眼下,盡管風(fēng)力發(fā)電機、太陽(yáng)能光伏等新能源設施在生活中已越來(lái)越常見(jiàn),但中國三分之二的社會(huì )用電量仍來(lái)自于會(huì )帶來(lái)大量碳排放的煤電。
為了優(yōu)化國家能源結構,加速發(fā)展新能源,各級政府紛紛以?xún)δ転樽ナ滞七M(jìn)建設新型能源體系,許多政策和資源都向發(fā)展長(cháng)時(shí)儲能傾斜。在各種長(cháng)時(shí)儲能技術(shù)路徑中,液流電池憑借本征安全、度電成本低、靈活易部署等優(yōu)勢脫穎而出,進(jìn)入到產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的新階段。
發(fā)展新能源需引進(jìn)儲能做幫手
發(fā)展新能源,必須引進(jìn)儲能,這是由新能源間歇性、波動(dòng)性、隨機性等特點(diǎn)決定的。
以光伏發(fā)電來(lái)說(shuō),不同的時(shí)段,不同的季節,不同的天氣,光照強度不一樣,光伏電池的輸出電壓和電流也會(huì )出現相應變化。對于電網(wǎng)來(lái)說(shuō),光伏發(fā)電并不是越多越好。在正午、盛夏等強光照條件下,光伏輸出的電壓如果大幅超過(guò)電網(wǎng)的可接受能力,可能會(huì )造成電網(wǎng)阻塞,影響正常供電。
同樣,新能源發(fā)電量不足,也會(huì )沖擊電網(wǎng)安全。以風(fēng)力發(fā)電為例,風(fēng)的速度、方向,時(shí)刻都會(huì )發(fā)生變化,一旦天氣在較短的時(shí)間內由大風(fēng)轉為小風(fēng)、甚至靜風(fēng),而其他的電源又無(wú)法補充上來(lái),就會(huì )給電網(wǎng)穩定運行帶來(lái)困難,甚至造成電網(wǎng)癱瘓。
因此,發(fā)展新能源,需要引進(jìn)儲能來(lái)做幫手。在發(fā)電量高于用電需求時(shí),將多余的電量?jì)Υ嫫饋?lái)備用;當新能源發(fā)電不足時(shí),再將先前儲存的電量補充輸送進(jìn)電網(wǎng)。通過(guò)這種削峰填谷的操作,來(lái)保障電網(wǎng)的運行安全。這樣既能平衡電力負荷,有效緩解因新能源發(fā)電不穩定造成的影響供電安全的問(wèn)題,保障電網(wǎng)正常運行,還能“削峰填谷”,在不同時(shí)段內合理調配資源,滿(mǎn)足社會(huì )用電需求,減少損失浪費。
4小時(shí)以上長(cháng)時(shí)儲能成為新能源“標配”
目前,可投入商用的儲能技術(shù)非常多,儲能時(shí)間也有長(cháng)有短。對于新能源電站來(lái)說(shuō),只有配置4小時(shí)及以上的長(cháng)時(shí)儲能產(chǎn)品,才能真正起到平衡電力負荷與削峰填谷的作用。
根據2022年,全國光伏電站平均利用1452小時(shí),全國風(fēng)力電站平均利用2259小時(shí)計算,每天的工作時(shí)長(cháng)分別為4小時(shí)和6.2小時(shí)。如果電站配備的是2小時(shí)以?xún)鹊闹卸虝r(shí)儲能,依舊無(wú)法保護電網(wǎng)免受因新能源發(fā)電不穩定所帶來(lái)的沖擊。
另外,短時(shí)儲能無(wú)法有效填補一天內的用電峰谷缺口。我國用電峰谷平時(shí)間段的劃分如下: 高峰時(shí)段08:30-11:30 & 18:00-23:00;平時(shí)段07:00-08:30 & 11:30-18:00;低谷時(shí)段23:00-7:00。當高比例使用新能源發(fā)電時(shí),如果儲能時(shí)長(cháng)不足,會(huì )出現白天光照和風(fēng)能充足時(shí),電池很快充滿(mǎn),無(wú)法繼續充電;到了早晚用電需求高峰時(shí),電池又很快用盡,無(wú)法補能的尷尬。
為此,各地政府先后出臺了一系列相關(guān)政策,要求新能源項目配套建設4小時(shí)以上的新型儲能設施。
2023年7月,山東省出臺《關(guān)于支持長(cháng)時(shí)儲能試點(diǎn)應用的若干措施》,要求試點(diǎn)項目規模不低于10萬(wàn)千瓦,滿(mǎn)功率放電時(shí)長(cháng)不低于4小時(shí),這是國內首個(gè)支持長(cháng)時(shí)儲能發(fā)展的地方性專(zhuān)項政策,長(cháng)時(shí)儲能可享受優(yōu)先接入電網(wǎng)、優(yōu)先租賃、容量補償標準提高、減免輸配電價(jià)等優(yōu)惠政策。
同月,內蒙古自治區出臺《關(guān)于加快新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的提案》,要求市場(chǎng)化的新能源項目按照裝機容量的15%,配置時(shí)長(cháng)4小時(shí)以上的儲能設施。
根據這些政策內容,可以明確看出政府對儲能行業(yè)的重視程度,并正在采取各種措施來(lái)解決日內平衡調節的問(wèn)題。未來(lái),儲能技術(shù)的應用將進(jìn)一步擴大,用于解決日以上甚至跨周、跨月的調節?？梢灶A見(jiàn),長(cháng)時(shí)儲能技術(shù)在能源領(lǐng)域的應用將越來(lái)越廣泛,為我國能源結構的優(yōu)化和清潔能源的發(fā)展提供強有力的支持。
儲能路徑百花齊放,誰(shuí)將突出重圍?
目前在儲能市場(chǎng)應用最多的鋰離子電池因其壽命有限且自放電率較高,長(cháng)時(shí)間存儲將加速電池老化,只適合2小時(shí)以?xún)鹊闹卸虝r(shí)儲能場(chǎng)景,無(wú)法滿(mǎn)足長(cháng)時(shí)儲能的需求。
在結構層面,鋰離子電池將功率輸出與能量?jì)Υ嫜b置緊密結合。如果要增加儲能時(shí)長(cháng),就要等比例增加電池成本。因此,4小時(shí)儲能系統的電池成本相當于1小時(shí)儲能系統成本的4倍。鋰離子電池在長(cháng)時(shí)儲能領(lǐng)域并不具備經(jīng)濟性。
圖:鋰電池與液流電池的投資成本示意
在長(cháng)時(shí)儲能的各種技術(shù)路徑中,抽水蓄能已處于大規模商用階段,具有裝機容量大、放電時(shí)間及使用壽命長(cháng)、能量轉換效率較高等優(yōu)勢,但也存在選址受限、建設周期長(cháng)達8-10年等劣勢。
壓縮空氣儲能雖然單機容量大、儲能時(shí)間及使用壽命長(cháng),但是存在壓縮過(guò)程放熱損失能量、選址局限于高氣密性空間(如巖穴、廢棄礦井等)、建設周期較長(cháng)(2年左右)等問(wèn)題。
那么,有沒(méi)有一種長(cháng)時(shí)儲能技術(shù),既能像抽水蓄能和壓縮空氣儲能一樣實(shí)現長(cháng)時(shí),又能克服選址難、建設周期長(cháng)的劣勢呢?
南方科技大學(xué)碳中和能源研究院院長(cháng)趙天壽分析稱(chēng),長(cháng)時(shí)儲能技術(shù)包含最關(guān)鍵的兩個(gè)要素,首先能量載體可以流動(dòng),同時(shí)要有相應的能量轉換裝置,實(shí)現容量和功率解耦。液流電池就是滿(mǎn)足這兩個(gè)條件的優(yōu)質(zhì)之選。
圖:液流電池運行原理
液流電池是一種新型的電力系統儲能技術(shù),它通過(guò)將電能轉化為化學(xué)能并存儲在液態(tài)電解質(zhì)中,然后在需要時(shí)將化學(xué)能重新轉化為電能進(jìn)行釋放。這種技術(shù)路徑最適合長(cháng)時(shí)儲能,因為它具有本征安全、4小時(shí)以上儲能時(shí)長(cháng)、度電成本低等特點(diǎn)。液流電池的儲能容量可以根據需要進(jìn)行調整,具有建設周期短(3-6個(gè)月)、靈活易部署的特點(diǎn),因此它非常適合用于大規模儲能系統,如新能源并網(wǎng)等應用場(chǎng)景。隨著(zhù)技術(shù)的不斷進(jìn)步和成本的降低,液流電池在未來(lái)電力系統中的應用前景將更加廣闊。
液流電池優(yōu)勢凸顯,獲國家與市場(chǎng)雙重認可
目前我國液流電池主要有全釩液流電池、鋅鐵液流電池、鐵鉻液流電池、鋅溴液流電池等技術(shù)路線(xiàn)。其中,全釩液流電池是國內商業(yè)化較早的路線(xiàn)之一。
聚焦全釩液流電池的大連融科儲能技術(shù)發(fā)展有限公司總經(jīng)理王曉麗談到,具備長(cháng)壽命、高安全的液流電池主導的場(chǎng)景將彌補鋰電池的安全、長(cháng)時(shí)缺陷。比如,在高安全的情況下,城市復合中心、地下儲能、人群密集的區域,適合液流電池;基于長(cháng)壽命特征,液流電池適合于做大規模型、基礎設施型的建設。
鋅鐵液流電池作為后起之秀,具有原料供給量大、價(jià)格低的優(yōu)勢,近年來(lái)發(fā)展迅速。緯景儲能的鋅鐵液流電池具備本征安全、度電成本低、4～8小時(shí)儲能、大規模量產(chǎn)、壽命長(cháng)、易部署、建設周期短、環(huán)境友好等特性,正在通過(guò)技術(shù)迭代與規?；慨a(chǎn)來(lái)逐步降低液流電池的儲能度電成本,提升新能源的經(jīng)濟性。
作為長(cháng)時(shí)儲能代表,液流電池還得到了國家權威部門(mén)的高度認可。在國家能源局發(fā)布的《第三批能源領(lǐng)域首臺(套)重大技術(shù)裝備(項目)名單》中,緯景儲能研發(fā)并生產(chǎn)的“鋅鐵液流新型儲能電池”和巨安儲能的“鐵基液流儲能系統”均被列入其中。
圖:第三批能源領(lǐng)域首臺(套)重大技術(shù)裝備(項目)名單——新型儲能
2023年,液流電池取得了突破性進(jìn)展,首個(gè)吉瓦時(shí)級別項目集采開(kāi)標、首個(gè)吉瓦級產(chǎn)能工廠(chǎng)投產(chǎn)等事件,為整個(gè)儲能行業(yè)帶來(lái)了發(fā)展的曙光。中核匯能、中國電建市政公司、國家電投相繼開(kāi)啟GWh液流電池項目招標,對液流電池進(jìn)行大規模集采,儲能市場(chǎng)格局發(fā)生明顯變化,已從“一鋰獨大”轉變?yōu)?ldquo;百花齊放”。
