欧阳明高院士: 以储能创新推进能源变革
发布时间：2023-06-06 12:36:06
来源：KE科日光伏网
中国能源结构正在发生革命性变化。相关数据表明，截至2022年底，中国可再生能源装机达12.13亿千瓦，历史性超过全国煤电装机；截至今年4月底，中国风电装机3.8亿千瓦，光伏发电装机4.4亿千瓦，风电、光伏发电总装机达到8.2亿千瓦，占全国发电装机的30.9%，约为36个三峡电站的总装机容量。
(资料图)
历史告诉我们，每次能源革命都是先发明了新动力装置和交通工具，进而带动对新能源的开发利用并引发工业革命。我们有理由相信，以可再生能源为基础、电和氢为能源载体，以电池（光伏、锂离子、氢燃料）为动力、电动车为交通工具，以“绿色”和“智能”为特征的新的工业革命正加速到来。
新能源发展面临制约瓶颈
理想的能源必须同时满足三个标准，成为能源“三好生”，即供应安全、价格便宜、绿色环保。
我们用上述标准来衡量，不难发现：在绿色环保方面，风电、光伏等新能源具有先天优势；在价格方面，随着风机技术和光电转化效率的提高，发电成本不断下降，价格优势正日益显现出来；在安全性方面，由于受自然条件的影响很大，风电、光伏发电可谓“靠天吃饭”，具有随机性、波动性等特点，容易引发电网波动，造成安全风险，甚至可能导致停电事故。
如何提高风电、光伏等新能源接入电网的安全性，使其满足能源“三好生”标准呢？答案是“储能”，就是针对可再生能源的随机性和波动性等特点，把富余的可再生能源储存起来，当可再生能源不足的时候，通过时空变换，再把存储的电能补回去，保障电网稳定运行。这样就可以有效弥补风电、光伏等新能源在安全性方面的不足，促进中国能源结构的变革。
电池储能形成“电力海绵”
锂离子电池是一种非常好的储能装置，能够与电力系统、通信基站、数据中心、轨道交通、电动汽车、智能电网等有机融合发展，用途很广，性能优异。此类电池可分为两类，一类是集中式储能电站，另一类是分布式储能电池。
集中式储能电站把很多大容量电池集中在一起对电力进行存储，在需要用电时释放出来。由于存在自放电现象和热失控问题，锂离子电池储能电站电池不能长周期储能，也不能大规模储能。近年来，随着技术的进步和电池正负极材料性能的改善等，集中式储能电站的应用安全性得到提升，应用范围和场景不断扩大。2021年，中国用于储能的锂离子电池产量达32吉瓦，增长了146%。
分布式储能电池其实就是电动汽车，让电动汽车与电网形成“车网互动”。在用电低谷时，电力系统给电动汽车充电；在用电高峰时，让电动汽车给系统放电。这样，电动汽车不仅是交通工具，而且可以成为以储能回馈能源的终端。随着汽车动力电池技术的进步，其价格不断降低，储能密度和使用寿命持续提升，单次储能成本将继续下降。
到2022年底，我国新能源汽车保有量约1310万辆，其中，纯电动汽车保有量1045万辆，占比近八成。如果这些汽车都参与进来，与充电桩、电网有机融合与协同，能够形成巨大的“电力海绵”网络，实现大规模、跨时空、低成本和高安全性的灵活储能。
制氢储能具有存储优势
氢能是一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源，具有能量密度大、零污染、零碳排等优点。氢储能是把太阳能、风能等清洁能源发出的电能，或夜间电网的过剩电能，通过电解水制取氢气，用储氢罐存储，需要的时候，利用燃料电池或氢燃气轮机发电返回电网的一种储能方式。它是电站调峰的有效方式，可以有效助力新能源并网，缓解区域能源分配不均问题。目前，我国目前在建和筹建一批风电、光伏制氢项目，该领域市场前景广阔。
氢储能是一种非常重要的长周期、大规模储能方式，其发展关键在于继续降低储能成本。与电池直接储能相比，氢能储能经济性看起来并不好，因为氢要用电解水制成，效率大打折扣。但是我们计算的是储能全链条的经济性，包括制备、储存、运输、加气、使用等环节。据计算，氢气在存储方面具有独特优势，成本远远小于电池储电成本。
储能种类众多，有高频的、有低频的，有小功率、有大功率，有短周期、有长周期，不同种类和应用场合需要不同的储能方式。电池储能和氢能储能各有特点，正好互补，组合形成主流储能方式，与其他的储能方式相互配合，形成良好的储能生态。
选择储能方式要因地制宜
选择储能方式不能一概而论，要根据具体情况，因地制宜。我国东北、华北北部、西北、西南地区是主要的风电、光伏、煤电、水电的能源基地，适宜通过建设电化学储能电站，配合特高压输电，将电送到东部沿海经济发达地区。东南部、中东部和南部，火电厂密集，适宜抽水蓄能，配合高压输电网进行输送。东部人口密集地区，适宜分布式光伏、低压配电网配合“车网互动”来储能和发电。
国家发展和改革委、国家能源局印发的《“十四五”新型储能发展实施方案》提出，到2025年，新型储能由商业化初期步入规模化发展阶段，具备大规模商业化应用条件。在相关政策的支持下，预计会形成万亿级的“车网互动”的智慧能源的市场规模。
为促进中国储能领域的发展，笔者提出如下建议：第一，鉴于储能是实现“碳中和”的关键之一，要进一步明确主流储能技术的战略地位；第二，明确储能在新能源发展中的角色定位，进一步促进能源结构变革；第三，加强储能相关的关键技术研发，特别是加强大数据、云计算等电网智慧调控技术攻关，在电解水和燃料电池的核心材料，高效氢气制备、储运、加注等方面取得实质性突破；第四，建设“车网互动”车联万物（V2X）的基础设施；第五，健全多层次统一电力市场体系。
（作者为中国科学院院士、汽车动力系统专家、清华大学教授）
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