眼下,盡管風(fēng)力發(fā)電機、太陽能光伏等新能源設(shè)施在生活中已越來越常見,但中國三分之二的社會用電量仍來自于會帶來大量碳排放的煤電。
為了優(yōu)化國家能源結(jié)構(gòu),加速發(fā)展新能源,各級政府紛紛以儲能為抓手推進建設(shè)新型能源體系,許多政策和資源都向發(fā)展長時儲能傾斜。在各種長時儲能技術(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,進入到產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的新階段。
發(fā)展新能源需引進儲能做幫手
發(fā)展新能源,必須引進儲能,這是由新能源間歇性、波動性、隨機性等特點決定的。
以光伏發(fā)電來說,不同的時段,不同的季節(jié),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出現(xiàn)相應(yīng)變化。對于電網(wǎng)來說,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電網(wǎng)的可接受能力,可能會造成電網(wǎng)阻塞,影響正常供電。
同樣,新能源發(fā)電量不足,也會沖擊電網(wǎng)安全。以風(fēng)力發(fā)電為例,風(fēng)的速度、方向,時刻都會發(fā)生變化,一旦天氣在較短的時間內(nèi)由大風(fēng)轉(zhuǎn)為小風(fēng)、甚至靜風(fēng),而其他的電源又無法補充上來,就會給電網(wǎng)穩(wěn)定運行帶來困難,甚至造成電網(wǎng)癱瘓。
因此,發(fā)展新能源,需要引進儲能來做幫手。在發(fā)電量高于用電需求時,將多余的電量儲存起來備用;當(dāng)新能源發(fā)電不足時,再將先前儲存的電量補充輸送進電網(wǎng)。通過這種削峰填谷的操作,來保障電網(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(wěn)定造成的影響供電安全的問題,保障電網(wǎng)正常運行,還能“削峰填谷”,在不同時段內(nèi)合理調(diào)配資源,滿足社會用電需求,減少損失浪費。
4小時以上長時儲能成為新能源“標(biāo)配”
目前,可投入商用的儲能技術(shù)非常多,儲能時間也有長有短。對于新能源電站來說,只有配置4小時及以上的長時儲能產(chǎn)品,才能真正起到平衡電力負荷與削峰填谷的作用。
根據(jù)2022年,全國光伏電站平均利用1452小時,全國風(fēng)力電站平均利用2259小時計算,每天的工作時長分別為4小時和6.2小時。如果電站配備的是2小時以內(nèi)的中短時儲能,依舊無法保護電網(wǎng)免受因新能源發(fā)電不穩(wěn)定所帶來的沖擊。
另外,短時儲能無法有效填補一天內(nèi)的用電峰谷缺口。我國用電峰谷平時間段的劃分如下: 高峰時段08:30-11:30 & 18:00-23:00;平時段07:00-08:30 & 11:30-18:00;低谷時段23:00-7:00。當(dāng)高比例使用新能源發(fā)電時,如果儲能時長不足,會出現(xiàn)白天光照和風(fēng)能充足時,電池很快充滿,無法繼續(xù)充電;到了早晚用電需求高峰時,電池又很快用盡,無法補能的尷尬。
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(shè)4小時以上的新型儲能設(shè)施。
2023年7月,山東省出臺《關(guān)于支持長時儲能試點應(yīng)用的若干措施》,要求試點項目規(guī)模不低于10萬千瓦,滿功率放電時長不低于4小時,這是國內(nèi)首個支持長時儲能發(fā)展的地方性專項政策,長時儲能可享受優(yōu)先接入電網(wǎng)、優(yōu)先租賃、容量補償標(biāo)準(zhǔn)提高、減免輸配電價等優(yōu)惠政策。
同月,內(nèi)蒙古自治區(qū)出臺《關(guān)于加快新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的提案》,要求市場化的新能源項目按照裝機容量的15%,配置時長4小時以上的儲能設(shè)施。
根據(jù)這些政策內(nèi)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解決日內(nèi)平衡調(diào)節(jié)的問題。未來,儲能技術(shù)的應(yīng)用將進一步擴大,用于解決日以上甚至跨周、跨月的調(diào)節(jié)?？梢灶A(yù)見,長時儲能技術(shù)在能源領(lǐng)域的應(yīng)用將越來越廣泛,為我國能源結(jié)構(gòu)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,誰將突出重圍?
目前在儲能市場應(yīng)用最多的鋰離子電池因其壽命有限且自放電率較高,長時間存儲將加速電池老化,只適合2小時以內(nèi)的中短時儲能場景,無法滿足長時儲能的需求。
在結(jié)構(gòu)層面,鋰離子電池將功率輸出與能量儲存裝置緊密結(jié)合。如果要增加儲能時長,就要等比例增加電池成本。因此,4小時儲能系統(tǒng)的電池成本相當(dāng)于1小時儲能系統(tǒng)成本的4倍。鋰離子電池在長時儲能領(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
在長時儲能的各種技術(shù)路徑中,抽水蓄能已處于大規(guī)模商用階段,具有裝機容量大、放電時間及使用壽命長、能量轉(zhuǎn)換效率較高等優(yōu)勢,但也存在選址受限、建設(shè)周期長達8-10年等劣勢。
壓縮空氣儲能雖然單機容量大、儲能時間及使用壽命長,但是存在壓縮過程放熱損失能量、選址局限于高氣密性空間(如巖穴、廢棄礦井等)、建設(shè)周期較長(2年左右)等問題。
那么,有沒有一種長時儲能技術(shù),既能像抽水蓄能和壓縮空氣儲能一樣實現(xiàn)長時,又能克服選址難、建設(shè)周期長的劣勢呢?
南方科技大學(xué)碳中和能源研究院院長趙天壽分析稱,長時儲能技術(shù)包含最關(guān)鍵的兩個要素,首先能量載體可以流動,同時要有相應(yīng)的能量轉(zhuǎn)換裝置,實現(xiàn)容量和功率解耦。液流電池就是滿足這兩個條件的優(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(tǒng)儲能技術(shù),它通過將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能并存儲在液態(tài)電解質(zhì)中,然后在需要時將化學(xué)能重新轉(zhuǎn)化為電能進行釋放。這種技術(shù)路徑最適合長時儲能,因為它具有本征安全、4小時以上儲能時長、度電成本低等特點。液流電池的儲能容量可以根據(jù)需要進行調(diào)整,具有建設(shè)周期短(3-6個月)、靈活易部署的特點,因此它非常適合用于大規(guī)模儲能系統(tǒng),如新能源并網(wǎng)等應(yīng)用場景。隨著技術(shù)的不斷進步和成本的降低,液流電池在未來電力系統(tǒng)中的應(yīng)用前景將更加廣闊。
液流電池優(yōu)勢凸顯,獲國家與市場雙重認(rèn)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。其中,全釩液流電池是國內(nèi)商業(yè)化較早的路線之一。
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,具備長壽命、高安全的液流電池主導(dǎo)的場景將彌補鋰電池的安全、長時缺陷。比如,在高安全的情況下,城市復(fù)合中心、地下儲能、人群密集的區(qū)域,適合液流電池;基于長壽命特征,液流電池適合于做大規(guī)模型、基礎(chǔ)設(shè)施型的建設(shè)。
鋅鐵液流電池作為后起之秀,具有原料供給量大、價格低的優(yōu)勢,近年來發(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小時儲能、大規(guī)模量產(chǎn)、壽命長、易部署、建設(shè)周期短、環(huán)境友好等特性,正在通過技術(shù)迭代與規(guī)模化量產(chǎn)來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。
作為長時儲能代表,液流電池還得到了國家權(quán)威部門的高度認(rèn)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(tǒng)”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展,首個吉瓦時級別項目集采開標(biāo)、首個吉瓦級產(chǎn)能工廠投產(chǎn)等事件,為整個儲能行業(yè)帶來了發(fā)展的曙光。中核匯能、中國電建市政公司、國家電投相繼開啟GWh液流電池項目招標(biāo),對液流電池進行大規(guī)模集采,儲能市場格局發(fā)生明顯變化,已從“一鋰獨大”轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;百花齊放”。
