、河北、福建、江蘇、廣東共8個項目入選國家首批科技創新(儲能)試點示范項目,涵蓋可再生能源發電、火電輔助調頻、電網側、用戶側等主要場景。

二、新型儲能技術面臨形勢

美國、歐盟和日本等在2017~2018年先后發布了儲能技術發展路線圖,將鋰離子電池、液流電池、超級電容、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等確定為重點關注的技術類型,并加大了技術研發投資。美國于2020年發布了儲能大挑戰路線圖,還對金屬納基電池、鋅基技術、可逆燃料電池、液體空氣儲能、氫儲能等進行了探討,更加重視技術創新引領和產業鏈完善。

電化學儲能方面,我國鋰離子電池儲能處于國際先進水平,基本實現國產化,但是自動化程度有待提升,部分核心部件如高精度膜頭依賴國外進口,在高精度高速極片熱復合設備、大面積高速真空鍍鋰設備、干法極片設備等新裝備方便開發較少。液流電池方面,我國全釩液流電池儲能總體處于國際領先水平,少數釩電堆關鍵材料如質子交換膜主要由國外廠商掌握核心知識產權,雙極板和電極由于產業鏈不完善尚未擺脫國外市場的制約,國外目前在加緊布局鐵鉻液流、鋅溴液流電池。其他電池方面,鈉硫電池技術被日本NGK壟斷,鈉氯化鎳電池方面我國通過引進美國GE公司技術進行產業化。機械儲能方面,我國先進壓縮空氣儲能技術研發處于國際領先水平,但是大功率電動機的設計和制造水平較為欠缺,仍需依賴國外進口。飛輪儲能方面,美國處于國際領先水平,我國的大儲能量飛輪、高速電機、磁懸浮等關鍵技術積累不充分,總體技術水平和國外相比差距約10年。電磁儲能方面,我國的混合型電容器處于國際領先水平,雙電層電容器和贗電容器處于跟跑水平,但是高進度涂敷模頭等高精度部件和碳粉、隔膜、鋁箔等核心材料尚依賴國外進口。

三、新型儲能技術發展趨勢

“十四五”期間我國年新增新能源裝機預計將達到1~1.2億千瓦左右,相比“十三五”年新增新能源裝機規模翻番,將對電力系統接網消納能力造成前所未有的挑戰,亟須以新型儲能等技術為物理基礎,結合數字化智能化等技術,構建新型電力系統。即使考慮新能源發展布局充分優化、火電靈活性改造等措施到位、新能源利用率考核適當放開的情況下,我國新型儲能裝機需求不低于3000萬千瓦,是“十三五”末新型儲能裝機規模的10倍左右,客觀上要求新型儲能發展必須提速,實現跨越式發展。

然而,當前新型儲能技術發展水平仍面臨一些瓶頸問題亟待突破。

一是新型儲能技術成熟度有待進一步提升。電化學儲能方面,鋰離子電池需進一步提高電池循環壽命和日歷壽命,在低產熱功率、高能量效率、高安全儲能用電池和模塊技術開發等方面加強攻關。鐵鉻液流電池技術進展較慢,關鍵材料的全國產化和批量化制備、以及大功率電堆的高效智能組裝技術有待于開發。鉛炭電池模塊化、集成化、智能化程度仍需進一步提升。機械儲能方面,面向應用場景的系統設計與變工況調控、高效高負荷壓縮/膨脹機、陣列式蓄熱換熱器、電力系統耦合控制等關鍵本體技術和應用技術仍需攻關。電磁儲能方面,混合型電容器儲能技術已經完成研發,但技術成熟度仍需實證檢驗。

二是目前新型儲能成本仍然偏高,距全面商業化應用還有較大差距。以電池儲能為例,非電池部分成本仍占到儲能系統成本的50%,降低非電池部分成本將是未來重要任務。

三是儲能系統安全性問題亟待解決,近年來國內外電化學儲能電站的安全事故頻發,引發社會和業界廣泛關注和擔憂,系統安全防護與消防滅火技術水平尚不能完全滿足儲能規?;瘧眯枨?,亟須開展單體、模組、系統等級別多層安全防護策略研究,做好安全技術提升及消防方案開發,研究高效熱設計及管理策略,做好功率規模達百兆瓦級及以上的系統安全可靠性技術開發。

四是儲能運行控制策略有待優化,目前受數據采集方式、響應速度、控制精度等方面限制,考慮不同儲能時間尺度和響應特性、多點分散布局聚合控制、以及與多種電源品種協調優化的儲能電站調度控制策略有待進一步提升,實際運行中儲能設施對電力系統的各項效益尚未充分發揮,特別是未來隨著儲能與新能源發電的深度協調融合發展,電網風光儲協同控制技術可能成為制約儲能系統價值創造的瓶頸。

五是儲能產業鏈尚未形成閉環,儲能廢舊設施回收利用環節仍有待建立完善。

四、新型儲能技術發展重點任務和展望

《規劃》針對電網削峰填谷、集中式可再生能源并網等儲能應用場景,部署了能量型/容量型儲能技術裝備及系統集成研究。在集中攻關方面,部署研發長壽命、低成本、高安全的鋰離子電池,突破鉛碳電池專用模塊均衡和能量管理技術,開展高功率液流電池關鍵材料、電堆設計以及系統模塊的集成設計等研究,研發鈉離子電池、液態金屬電池、鈉硫電池、固態鋰離子電池、儲能型鋰硫電池、水系電池等新一代高性能儲能技術,開發儲熱蓄冷、儲氫、機械儲能等儲能技術。在示范試驗方面,開展GWh級鋰離子電池、大規模壓縮空氣儲能電站和高功率液流電池儲能電站系統設計與示范。力爭到2025年,完成大型空氣壓縮儲能技術及鐵-鉻液流電池技術示范。

《規劃》針對增強電網調頻、平滑間歇性可再生能源功率波動以及容量備用等儲能應用場景,部署了功率型/備用型儲能技術裝備與系統集成研究。在集中攻關方面,開展超導、電介質電容器等電磁儲能技術攻關,研發電化學超級電容器、高倍率鋰離子電池等各類功率型儲能器件;研發大功率飛輪材料以及高速軸承等關鍵技術,突破大功率飛輪與高慣性同步調相機集成關鍵技術,以及50MW級基于飛輪的高慣性同步調相機技術。在示范試驗方面,推動10MW級超級電容器、高功率鋰離子電池、兆瓦級飛輪儲能系統設計與應用示范。力爭到2025年,完成慣性旋轉備用儲能技術應用示范。

《規劃》針對“十四五”期間新能源側和電網側大規模配置電化學儲能的形勢,部署了儲能電池共性關鍵技術研究。在集中攻關方面,開展基于儲能電池單體和模組短時間測試數據預測長日歷壽命的實驗驗證和模擬仿真研究,實現儲能電池25年以上的循環壽命及健康狀態快速監測和評價;開展低成本可修復再生的新型儲能電池技術研究,研發退役電池剩余價值評估、單體電池自動化拆解和材料分選技術,實現電池修復、梯次利用、回收與再生;推動儲能單體和系統的智能傳感技術研究;推動儲能電池全壽命周期的安全性檢測、預警和防護研究;開展基于正向設計,適合梯次利用的動力電池設計與制造,以及梯次利用場景分析、快速分選、系統集成和運維等關鍵技術研究。在示范試驗方面,研發電化學儲能系統安全預警、系統多級防護結構及材料等關鍵技術,示范大型鋰電池儲能電站的整體安全性設計、能量智能管控及運維、先進冷卻及消防等關鍵技術。力爭到2025年,推廣應用大型儲能電站系統集成技術開發與應用。

《規劃》針對“十四五”大力發展分布式新能源和“源網荷儲一體化建設趨勢,部署了分布式儲能與分布式電源協同聚合技術研究。在集中攻關方面,開展分布式儲能系統協同聚合研究,提出多點布局儲能系統的聚合方法,掌握多點布局儲能系統聚合調峰、調頻及緊急控制系列理論與成套技術,實現廣域布局的分布式儲能、儲能電站的規?;簠f同聚合;開展島嶼可再生能源開發與智能微網關鍵技術攻關。在應用推廣方面,突破分布式儲能與分布式電源協同控制和區域能源調配管理技術,提高配電網對分布式光伏的接納;研發基于區塊鏈技術的分布式儲能多元市場化交易平臺,推廣基于區塊鏈共享儲能應用技術。


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