碳中和是黨中央經(jīng)過深思熟慮作出的重大戰(zhàn)略決策，事關(guān)中華民族永續(xù)發(fā)展和構(gòu)建人類命運(yùn)共同體。如今，全球碳中和的共識(shí)已經(jīng)非常統(tǒng)一，各國將實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)基本認(rèn)同在2050年前后。從整體來看，業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)同，能源行業(yè)減碳是實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的關(guān)鍵路徑。
根據(jù)全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織預(yù)測，2025年全球風(fēng)電+光伏發(fā)電量占比20%，到2050年風(fēng)電+光伏發(fā)電量占比達(dá)到67%。
中國正面臨電力系統(tǒng)的綠色低碳轉(zhuǎn)型與能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型。電力結(jié)構(gòu)中，新能源電力的占比在逐漸攀升，儲(chǔ)能作為新能源電力調(diào)峰調(diào)頻的重要利器，是實(shí)現(xiàn)“碳中和”背景下能源轉(zhuǎn)型的助推器。
目前中國新型儲(chǔ)能發(fā)展迅速。2022年，以電化學(xué)儲(chǔ)能為代表的新型儲(chǔ)能在國內(nèi)儲(chǔ)能市場的占比已達(dá)到21.9%。在新型儲(chǔ)能中，鋰離子電池占比最大，中國鋰離子電池占新型儲(chǔ)能比重達(dá)到94.0%，液流電池占比1.2%，壓縮空氣占比1.5%。
數(shù)據(jù)顯示，截至2023年1月，國內(nèi)已經(jīng)投運(yùn)的電化學(xué)儲(chǔ)能電站累計(jì)裝機(jī)主要分布在電網(wǎng)側(cè)，占比接近80%，其次是電源側(cè)，占比15%，最后是用戶側(cè)，占比為3%。在電源側(cè)中，風(fēng)電+光伏配儲(chǔ)占比約99%。
儲(chǔ)能是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)靈活性的技術(shù)。
電力系統(tǒng)靈活運(yùn)行能力主要指電力系統(tǒng)能夠可靠且經(jīng)濟(jì)有效地應(yīng)對全時(shí)間尺度的供需變化和不確定性，從而確保電力系統(tǒng)瞬時(shí)穩(wěn)定性、并支持長期供電安全。電力系統(tǒng)靈活運(yùn)行能力既來自電力供給側(cè)，還可以通過電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施需求側(cè)響應(yīng)和電力存儲(chǔ)來提供系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)能力；儲(chǔ)能作為靈活的電力電量平衡技術(shù)，在高比例可再生能源電力系統(tǒng)中削峰填谷、一二次調(diào)頻、電能質(zhì)量提升和電網(wǎng)支撐中將發(fā)揮越來越大的作用。
在政策上，儲(chǔ)能自2016年開始被納入國家級(jí)政策規(guī)劃，2017年首份行業(yè)指導(dǎo)政策出臺(tái)，國家發(fā)改委、國家能源局等《關(guān)于促進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》提出未來十年中國儲(chǔ)能行業(yè)兩步走戰(zhàn)略。
國家能源局“十四五”規(guī)劃發(fā)展科技規(guī)劃對儲(chǔ)能技術(shù)也多有提及，在該規(guī)劃中，儲(chǔ)能技術(shù)的研發(fā)部分涉及到鈉離子電池與液態(tài)金屬電池以及鈉硫電池等；儲(chǔ)能安全技術(shù)部分則涉及研發(fā)電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)安全預(yù)警、系統(tǒng)多級(jí)防護(hù)結(jié)構(gòu)及材料關(guān)鍵技術(shù)；儲(chǔ)能示范要求開展高功率液流電池儲(chǔ)能電站系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
據(jù)國家能源網(wǎng)發(fā)布，截至2023年6月底，全國已建成投運(yùn)新型儲(chǔ)能項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)規(guī)模超過1733萬千瓦/3580萬千瓦時(shí)，其中全釩液流電池儲(chǔ)能占1.1%。國內(nèi)液流電池儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模的增加受國家政策的影響，如2017年發(fā)布的《關(guān)于促進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展指導(dǎo)意見》，2023年國家能源局公布的《2023年能源領(lǐng)域擬立項(xiàng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制修訂計(jì)劃及外文版翻譯計(jì)劃項(xiàng)目意見》等。
液流電池主要以五種不同的電解液組成了五個(gè)不同的液流電池技術(shù)，其中全釩液流電池較為成熟，其他液流電池尚在驗(yàn)證或示范階段。這五種不同的液流電池技術(shù)具體參數(shù)如下圖所示。
提起液流電池，就不得不提到液流電池與鋰電池之間的比較。
在技術(shù)特性上，鋰電池的優(yōu)勢在于功率性能好，劣勢在于其容量衰減明顯，液流電池則主要是容量規(guī)模大但能量效率低，壽命長、容量衰減?。话踩陨?，液流電池不存在熱失控但存在電解液泄漏風(fēng)險(xiǎn)，而鋰離子電池存在熱失控引起的起火爆炸風(fēng)險(xiǎn)；在成本上，液流電池的市場規(guī)?；б嫔形达@現(xiàn)，目前不同技術(shù)成本結(jié)構(gòu)差異較大，而鋰電池規(guī)?；б鎺沓杀久黠@下降，只是未來成本下降趨勢緩慢。
通過儲(chǔ)能時(shí)長和單位投資成本的比較可得，液流電池更適合長時(shí)儲(chǔ)能，尤其在大于5小時(shí)的儲(chǔ)能時(shí)長上更具優(yōu)勢。
目前液流電池的產(chǎn)業(yè)鏈公司分布較完善，隨著國內(nèi)長時(shí)儲(chǔ)能政策的發(fā)布，液流電池相關(guān)企業(yè)發(fā)展迅速。但就目前的全釩液流電池技術(shù)來說，國內(nèi)還是領(lǐng)先于國外。
全釩液流電池技術(shù)
全釩液流電池的特點(diǎn)是易于規(guī)模化，溫度適應(yīng)性強(qiáng)、壽命長、效率高、安全可靠，主要發(fā)展方向?yàn)楦咝屎透吣芰棵芏入姸岩约半姸殃P(guān)鍵材料低成本，隔膜關(guān)鍵材料的突破。
解決方向主要是包括電解液、電極膜和雙極板在內(nèi)的液流電池關(guān)鍵材料的開發(fā)與優(yōu)化，以及膜材料的國產(chǎn)化和離子高選擇性的制備。例如可以通過采用添加劑的方法增加電解液的溫度穩(wěn)定性，采用支持電解質(zhì)體系取代硫酸體系增加電解液的高濃度穩(wěn)定性。
全釩液流電池在國內(nèi)的產(chǎn)業(yè)鏈初步形成，關(guān)鍵膜材料尚未形成規(guī)?；a(chǎn)，隨著儲(chǔ)能安全性的要求升級(jí)、儲(chǔ)能時(shí)長的增加，基于釩電池的高安全性和儲(chǔ)能時(shí)長增加邊際成本較少的特點(diǎn)，釩電池在大規(guī)模長時(shí)儲(chǔ)能中將會(huì)有出色的表現(xiàn)。
中鈉儲(chǔ)能在儲(chǔ)能技術(shù)上的研究與探索
中鈉儲(chǔ)能目前的業(yè)務(wù)板塊主要涉及3個(gè)部分：全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的生產(chǎn)制造、儲(chǔ)能智慧運(yùn)維、儲(chǔ)能研發(fā)。
在全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的生產(chǎn)制造方面，中鈉儲(chǔ)能完成了全釩液流電池系統(tǒng)集成技術(shù)的突破，包括管路設(shè)計(jì)、BMS、電堆的設(shè)計(jì)、儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)化與效率的提升；在儲(chǔ)能智慧運(yùn)維方面，中鈉儲(chǔ)能搭建微電網(wǎng)可視化數(shù)字平臺(tái)，一方面監(jiān)視場站設(shè)備的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、電量與收益統(tǒng)計(jì)、二氧化碳減排指標(biāo)；另一方面對場站的電力設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程管理與調(diào)度，協(xié)同電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)（EMS）參與電力輔助服務(wù)；在儲(chǔ)能研發(fā)方面，中鈉儲(chǔ)能與西北大學(xué)等高校搭建產(chǎn)學(xué)研平臺(tái)，進(jìn)行了寬溫區(qū)電解液的研究、釩電池的實(shí)驗(yàn)室測試、低成本多孔可焊接膜的研究，研發(fā)高安全、長壽命、低成本電池體系。
中鈉儲(chǔ)能部分典型項(xiàng)目
▍中鈉儲(chǔ)能兆瓦級(jí)儲(chǔ)能電站工程示范——甘肅某光伏電站15MW配儲(chǔ)項(xiàng)目
在甘肅張掖完成了15MW/60MWh的光伏發(fā)電配儲(chǔ)項(xiàng)目。本項(xiàng)目采用直流1500V儲(chǔ)能系統(tǒng)方案，儲(chǔ)能電池系統(tǒng)采用集裝箱布置，主要包括儲(chǔ)能電池艙、儲(chǔ)能變流升壓一體機(jī)、能量管理系統(tǒng)等設(shè)備。電池集裝箱系統(tǒng)擁有獨(dú)立的配電系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、消防系統(tǒng)等自動(dòng)控制和安全保障系統(tǒng)，采用非步入式設(shè)計(jì)。
儲(chǔ)能系統(tǒng)與新能源場站配合實(shí)現(xiàn)風(fēng)儲(chǔ)、能量搬移、一次調(diào)頻等應(yīng)用，同時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)可接受電網(wǎng)調(diào)度，參與電網(wǎng)輔助服務(wù)。
▍中鈉儲(chǔ)千瓦級(jí)工商側(cè)工程示范——陜西西安風(fēng)光儲(chǔ)充一體化125kW/500kWh微電網(wǎng)項(xiàng)目
該項(xiàng)目落地于西安國際人工智能創(chuàng)新園園區(qū)。項(xiàng)目集成光伏發(fā)電、全釩液流電池儲(chǔ)能、充電樁、風(fēng)力發(fā)電等多項(xiàng)技術(shù)，項(xiàng)目運(yùn)行后既能為電動(dòng)汽車供給綠色電能，又能實(shí)現(xiàn)園區(qū)應(yīng)急照明及電梯應(yīng)急運(yùn)行。后期還可實(shí)現(xiàn)電力削峰填谷、輔助服務(wù)等功能，這將顯著提升園區(qū)電力系統(tǒng)運(yùn)行效率。
長時(shí)儲(chǔ)能是未來儲(chǔ)能的重要發(fā)展方向。
專家指出，新能源電量占比超過20%以后，長時(shí)儲(chǔ)能將成為剛需。我國提出到2025年新型儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模達(dá)到3000萬千瓦以上，2030年起全球可再生能源占比超過60%，長時(shí)儲(chǔ)能容量將達(dá)到2~3億千瓦，長時(shí)儲(chǔ)能需求約占新能源發(fā)電量的10~20%，將會(huì)成為維持系統(tǒng)平衡的重要調(diào)節(jié)手段。
隨著波動(dòng)性電源并網(wǎng)比例擴(kuò)大，電力系統(tǒng)對儲(chǔ)能靈活調(diào)節(jié)要求也逐漸增多，配合新能源參與系統(tǒng)調(diào)峰的需求增加，調(diào)節(jié)時(shí)長也將變?yōu)楦L時(shí)間尺度的需求。
長時(shí)儲(chǔ)能可以在極端惡劣天氣下為系統(tǒng)提供持續(xù)安全可靠的電力供應(yīng)，發(fā)揮應(yīng)急保供作用，能有效應(yīng)對季節(jié)性保供需求，提升系統(tǒng)事故后快速回復(fù)和應(yīng)急處置能力。因此，關(guān)于長時(shí)儲(chǔ)能液流電池的發(fā)展，業(yè)內(nèi)人士提出了如下幾點(diǎn)建議：
1）發(fā)展高效率、低成本的液流電池發(fā)電技術(shù)，提高電堆容量功率和轉(zhuǎn)化效率是液流電池的發(fā)展目標(biāo)。研究高穩(wěn)定性、高功率、寬溫度適應(yīng)性和隔膜關(guān)鍵材料是液流電池的主要發(fā)展方向。
2）開展大容量、長周期、多元化新型儲(chǔ)能相關(guān)技術(shù)應(yīng)用示范，從液流電池電堆本身關(guān)鍵材料的開發(fā)做第二個(gè)市場的示范。
3）大力支持電源側(cè)儲(chǔ)能發(fā)展。推動(dòng)保障性并網(wǎng)新能源項(xiàng)目同步建設(shè)儲(chǔ)能設(shè)施，引導(dǎo)市場化并網(wǎng)新能源配套建設(shè)儲(chǔ)能設(shè)施。
4）健全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，優(yōu)化完善儲(chǔ)能并網(wǎng)及安全方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)儲(chǔ)能健康發(fā)展。
5）為了促進(jìn)液流電池技術(shù)的發(fā)展以及大規(guī)模示范應(yīng)用，要發(fā)揮各大企業(yè)、高校研究院的專業(yè)技術(shù)優(yōu)勢，共同促進(jìn)液流電池技術(shù)的發(fā)展和大規(guī)模示范應(yīng)用。
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