隨著我國碳達峰、碳中和目標的提出，新能源未來將成為電力供應的主體。當前，電源側新能源裝機快速增長，用戶側負荷呈多樣性變化，電力系統(tǒng)面臨諸多挑戰(zhàn)。儲能技術可在提高可再生能源消納比例、保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行等方面發(fā)揮重要作用，是支撐我國大規(guī)模發(fā)展新能源、保障能源安全的關鍵技術。
儲能：支撐大規(guī)模新能源發(fā)展的關鍵技術
隨著我國能源轉型的不斷深入，電力系統(tǒng)面臨諸多挑戰(zhàn)：
大規(guī)模隨機波動新能源并網給電網運行帶來挑戰(zhàn)。風能、太陽能等發(fā)電方式受自然因素影響較大，具有明顯的隨機性和波動性。未來新能源并網容量增加，電力系統(tǒng)將由原來的需求側單側隨機性波動系統(tǒng)發(fā)展為“需求側-電源側”雙側隨機性波動系統(tǒng)。
電力峰谷差日益加大，按照高峰負荷需求擴建增容將影響電力資產利用率。從我國整體用電負荷來看，日間電力負荷峰谷差持續(xù)拉大，尖峰負荷增長顯著，谷電期負荷水平不及峰值的一半；年峰值負荷持續(xù)時間僅數(shù)日到數(shù)小時不等，為滿足短時間高峰負荷需求，需擴大電廠規(guī)模、提高輸配電能力，投資大且利用率低。
多種能量間的耦合關系和相互制約，影響多能系統(tǒng)的靈活性和可靠性。以常見的熱電聯(lián)供系統(tǒng)為例，當系統(tǒng)中沒有儲能設施時，熱電聯(lián)供系統(tǒng)將按照以熱定電、以電定熱或混合運行三種模式工作，靈活性較差。隨著電力系統(tǒng)中能量單元種類增加，多種能源之間的強相關和緊密耦合關系將更突出，多能系統(tǒng)的靈活性和可靠性亟待提升。
儲能技術是支撐我國大規(guī)模發(fā)展新能源、保障能源安全的關鍵技術之一，具有提高新能源消納比例、保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行、提高發(fā)輸配電設施利用率、促進多網融合等多方面作用。
儲能技術是將隨機波動能源變?yōu)橛押媚茉吹年P鍵技術之一。應用儲能技術，可打破原有電力系統(tǒng)發(fā)輸變配用必須實時平衡的瓶頸。在電源側，儲能技術可聯(lián)合火電機組調峰調頻、平抑新能源出力波動；在電網側，儲能技術可支撐電網調峰調頻，在系統(tǒng)發(fā)生故障或異常情況下保障電網運行安全；在用戶側，儲能技術可在實現(xiàn)用戶冷熱電氣綜合供應的同時，充分調動負荷側資源彈性，支撐電網需求側響應。
儲能設備相對于發(fā)電廠來說建設周期短，可移動，便于靈活配置。因此，應用儲能設備是應對峰值負荷、延緩發(fā)輸配電設施升級的有效措施之一。儲能裝置還可作為調峰資源，主動參與電力需求響應，進一步提升電力資產利用效率和經濟性。
儲能技術是實現(xiàn)多能融合、跨能源網絡協(xié)同優(yōu)化的重要媒介。利用電化工（P2X）技術，可實現(xiàn)電能向多種能源的轉化。儲能技術作為能源轉化、存儲的關鍵連接點，可實現(xiàn)電力系統(tǒng)與其他能源系統(tǒng)的連接，是多網融合的紐帶，將在能源互聯(lián)網各環(huán)節(jié)發(fā)揮重要作用，具有廣闊的發(fā)展前景。
新型儲能技術有望在更多應用場景展現(xiàn)價值
按照能量的存儲方式，儲能技術可分為化學儲能（如鈉硫電池、液流電池、鉛酸電池、鋰電池等電化學儲能及氫儲能）、電磁儲能（如超導電磁儲能、超級電容器等）、物理儲能（如抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能）、儲熱（如顯熱、潛熱、化學儲熱）等。
據不完全統(tǒng)計，目前全球發(fā)展最成熟、裝機規(guī)模最大的儲能是抽水蓄能，電化學儲能緊隨其后。同時，以氫儲能技術、儲熱/冷技術、壓縮空氣儲能技術為代表的新型儲能技術也在越來越多的應用場景展現(xiàn)價值。
● 商業(yè)化應用的儲能技術
抽水蓄能技術是目前技術最成熟、應用最廣泛的能量型儲能技術，具有規(guī)模大、壽命長、運行費用低等優(yōu)點，具備調峰、調頻、黑啟動等功能，但其建設周期較長，且需要適宜的地理資源條件。抽水蓄能技術在我國的應用已較成熟。截至2020年年底，全國在運抽水蓄能電站總裝機容量3146萬千瓦，可開發(fā)站址資源約1.6億千瓦。
電化學儲能技術主要通過電池內部不同材料間的可逆電化學反應實現(xiàn)電能與化學能的相互轉化，電池類型主要有鋰離子電池、鉛蓄電池、液流電池和鈉硫電池等。電化學儲能響應速度快，主要作為功率型儲能技術應用。目前，電化學儲能應用已覆蓋電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)，能夠滿足多樣化的場景需求。全生命周期成本、安全問題是在推廣應用電化學儲能過程中應持續(xù)關注的問題。
一方面，儲能系統(tǒng)安全問題涉及儲能系統(tǒng)設計選型、生產制造、施工等多個環(huán)節(jié)，需盡快推進儲能安全標準體系建設；另一方面，還需進一步完善市場機制和價格機制，確保儲能工程質量和安全。
● 新型儲能技術
近年來，隨著儲能產業(yè)的發(fā)展，多種新型儲能技術不斷突破，在越來越多的場景實現(xiàn)示范應用，主要有儲熱技術、氫儲能技術、電磁儲能和飛輪儲能等。
儲熱技術屬于能量型儲能技術，能量密度高、成本低、壽命長、利用方式多樣、綜合熱利用效率高，在可再生能源消納、清潔供暖及太陽能光熱電站儲能系統(tǒng)應用領域均可發(fā)揮較大作用。
近年來，備受關注的儲熱技術主要有熔融鹽儲熱技術和高溫相變儲熱技術。熔融鹽儲熱技術的主要優(yōu)點是規(guī)模大，方便配合常規(guī)燃氣機使用，主要應用于大型塔式光熱發(fā)電系統(tǒng)和槽式光熱發(fā)電系統(tǒng)。
高溫相變儲熱技術具有能量密度高、系統(tǒng)體積小、儲熱和釋熱溫度基本恒定、成本低廉、壽命較長等優(yōu)點，也是目前研究的熱點。該技術適用于新能源消納、集中/分布式電制熱清潔供暖、工業(yè)高品質供熱供冷，同時可作為規(guī)模化的儲熱負荷，為電網提供需求側響應等輔助服務，目前已應用于民用供熱領域，并逐步向對供能有更高需求的工業(yè)供熱領域拓展。
氫儲能技術是通過電解水制取氫氣，將氫氣存儲或通過管道運輸，有用能需求時通過燃料電池進行熱（冷）電聯(lián)供的能源利用方式。該技術適用于大規(guī)模儲能和長周期能量調節(jié)，是實現(xiàn)電、氣、交通等多類型能源互聯(lián)的關鍵。氫儲能技術主要包含電解制氫、儲氫及燃料電池發(fā)電技術。該技術可用于新能源消納、削峰填谷、熱（冷）電聯(lián)供，以及備用電源等諸多場景。
在國內，氫儲能技術目前還處于示范應用階段。全球能源互聯(lián)網研究院有限公司作為該技術的核心研發(fā)單位，正與各省級電力公司開展氫能技術聯(lián)合攻關，并在多地開展不同場景的示范應用，如和國網安徽電力在六安建設的國內首個兆瓦級固體聚合物電解水制氫及燃料電池發(fā)電示范項目，以及與國網浙江電力在臺州市椒江區(qū)大陳島建設的“綠氫”綜合能源系統(tǒng)示范工程等。
電磁儲能和飛輪儲能屬于功率型儲能技術。電磁儲能中，超導電磁儲能功率特性好，但能量密度較低、成本高；超級電容器功率密度高，充放電循環(huán)次數(shù)達十萬甚至數(shù)百萬次，但儲能密度較低，成本高。飛輪儲能壽命長，對環(huán)境無不良影響，但自放電率高、成本高。這些儲能技術離實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)應用尚有一段距離。
規(guī)模化儲能技術將向多元化方向發(fā)展
綜合考慮技術成熟度與場景適用性，各種儲能技術將在不同應用領域發(fā)揮更大作用。
抽水蓄能技術已經比較成熟，在儲能應用中將持續(xù)保持高占比。電化學儲能技術響應速度快，可滿足多樣化場景需求，是電力行業(yè)發(fā)展的新焦點。儲熱技術相比其他儲能技術，在電供暖、電供熱、工業(yè)高溫供熱等熱能利用市場有更好的經濟性，同時在電力輔助服務市場及綜合能源服務等領域均有應用價值和市場空間。
氫儲能技術是極具發(fā)展?jié)摿Φ囊?guī)模化儲能技術，有望在可再生能源消納、電網削峰填谷、用戶冷熱電氣聯(lián)供等場合推廣應用。
隨著儲能技術研發(fā)的推進，以及市場機制的逐步完善，綜合經濟效益將是影響儲能技術大規(guī)模推廣的重要因素。未來，儲能材料會朝著低成本、高儲能密度、高循環(huán)穩(wěn)定性、長周期存儲的方向發(fā)展。儲能裝置的發(fā)展也將從關注單體設備效率、成本，轉向滿足差異性需求的高品質供能、儲用協(xié)調方向。規(guī)模化儲能技術將從單純供能轉向兼顧電網輔助服務和綜合能源服務的多元化用能。儲能將為構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)提供有力支撐，助力碳達峰、碳中和目標實現(xiàn)。
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