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风光发电“作主” 长时储能“撑腰”

科技日报记者 操秀英

在日前举行的作主2023世界储能大会上,中关村储能产业技术联盟常务副理事长、风光发电中国能源研究会储能专委会秘书长兼副主任委员俞振华指出,长时储能撑腰储能产业的作主一大赛道就是包括新型液流、压缩空气、风光发电高温储热等技术手段在内的长时储能撑腰长时储能。此外,作主在第五届未来能源大会期间,风光发电中国科学院院士、长时储能撑腰南方科技大学碳中和能源研究院院长赵天寿也表示,作主构建面向碳中和的风光发电新型电力系统,需要大规模、长时储能撑腰高安全以及不同时长的作主储能技术,其中最缺的风光发电就是长时储能技术。

科技日报记者经过梳理发现,长时储能撑腰关于长时储能的报道近期频频见诸报端:青海液态空气储能示范项目开工,张家口300兆瓦先进压缩空气储能示范电站通过可行性研究审查……业内人士认为,在储能市场快速发展的当下,兼具安全性与调节灵活性的长时储能也将迎来战略发展期。

那么,什么是长时储能?它的发展有何重要意义?我国长时储能发展现状如何?科技日报记者就这些问题采访了相关专家。

长时储能尚无统一定义

“长时储能目前正处于发展初期,国内外尚未对长时储能的持续时长进行统一定义。”电力规划设计总院副总工程师、能源科技创新研究院院长徐东杰告诉科技日报记者。

2021年,全球长时储能委员会在其首份报告《净零电力——可再生电网长时储能》中对长时储能的概念进行了定义。在该报告中,长时储能系统被定义为任何可以长期进行电能存储的技术,该技术同时能以较低成本扩大规模,并能维持数小时、数天甚至数周的电力供应。

2021年美国桑迪亚国家实验室发布的《长时储能简报》认为,长时储能是持续放电时间不低于4小时的储能技术。美国能源部2021年发布的有关长时储能的报告,则将长时储能定义为额定功率下持续放电时间不低于10小时的储能技术。

2021年美国国家可再生能源实验室发布《未来储能研究——定义长时能源储存的挑战》报告,该报告认为,规定长时储能的持续时长存在挑战。“该报告在定义储能持续时长时对相关文献综述进行了统计,结果表明,储能时长在数量定义上主要有三个阈值,分别为不短于4小时、不短于10小时,以及长于24小时。”徐东杰说,但由于不同区域电力需求、可再生能源分布、储能规模布局以及储能政策支持力度的不同,因此不能简单地以持续时长来定义长时储能。

在国内,为了区分大规模建设的2小时储能系统,一般把长时储能定义为4小时以上的储能技术。

提升清洁能源消纳能力

近年来,长时储能市场越来越火。据咨询机构伍德麦肯兹统计,全球投运及在建的长时储能项目,价值已超过300亿美元。近三年投资的项目若全部建成投运,长时储能装机总量预计新增5700万千瓦,这相当于2022年全球长时储能总装机规模的3倍左右。

为什么全世界都在发展长时储能?

徐东杰分析,为了实现“双碳”目标,火电装机占比将逐渐下降。当这类稳定的基础负载发电资源日益减少,“长时储能+大型风光项目”大概率将替代化石能源,成为新一代基础负载发电资源。这对零碳电力系统的中后期建设意义重大。

同时,随着光能、风能占比逐渐上升,其发电的间歇性对电网影响将越来越大,要解决这个问题,光靠建造更多输电网络远远不够。长时储能可凭借其长周期、大容量的特性,在更长时间维度上调节新能源发电波动,在清洁能源过剩时避免电网拥堵现象,并在电网负荷高峰时提高清洁能源消纳能力。

“长时储能的另一大应用就是能够在极端天气下保障电力供应,降低社会用电成本。”徐东杰说。

在我国,为实现“双碳”目标,新型电力系统需要不同时长的规模化、高安全性储能技术,因此,储能,尤其是长时储能将成为保障能源安全的核心技术之一。

徐东杰分析,“十四五”“十五五”期间,火电仍将发挥重要“压舱石”作用,在此阶段新能源装机规模将持续增加,但新能源电量占比预计不会超过30%。在此阶段,电力系统的主要需求为2—4小时的储能设备,部分地区需要4—10小时的储能设备,对于10小时及以上时长的储能设备需求有限。

“这一阶段是重要的战略储备期,国内相关单位需要积极开展研究工作进行技术储备,一方面为中长期电源结构调整储备技术方案,另一方面可以拓展海外长时储能市场。”徐东杰说。

他进一步阐述道,在实现碳达峰及其以后的时期,新能源发电量将接近甚至突破总发电量的50%,新能源会逐渐成为主体电源。而新能源由于其随机性、波动性等特点,并不足以支撑电力系统的安全稳定运行,这就需要10小时及以上时长的储能技术进行顶峰保供。长远来看,长时储能将在电力系统长时间处于顶峰状态、应对极端天气、缓解新能源季节性不平衡方面发挥重要作用。比如,在风电占比较高的东南沿海地区,当遇到台风或其他极端气象灾害时,风电机组处于高风速切出状态,局部区域面临3—5天的电量缺口。为保障电力供应,需要进一步增加储能时长至100小时左右,以满足调节需求。

技术、政策缺口有待补齐

徐东杰认为,满足长时储能需求的大多数储能技术还处于起步阶段。

储能技术可以分为机械储能、电化学储能、热储能以及氢储能四大主线。机械储能包括压缩空气储能、抽水蓄能、重力储能;电化学储能根据材料的不同,可分为锂离子电池、钠电池、铅蓄(碳)电池和液流电池储能;热储能主要为熔盐储能。其中,抽水蓄能和锂离子电池储能的发展较为领先。

“抽水蓄能和压缩空气储能具备大规模运行的能力;氢储能前景广阔,有较大降本空间;电池储能的设备协调能力较强,因此有较大的耦合潜力。”徐东杰表示。

总体来看,储能技术路线多样,但是除了锂离子电池基本实现商业化应用外,其他技术还在商业化应用初期或探索商业化应用阶段。“在现阶段储能技术基础上,长时储能技术进一步拓展了储能时长,但其技术路线尚不明确,且产业发展规模较小。这会影响长时储能技术选型。”徐东杰说。

赵天寿坦言,主流储能技术各有各的局限性,尚无法满足所在领域的需求,现阶段仍难以大规模普及应用。同时,新型储能设施造价普遍偏高,且没有明确的成本疏导机制,这影响了各主体对新型储能进行投资的积极性。

“长时储能需在常规2小时储能系统基础上进一步拓展储能容量,这需要增加设备和工程量,会使初始投资进一步提高。”徐东杰说,长时储能还没有形成产业链,其设备成本还有待下降。为此他建议,加强新技术的示范应用,推动多元化技术发展,加快新技术落地,推动新型储能产业链发展,通过规模化效应降低成本。

“作为长时间的调节型资源,长时储能的发展前景得到行业内的普遍认同。但也要看到,其应用场景及需求与电源发展及政策规划紧密相关。未来的电源规划和政策均存在一定的不确定性,这影响了市场对长时储能需求的判断。”徐东杰建议,应进一步研究制定新型储能专项规划,明确各类新型储能发展规模、区域布局和建设时序等,更好地统筹长时储能与短时储能的发展。

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