自帶新質生產力光環的新型儲能,正日益成為我國建設新型能源體系和新型電力系統的關鍵技術、培育新興產業的重要方向、推動能源生產消費綠色低碳轉型的重要抓手,以及實現“雙碳”目標的重要支撐。
今年4月舉辦的第十二屆儲能國際峰會暨展覽會(以下簡稱“峰會”)正是以“發展儲能新質生產力、開創能源轉型新格局”為主題,足見推動新型儲能高質量發展、充分激發儲能新質生產力澎湃動能是業界的共同關切和目標方向。
談及發展新型儲能的重要意義,中國工程院院士、中國電機工程學會理事長、國際電工委員會(IEC)第36屆主席舒印彪在峰會上表示,新型電力系統離不開新型儲能強有力的支撐。新型儲能是保障新型電力系統安全可靠經濟運行的重要技術手段。
“調”光“馭”風 發展進入快車道
新型儲能隨著能源綠色低碳轉型的深入推進,可謂乘風御光而起,發展進入快車道。一串亮眼的數字,證實了發展勢頭之強勁。2020—2022年,我國新型儲能裝機規模平均年增速達到136.3%。2023年,新增投運裝機規模同比增長超過260%,近10倍于“十三五”末裝機規模。國家能源局日前發布的最新數據顯示,截至今年一季度末,全國已建成投運新型儲能項目累計裝機規模達3530萬千瓦/7768萬千瓦時,較去年一季度末增長超210%。
值得注意的是,中關村儲能產業技術聯盟理事長陳海生在峰會上對今年儲能產業發展態勢作出預判:抽水蓄能裝機占比有望低于50%,新型儲能將迎來歷史性時刻。陳海生的判斷源自CNESA全球儲能數據庫的統計。據該數據庫統計,預計2024年,中國新型儲能累計裝機或將超過抽水蓄能。
這意味著,新型儲能今年有望趕超儲能行業曾經的絕對主力——抽水蓄能,在新型電力系統中發揮更大作用,儲能新質生產力動能將得到進一步釋放。
《儲能產業研究白皮書2024》預計,未來兩年,新增儲能裝機仍呈快速增長態勢,將超額完成目前各省的規劃目標。理想場景下,預計2030年新型儲能累計裝機規模將達到313.9吉瓦,2024—2030年復合年均增長率為37.1%,年平均新增儲能裝機規模為39.9吉瓦。
新型儲能的強勁發展態勢不僅體現在裝機總量上,還體現在儲能電站的集中式、大型化趨勢上,突出反映在10萬千瓦以上的項目裝機占比過半。國家能源局最新數據顯示,10萬千瓦以上的新型儲能項目裝機占比54.8%,1萬千瓦至10萬千瓦的項目裝機占比38.5%,不足1萬千瓦的項目裝機占全部裝機6.7%。
裝機容量的持續增大是必然趨勢,是眾多能源品類相似的發展路徑和發展規律,新型儲能也是如此。從近期投運的儲能項目中可見一斑,裝機均在10萬千瓦以上,有的甚至達到40萬千瓦。國內投運最大構網型儲能電站裝機為10萬千瓦;最大壓縮空氣儲能電站裝機為30萬千瓦;山西最大共享儲能電站裝機為40萬千瓦。
在寧夏“沙戈荒”新能源基地,4月1日,國能曙光第一100兆瓦/200兆瓦時儲能電站并網運行,標志著寧夏電網首個構網型儲能電站并網,同時也是目前國內投運規模最大的構網型儲能電站。
據寧夏電力調度控制中心系統運行處負責人擺世彬介紹,寧夏是我國首個新能源綜合示范區,風光資源豐富,已并網的32座儲能電站中,有31座是傳統的跟網型儲能電站。跟網型儲能電站的弊端在于必須依賴于電網提供的穩定電壓和頻率才能穩定運行,而構網型儲能電站可以“主動”參與電網調節,不僅能高效充放電進行靈活的削峰填谷,還能起到電網“主動型調節器”作用。該項目的投運也是構網型技術在“沙戈荒”新能源基地的首次成功應用。
在湖北,4月9日,湖北應城300兆瓦/1500兆瓦時壓縮空氣儲能電站示范工程首次并網一次成功,標志著全球壓縮空氣儲能電站邁入300兆瓦級單機商業化新時代,驗證了大容量、高效率、超長時“壓縮空氣儲能系統解決方案”的可靠性。
該項目是世界首座并網發電的300兆瓦級壓縮空氣儲能電站,系統轉換效率約70%,創造了單機功率、儲能規模、轉換效率3項世界領先,打造了壓縮空氣儲能系統示范、核心裝備自主化示范、綠色低碳先進技術示范、精品工程示范、全產業鏈全過程數智化示范、鹽穴綜合利用成套技術示范6個行業示范,實現數十項國際首創、首次突破。
在山西,5月11日,山西朔州首座投運共享儲能電站——右玉聞遠400兆瓦/800兆瓦時共享儲能電站項目一期工程100兆瓦/200兆瓦時并網,這是目前山西省裝機容量最大的共享儲能電站。
該項目分兩期建設,一期的75個集裝箱儲能艙已并入電網,穩定運行,每次充放電時間2小時。據悉,該項目首批并網容量每次充放電量能達20萬千瓦時。項目投運后,將主要參與山西電力現貨交易和輔助服務市場,在緩解電網平衡電力需求,以及頻率調節方面起到積極作用。
除了裝機規模,儲能時長也是業內人士較為關注的一項指標。因為它關系到儲能設備利用率,進而關系到儲能項目收益水平。國家能源局最新發布的數據顯示,一季度,全國新型儲能項目平均儲能時長2.2小時,儲能時長不足2小時的項目裝機占全部裝機12.9%,2—4小時的項目裝機占比74.6%,4小時以上的項目裝機占比12.5%。記者發現,對比2013年底平均儲能時長的2.1小時,今年一季度有0.1小時的增長。且在儲能時長分段中,2—4小時的裝機占據最大比重。種種跡象表明,儲能利用時長在向好的趨勢發展。
百花齊放 試點建設引領技術創新
科技創新,是發展新質生產力的核心要素。儲能產業要實現高質量發展,技術革新與突破是根本。兩者疊加,儲能新質生產力動能釋放的落點在科技創新。對此,中國能源研究會理事長史玉波在峰會上指出,隨著全球能源轉型和碳減排的加速推進,儲能產業仍處在前所未有的發展機遇期。要圍繞儲能共性關鍵技術、儲能技術裝備及系統集成技術方面進行重點部署,推動科創加產業加速融合。
目前,新型儲能的新技術可謂百花齊放。鋰離子電池儲能占絕對主導地位,壓縮空氣儲能、液流電池儲能、飛輪儲能等技術快速發展,重力儲能、液態空氣儲能、二氧化碳儲能等新技術落地實施,整體呈現多元化發展態勢。截至2023年底,已投運鋰離子電池儲能占比97.4%,鉛炭電池儲能占比0.5%,壓縮空氣儲能占比0.5%,液流電池儲能占比0.4%,其他新型儲能技術占比1.2%。
“‘十四五’以來,新型儲能技術快速發展,各類技術路線的儲能功率、時長、響應速度等特性各不相同,均存在各自的應用場景。”國家能源局能源節約和科技裝備司副司長邊廣琦告訴記者,在各方的共同努力下,新型儲能新技術不斷取得突破,300兆瓦等級壓縮空氣儲能主機設備、全國產化液流電池隔膜、單體兆瓦級飛輪儲能系統等實現突破,助力我國儲能技術處于世界先進水平。
今年4月30日,山東肥城300兆瓦壓縮空氣儲能國家示范電站并網發電。這是我國壓縮空氣儲能的重要里程碑。
山東肥城300兆瓦/1800兆瓦時壓縮空氣儲能電站擁有4個“之最”,規模最大、效率最高、性能最優、成本最低。該電站利用山東省肥城市豐富的地下鹽穴資源儲氣,通過空氣為介質在電網側實現大規模電力儲能,能夠為電網提供調峰、調頻、調相、備用、黑啟動等電力調控功能,有效支撐電力系統平穩、高效運行。該電站最值得稱道的是全套核心關鍵技術的突破,包括多級寬負荷壓縮機和多級高負荷透平膨脹機技術、高效超臨界蓄熱換熱器技術、系統全工況優化設計與集成控制技術,同時,創造性研制出300兆瓦多級高負荷透平膨脹機、多級寬負荷壓縮機和高效緊湊式蓄熱換熱器等核心裝備。成本下降顯著,系統單位成本較100兆瓦下降30%以上,系統裝備自主化率達100%,實現了完全自主可控。該電站的順利并網發電,進一步鞏固了我國在壓縮空氣儲能領域的國際領先地位。
作為一種全新而獨特的儲能技術——水系有機液流電池擁有不依賴金屬資源且更為環保的特點,2023年10月15日,全球首套兆瓦級水系有機液流電池在江蘇宿遷投產。
該款電池的電解液以C、H、N、O元素構成,原材料在地殼中含量豐富、來源廣泛,電池系統整體造價也更為低廉。更為關鍵的是,電池隔膜這項存在較高技術壁壘的“卡脖子”難題獲得突破,應用于有機液流電池的電池隔膜成功研發生產。該電池隔膜具有滲透率低、電導率高、結構穩定性佳等多方面優勢,性能較國外產品有大幅提升,它的國產化推動了水系有機液流電池成本大幅下降,使大規模商業化應用成為可能。
2022年11月,內蒙古自治區科技重大專項“兆瓦級先進飛輪儲能關鍵技術研究”項目飛輪儲能單機輸出功率首次達到了1兆瓦,這是國內單體飛輪首次達到的最大并網功率,完成了核心部件飛輪、電機、磁軸承以及單機集成控制試驗。
飛輪儲能技術原理本質是電能與動能的轉換,簡單來說,就是先利用電能驅動飛輪高速旋轉,將電能轉化為飛輪中的動能儲存起來。然后再在需要的時候利用飛輪的慣性拖動電機發電,將儲存起來的動能再轉化為電能輸出。飛輪儲能的特點是高功率、短時間放電或頻繁充放電,因此擁有廣闊的應用前景。此外,不同于電池這類電化學儲能方式,飛輪儲能屬于機械儲能,對環境基本無害。
新型儲能技術的不斷創新突破形勢喜人,而技術轉化為生產力需要實實在在落地實施。為進一步推動新技術應用實施,國家能源局2024年初發布56個新型儲能試點示范項目名單。這些試點示范項目涵蓋目前新型儲能的主要技術路線,其中鋰離子電池儲能項目占30%,其他各類技術路線和混合儲能項目占70%。從具體技術路線看,項目包括17個鋰離子電池、11個壓縮空氣儲能、8個液流電池、8個混合儲能、3個重力儲能、3個飛輪儲能、2個鈉離子電池、2個二氧化碳儲能、1個鉛炭電池、1個液態空氣儲能。
對于新技術應用實施的重要性,工業和信息化部電子信息司基礎處處長金磊同樣認為,要支持先進儲能技術及產品創新突破和規模化應用。
目前,這56個新型儲能試點示范項目建設初見成效。自名單發布以來,相關項目建設不斷刷新“進度條”,部分示范項目順利并網運行,有力推動了儲能新技術的應用實施。
對于進一步發揮好試點示范項目的示范帶動效應,促進各類技術進步,邊廣琦表示,下一步,國家能源局將會同有關單位做好示范項目跟蹤。各省級能源主管部門要加強試點示范項目管理,持續跟蹤項目建設進度,嚴控施工質量,加大示范項目專項政策研究,協調解決項目問題,總結項目先進經驗。示范項目單位要加大資金投入保障,確保示范項目按期投產,同時要嚴格按照申報方案實施,遵守新型儲能項目管理相關制度,扎實推進項目建設,加強系統運行維護,及時編寫示范項目驗收報告,并定期通過全國新型儲能大數據平臺報送項目建設運行。
“四梁八柱”初步構建 政策體系持續完善
目前,新型儲能政策和頂層設計不斷建立健全,新型儲能產業發展的“四梁八柱”已初步構建。《關于加快推動新型儲能發展的指導意見》《新型儲能項目管理規范(暫行)》《關于進一步推動新型儲能參與電力市場和調度運用的通知》《關于促進儲能技術與產業發展的指導意見》和《“十四五”新型儲能發展實施方案》等關于儲能的一系列政策文件相繼出臺。政策框架體系雖然初步構建,但進一步的豐富完善和細化健全還需持續發力。
加強調度運行機制建設一直是業界普遍關心的問題,急需政策細化完善。現階段,部分儲能利用率較低的問題仍然較為突出。舒印彪也認為,我國新型儲能利用率不高。在峰會上,他帶來一組數字:2023年電網側、用戶側、新能源強制配儲項目平均利用率指數分別為38%、65%、17%,證實了這個問題。
新型儲能要提升利用率,充分發揮調節作用,科學有效的調度運行尤為重要。對此,今年4月,《關于促進新型儲能并網和調度運用的通知》應運而生。推動新型儲能高效調度運用自此有了細化指南。《通知》明確了接受電力系統調度新型儲能范圍,對接入電力系統并簽訂調度協議的新型儲能進行了規范,并將新型儲能具體分為調度調用新型儲能和電站自用新型儲能兩類。
在儲能并網服務上,《通知》要求電網企業及電力調度機構應公平無歧視地向新型儲能提供電網接入服務,做好技術指導,優化并網接入流程,保障新型儲能安全高效并網。作為國內運營區域最大的電網企業,國家電網有限公司也是運營新能源規模最大的電網企業,新能源裝機達9.1億千瓦。大規模新能源并網,對電網安全穩定運行帶來的挑戰不言而喻。對此,國家電網公司科技創新部主任陳梅在峰會上表示,新型儲能是提升電力系統調節和支撐能力的重要手段。國家電網公司需求極其迫切,一直高度重視新型儲能的研究開發與工程應用,引領并服務新型儲能的創新發展。下一步,國家電網公司將充分發揮電網的平臺和國有企業的引領帶動作用,加強與各方合作,共同推動儲能技術創新和發展,加快發展儲能新質生產力,為建設新型電力系統和新型能源體系,實現能源轉型和可持續發展做出新的更大貢獻。
今年國家能源局二季度新聞發布會上,邊廣琦重點介紹了國家能源局在持續完善新型儲能調用機制上所做的工作,同時表示,國家能源局高度重視新型儲能發展工作,通過推動技術創新試點示范、強化新型儲能調度運用等措施,促進新型儲能多元化高質量發展。
邊廣琦表示,下一步,國家能源局將不斷完善新型儲能政策體系,鼓勵科技創新,持續推動新型儲能技術產業進步,不斷引導各類儲能科學配置和調度運用,促進新型儲能調節作用發揮,支撐新型能源體系和新型電力系統建設。