【EDF】前沿產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)及機(jī)遇系列報告之-長時儲能篇

發(fā)展現(xiàn)狀、系列報告之一 現(xiàn)狀 >國內(nèi)外政策規(guī)劃 >儲能項目利用率較低 ·儲能技術(shù)是解決以風(fēng)、光為主的新能源系統(tǒng)波動性、間歇性的有效技術(shù)，對建立新型電力系統(tǒng)具有關(guān)鍵的支撐作用，具有重大的戰(zhàn)略意義。隨著新能源裝機(jī)容量和發(fā)電比例的提升，對儲能時長的要求越來越高，容量型儲能的需求日益增長。容量型長時儲能可以提供數(shù)小時、數(shù)天、數(shù)周乃至更長時間的電力供應(yīng)技術(shù)方案，減小峰谷差，提升電力系統(tǒng)效率和設(shè)備利用率，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，為清潔能源的穩(wěn)定輸出和消納提供有力保障。·國內(nèi)外都將長時儲能視為實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型的重點(diǎn)技術(shù)，出臺多種政策支持長時儲能發(fā)展。國內(nèi)發(fā)五”新型儲能發(fā)展實(shí)施方案》等都從不同角度提到了發(fā)展長時儲能。國際上美國、英國、德國、法國、意大利等多國也相繼表示對長時儲能技術(shù)提供資金和政策支持，推動長時儲能裝機(jī)增長。·長時儲能技術(shù)種類較多，包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能、液流電池儲能、儲熱蓄冷、儲氫等，這些技術(shù)為可再生能源的大規(guī)模利用提供強(qiáng)有力的支撐?！ば滦烷L時儲能投資建設(shè)成本相對較高，相關(guān)的政策和市場機(jī)制還不夠完善，成本回收機(jī)制有待建立?！ぎ?dāng)前儲能項目中存在著利用率偏低的普遍問題，許多儲能電站建而不用，造成資源浪費(fèi)?！ば滦烷L時儲能技術(shù)目前仍處于發(fā)展中，多數(shù)技術(shù)仍面臨技術(shù)瓶頸。“十四五”時期是我國實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰目標(biāo)的關(guān)鍵期和窗口期，也是新型儲能發(fā)展的重要戰(zhàn)略機(jī)遇期，多項國家政策和市場交易機(jī)制陸續(xù)出臺，新型長時儲能市場化進(jìn)入快車道。具體建議如下：·建立新型長時儲能的成本回收機(jī)制，通過采取“兩部制”電價政策、完善電力現(xiàn)貨市場政策和電力輔助市場政策，提高儲能項目經(jīng)濟(jì)性?！ぬ岣邇δ茼椖坷寐?，因地制宜配置儲能規(guī)模和型式，推廣“共享儲能”的商業(yè)模式，實(shí)現(xiàn)多·通過技術(shù)示范，推動長時儲能多元化、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，突破技術(shù)瓶頸，提升儲能的經(jīng)濟(jì)性和安全性。李蘊(yùn)潔冉澤為了應(yīng)對氣候變化和實(shí)現(xiàn)全球能源轉(zhuǎn)型，可再生能源在儲能快速發(fā)展。國際能源署發(fā)布的《2022年可再生能源報告》[1]指出，世界各國可再生能源裝機(jī)量顯著提升，可再生能源全球裝機(jī)增量未來五年有望翻番，預(yù)計到2025年初，可再生能源將超過煤炭成為全球第一大電力來源。在COP28上，有100多個國家同意了2030年三倍可再生能源的目標(biāo)，可再生能源發(fā)展預(yù)計將進(jìn)一步加速。截至2022年底，中國可再生能源裝機(jī)12.13億千瓦，超過了煤電裝機(jī)規(guī)模，在全部發(fā)電總裝機(jī)占比上升到47.3%;可再生能源年發(fā)電量2.7萬億千瓦時，占全社會用電量的31.6%。具有關(guān)鍵的支撐作用，具有重大的戰(zhàn)略意義。《儲能產(chǎn)業(yè)研究白皮書2023》2指出，截至2022年約1~2小時能量型≥15分鐘≤30分鐘功率型≥4小時容量型長時儲能是在普通儲能系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，可實(shí)現(xiàn)跨天、跨月統(tǒng)，但目前國內(nèi)外對于長時儲能的充放電時長暫未達(dá)成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，一般將持續(xù)放電4小時以上的>《關(guān)于加快推動新型儲能發(fā)展的指導(dǎo)意見》量達(dá)到3000萬干瓦的目標(biāo)?！蛾P(guān)于鼓勵可再生能源發(fā)電企業(yè)自建或購買調(diào)峰能力增加并網(wǎng)規(guī)模的通知》模初期按照功率15%的掛鉤比例(時長4小時以上)配建調(diào)峰能力，按照20%以上>《“十四五”能源領(lǐng)域科技創(chuàng)新規(guī)劃》>《“十四五”新型儲能發(fā)展實(shí)施方案》問題，推動大容量、中長時間尺度儲能技術(shù)示范。重點(diǎn)試點(diǎn)示范壓縮空氣、液流電池、高效儲熱等日到周、周到季時間尺度儲能技術(shù)，以及可再生能源制氫、制氨等更長周期美國能源部2021年公布了“長時儲能攻關(guān)計劃”,目的是在未來將電網(wǎng)規(guī)模儲能系統(tǒng)的成本降低90%,使其能夠提供10小時以上的儲能時間。2022年發(fā)布的《通脹削減法案》首次將獨(dú)立儲能納入了投資稅收抵免的補(bǔ)貼范圍，不再限制與太陽能發(fā)電配合使用，最高可獲得70%的投資稅收抵免，同時將原計劃于2023開始的補(bǔ)貼退坡延后了十年，至2033年后才開始逐漸退坡。2022年11月，美國能源部宣布，將為長時儲能項目提供至少3.5億美元的資金支2022年2月宣布撥款3960萬英鎊，用于支持英國的創(chuàng)新性長時儲能技術(shù)項目，覆蓋無隔膜綠氫電解槽、重力儲能、全釩液流電池、先進(jìn)壓縮空氣儲能、海水+壓2023年4月，英國宣布通過“長時儲能競賽”投入2980萬英鎊，支持3個長時此外，德國、法國、意大利等多國也相繼表示對長此外，德國、法國、意大利等多國也相繼表示對長儲能應(yīng)用場景的多樣性決定了儲能技術(shù)也向著多元化發(fā)展。儲能技術(shù)按照技術(shù)原理可分為5類：機(jī)械儲能、化學(xué)儲能、電化學(xué)儲能、熱儲能。傳統(tǒng)儲能技術(shù)以抽水蓄能和電化學(xué)儲能為主，隨著國家對于儲能產(chǎn)業(yè)的重視以及技術(shù)更新速度的加快、制造工藝的發(fā)展，多種新型儲能技術(shù)已經(jīng)在實(shí)際工程中得到應(yīng)用，而且在電力系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)發(fā)揮重要作用。雖然長時儲能技術(shù)多處于商業(yè)化早期階段，仍未大規(guī)模普及應(yīng)用，但近年在規(guī)模上有所突破，應(yīng)用模式也逐漸增多，技術(shù)各有干秋。圖1:長時儲能不同技術(shù)路線對比響應(yīng)時間分鐘級>30年技術(shù)成熟、成本低、分鐘級40-50年性能穩(wěn)定、壽命長百毫秒級5-10年能量密度大百毫秒級5-15年安全性高、壽命長、數(shù)小時-數(shù)周分鐘級10-15年大容量、長周期、跨季節(jié)、遠(yuǎn)距離10小時以上-20-30年壓縮空氣儲能是大規(guī)模超長時間尺度的儲能技術(shù)，具有規(guī)模大、壽命長、單位成本低、清潔無污染等優(yōu)勢，同時可以實(shí)現(xiàn)調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相等功能5。壓縮空氣儲能技術(shù)的基本原理為在非用電高峰期消耗多余電能，將空氣壓縮并儲存在儲氣設(shè)備內(nèi)，在用電高峰期將高壓空氣釋放，推動電機(jī)發(fā)電，從而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)削峰填谷、提高電網(wǎng)穩(wěn)定性和可靠性。壓縮空氣可以呈現(xiàn)氣態(tài)、液態(tài)、超臨界態(tài)儲存。壓縮空氣儲能具有本質(zhì)上的高安全性，空氣擴(kuò)散能力強(qiáng)，不具可燃性，無爆炸和燃燒風(fēng)險6。目前，壓縮空氣儲能從規(guī)模、效率，成本，及使用壽命上，能夠?qū)?biāo)同為物理儲能的抽水蓄能3,傳統(tǒng)壓縮空氣儲能新型壓縮空氣儲能統(tǒng)，能夠?qū)嚎s儲能階段產(chǎn)生的熱量回收，并用于加熱釋能階段膨脹做功的高要將高壓空氣從儲氣室導(dǎo)入燃燒室，利用燃料燃燒加熱升溫后，驅(qū)動渦輪機(jī)發(fā)2022年，中國科學(xué)院工程熱物理研究所儲能研發(fā)團(tuán)隊在河北張家口市張北縣建設(shè)了國際首套目前主要的液流電池包括全釩液目前主要的液流電池包括全釩液流電池、鋅基液流電池、鐵鉻液流電池，其中全釩液流電池是技術(shù)成熟度最高，商業(yè)化進(jìn)程最快，度電成本最低的技術(shù)路線，其余類型的液流電池◎具有本質(zhì)安全、設(shè)計靈活、充放電效率高、壽命◎能夠滿足大規(guī)?？缣焐踔量缭碌某浞烹娦枨?，是長時儲能領(lǐng)域首選的電化學(xué)儲能技術(shù)路線7。國內(nèi)在全釩液流電池領(lǐng)域也已建成多個示范項目，2022年中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研國內(nèi)在全釩液流電池領(lǐng)域也已建成多個示范項目，2022年中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所提供技術(shù)支撐的迄今全球功率最大、容量最大的百兆瓦級液流電池儲能調(diào)峰電站正式并網(wǎng)發(fā)電。該項目是國家能源局批準(zhǔn)建設(shè)的首個國家級大型化學(xué)儲能示范項目，本次并網(wǎng)的是全釩液流電池成本主要來自電堆和電解液，受到隔膜等電堆材料及釩價格的影響，目前全釩液流電池的市場規(guī)模較小，其初裝成本仍然較高，而隨著技術(shù)進(jìn)步和規(guī)?；l(fā)展，未來全釩液流電池的成本仍有下降空間。盡管全釩液流電池一次性投入成本較高，未來或可通過◎具有儲能密度高、充放電效率高、響應(yīng)速度快、產(chǎn)業(yè)鏈◎是近幾年發(fā)展最快的電化學(xué)鋰離子電池缺點(diǎn)◎普遍價格高，體積小，且具備安全風(fēng)險，不適宜大型儲能場景。為了適應(yīng)儲能應(yīng)用需求，中國開始自主研發(fā)大容量電力儲能專用電池，探索出了鋰漿料電池，降低了電池制造成本。在鋰漿料電池的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步發(fā)展出半開放鋰漿儲能專用電池。半開放鋰漿儲能專用電池主要適用于光伏發(fā)電，儲能時長可達(dá)4小時以上。工作原理與鋰電池類似，但具備三個優(yōu)勢。一是安全性更高。半開放意味著有管路跟大容量電芯直接連接，一旦電池如果出現(xiàn)故障可以直接往電芯內(nèi)部注入安全劑，達(dá)到電芯內(nèi)部的本質(zhì)安全。而鋰電的安全性控制只能噴淋到模組級別，到不了電芯內(nèi)部。二是可以對電池進(jìn)行修補(bǔ)，而鋰電池不能修補(bǔ)。三是易于回收?？梢灾苯佑酶邏核畼尠褬O氫能在中國能源轉(zhuǎn)型的地位逐漸凸顯，在難以深度脫碳的領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，此外，氫能具有較高的能量密度，也可以作為一種儲能的方式，與傳統(tǒng)的電池儲能技術(shù)相比，氫氣儲能可以實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的能量儲存，對于電力系統(tǒng)調(diào)峰、應(yīng)對突發(fā)能源需求等需要大規(guī)模能源儲備的場景具有重要意義。氫氣可以實(shí)現(xiàn)較長時間的儲存，也能通過管道、船舶等方式進(jìn)行長距離運(yùn)輸，滿足不同地區(qū)的能源需求。然而，氫氣也具有易燃易爆易擴(kuò)散的特征，傳統(tǒng)高壓氣態(tài)氫氣儲運(yùn)模式氫氣儲運(yùn)量低，高壓下存在安全隱患，卸載環(huán)節(jié)因壓差導(dǎo)致氫氣殘余，運(yùn)輸效率較低，難以滿足氫能行業(yè)的發(fā)展需求。而固態(tài)儲氫可以提高體積儲氫密度、在常溫常壓下儲存安全性好、可長距離運(yùn)輸、實(shí)現(xiàn)跨季節(jié)儲存等優(yōu)點(diǎn)，逐漸受到關(guān)注。固態(tài)儲氫是指利用材料對氫氣的物理吸附和化學(xué)吸附作用將氫氣存儲在固體材料中。根據(jù)固態(tài)儲氫材料不同可分為物理吸附儲氫材料和化學(xué)吸附儲氫材料。目前，化學(xué)吸附儲氫材料中金屬氫化物最為成熟，如鎂基固態(tài)儲氫技術(shù)。鎂基固態(tài)儲氫技術(shù)的基本原理是利用氫與鎂合金材料在常溫常壓下進(jìn)行反應(yīng)，將氫儲存在鎂基固態(tài)儲氫技術(shù)的基本原理是利用氫與鎂合金材料在常溫常壓下進(jìn)行反應(yīng)，將氫儲存在鎂基材料中。鎂基固態(tài)儲運(yùn)氫技術(shù)具有以下優(yōu)勢：◎體積儲氫密度高(液氫的1.4倍、高壓氣氫的5倍以上),不需要高壓容器和隔熱容器，可在常溫常壓下進(jìn)行儲氫，安全性好，無爆炸危險，且放氫純度高?！蜻m合長距離的儲運(yùn)氫氣且運(yùn)輸成本低，相比于長管拖車運(yùn)輸效率更高，運(yùn)輸距離更長?！蜴V礦資源豐富，是常見金屬，價格便宜且不限制進(jìn)出口。◎上下游應(yīng)用范圍廣，可以兼容多種制氫途徑，適用于氫能產(chǎn)品的下游應(yīng)用場景如電力行業(yè)、目前，鎂基固態(tài)儲氫技術(shù)在交通、風(fēng)電、冶金等領(lǐng)域已開始逐步探索應(yīng)用。>儲能成本相對較高，新型長時儲能的成本回收2021年，國家發(fā)改委發(fā)布了《關(guān)于加快推動新型儲能發(fā)展當(dāng)前，儲能的裝機(jī)規(guī)模和速度都在不斷上升，但顯示，2021年中國電化學(xué)儲能電站的利用率較低，電化學(xué)儲能6.1%,火電廠配儲能為15.3%,電網(wǎng)儲能為14.8%,用戶儲能為28.3%,總體利用率較低。目前，一些地區(qū)要求新能源的建新型長時儲能技術(shù)目前仍處于發(fā)展中，需加強(qiáng)長時儲能的基礎(chǔ)性和關(guān)鍵共性技術(shù)研究，發(fā)展自主知識產(chǎn)權(quán)儲能技術(shù)以及多種儲能技術(shù)集成應(yīng)用示范。長時儲能技術(shù)多元，多數(shù)技術(shù)仍面臨技術(shù)瓶頸，壓縮空氣儲能系統(tǒng)需要兼顧高效率和易調(diào)節(jié)等特征，在高效高負(fù)荷壓縮/膨脹機(jī)、系統(tǒng)全工況優(yōu)化與集成、高效超臨界蓄熱換熱器技術(shù)等方面仍面臨挑戰(zhàn)。全釩液流電池目前成本較高，能量密度較低，需要進(jìn)一步優(yōu)化電池運(yùn)行以提高整體電池性能并降低關(guān)鍵部件的成本。鋰離子電池需進(jìn)一步提高電池循環(huán)壽命，在低產(chǎn)熱功率、高能量效率、高安全儲能用電池和模塊技術(shù)開發(fā)等方面加強(qiáng)攻關(guān)。此外，各類儲能技術(shù)都需要持續(xù)創(chuàng)新提升電池材料熱穩(wěn)定性、電池的安全性。儲能技術(shù)企業(yè)需要構(gòu)建全鏈條高安全性的系統(tǒng)設(shè)計方案，保障安全、高效運(yùn)行，以具備更強(qiáng)的市$$“十四五”時期是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰目標(biāo)的關(guān)鍵期和窗口期，也是新型儲能發(fā)展的重要戰(zhàn)略機(jī)遇期。2022年3月，國家發(fā)改委、國家能源局發(fā)布《“十四五”新型儲能發(fā)展實(shí)施方案》,提出“針對新能源消納和系統(tǒng)調(diào)峰問題，推動大容量、中長時間尺度儲能技術(shù)示范。重點(diǎn)試點(diǎn)示范壓縮空氣、液流電池、高效儲熱等日到周、周到季時間尺度儲能技術(shù)，以及可再生能源制氫、制氨等更長周期儲能技術(shù)，滿足多時間尺度應(yīng)用需求?！?022年6月，國家發(fā)改委等部委印發(fā)《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》,明確了針對電網(wǎng)削峰填谷、集中式可再生能源并網(wǎng)等間歇性的儲能應(yīng)用場景，需要發(fā)對于抽水蓄能項目，2021年《國家發(fā)展改革委關(guān)于進(jìn)一步完善抽水蓄能價格形成機(jī)制的意見》已經(jīng)明確“建立容量電費(fèi)納入輸配電價回收的機(jī)制”,但是新型長時儲能的成本回收機(jī)制依然電網(wǎng)側(cè)大型長時儲能采取“兩部制”電價政策，作為獨(dú)立市場主體參與市場交易，執(zhí)行“電量電價+容量電價”兩部制上網(wǎng)電價機(jī)制，參與多樣化的輔助服務(wù)市場，從更多渠道獲得收益，同時擴(kuò)大峰谷價差，提高儲能項目經(jīng)濟(jì)性。完善電力現(xiàn)貨市場政策。2023年9月，國家發(fā)展改革委、國家能源局印發(fā)《電力現(xiàn)貨市場基本規(guī)則(試行)》,其中提到推動分布式發(fā)電、負(fù)荷聚合商、儲能和虛擬電廠等新型經(jīng)營主體參與交易，獨(dú)立儲能等電力市場新型交易主體將迎來新的機(jī)遇。未來需進(jìn)一步完善儲能參與電力市場的交易機(jī)制，擴(kuò)充儲能項目的收益來源，提升經(jīng)濟(jì)性。完善電力輔助市場政策，讓長時儲能參與電網(wǎng)的調(diào)峰需求，形成更加靈活的電網(wǎng)調(diào)峰機(jī)制，同時也可更大限度地發(fā)揮儲能的經(jīng)濟(jì)性效應(yīng)。未來，可以增加電力輔助服務(wù)種類，開放調(diào)頻、轉(zhuǎn)動慣量、黑啟動等市場，進(jìn)一步推動儲能參與電力輔助市場。>>提高儲能利用率因地制宜配置儲能規(guī)模和型式。結(jié)合當(dāng)?shù)匦履茉聪{、資源特性、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、負(fù)荷特性、電網(wǎng)安全、電源結(jié)構(gòu)等因素，具體分析各地系統(tǒng)調(diào)頻、調(diào)峰需求，合理確定新能源配置儲