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中國網/中國發展門戶網訊 能源利用是我國溫室氣體的主要來源。作為流程工業的典型高排放行業，即化工、鋼鐵、有色、建材工業過程的二氧化碳（CO2）排放約占全國總排放的近 40%，是我國碳排放的主要來源。因此，CO2高排放行業能源利用清潔低碳化轉型發展勢在必行。我國實現碳達峰、碳中和（以下簡稱“雙碳”）目標意味著必須進行顛覆性的能源革命、科技革命和經濟轉型。發展變革性低碳技術，通過工藝源頭創新和流程再造，在典型流程工業中率先實現碳達平面設計峰、碳中和，是支撐我國“雙碳”目標實現的關鍵。儲能作為電能的載體，可有效地平抑大規模新能源發電接入電網帶來的波動性，促進電力系統運行中電源和負荷的平衡，提高電網運行的安全性、經濟型和靈活性；儲能技術也成為構建智能電網與實現可再生能源發電的核心關鍵。隨著碳中和成為全球共識，新能源在整個能源體系中的比重將快速增加，儲能技術也迎來爆發式增長。國內外大規模新型儲能項目陸續啟動，儲能技術呈現出液流電池、鈉離子電池、鋰離子電池、壓縮空氣儲能、鉛碳電池、儲熱技術等“百家爭鳴”局面；與此同時，越來越多的企業投身儲能產業，或擴產或跨界合作，儲能產業呈現蓬勃發展的良好局面。
儲能在“雙碳”中的作用與地位
儲能技術是解決以風、光為主的新能源系統波動性、間歇性的有效技術。未來能源系統將是以新能源為主體、多種形式能源共同構成的多元化能源系統。風力發電、光伏發電本身的波動性和間歇性決定了靈活性將是新的能源系統必不可少的組成部分。而從技術屬性來看，儲能正好能夠滿足新的能源系統對靈活性的需求。因此，通過儲能技術實現可再生能源大規模接入，從而推動能源低碳轉型的技術路徑被業界寄予厚望。
在政策層面，國家發展和改革委員會（簡稱“國家發展改革委”）和國家能源局啟動了對儲能發展的整體規劃部署，密集出臺了一系列儲能相關政策。2021年 7月，國家發展改革委、國家能源局發布《關于加快推動新型儲能發展的指導意見》；相比同年 2開幕活動月 25日發布的《推進電力源網荷儲一體化和多能互補發展的指導意見》和 4月 19日發布的《關于 2021年風電、光伏發電開發建設有關事項的通知（征求意見稿）》，儲能的市場地位、商業模式和經濟價值逐漸得到承認與明確。2021年 10月，中共中央、國務院先后發布了《中共中央 國務院關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》和《國務院關于印發 2030年前碳達峰行動方案的通知》，首次將推動新型儲能發展作為加快構建清潔低碳安全高效能源體系、建設新型電力系統的重要布局和主要工作之一；并明確了到 2025年，新型儲能裝機容量達到 3 000萬千瓦以上的總體目標。2021年 12月，國家能源局正式頒布《電力并網運行管理規定》和《電力輔助服務管理辦法》文件，明確將新型儲能、虛擬電廠、負荷聚集商等作為輔助服務市場的新主體；并增加了電力輔助服務新品種，完善了輔助服務分擔共享新機制，疏導電力大圖輸出系統運行日益增加的輔助服務費用。在此政策的指引下，2021年約有 21個省份出臺電力輔助服務相關政策。2022年 2月，國家發展改革委、國家能源局印發的《“十四五”新型儲能發展實施方案》提出，到 2025年，新型儲能由商業化初期步入規模化發展階段、具備大規模商業化應用條件；到 2030年，新型儲能全面市場化發展，全面支撐能源領域碳達峰目標如期實現。因此，儲能是實現可再生能源規模應用和構建以新能源為主體的新型電力系統、實現“雙碳”目標的關鍵核心技術。
主流儲能技術發展現狀
國內外在新型儲能技術，包括液流電池、鈉離子電池、鋰離子電池、壓縮空氣儲能等技術的基礎研發和工程化方面均取得了重大進展。其中，鋰離子電池技術發展最快，目前所占市場份額最大。全釩液流電池、壓縮空氣儲能已具備大規模產業化條件；鈉離子電池、鉛碳電池、鋅基液流電池等也已具備初步進入產業化準入條件，這些技術有望在“雙碳”目標突破的過程中扮演重要角色。
液流電池儲能發展現狀
液流電池通過電解液內離子的價態變化實現電能存儲和釋放。其功率和容量可獨立設計、安全性高、儲能攤位設計規模大、效率高、壽命長、生命周期的性價比高等特點，使其在大規模儲能領域具有良好的應用前景。根據活性物質種類不同，液流電池可分為全釩液流電池、鋅基液流電池等。
全釩液流電池
作為長時儲能優選技術之一的全釩液流電池，得益于其高安互動裝置全性、長壽命、環境友好等優點，目前發展成熟度人形立牌最高，商業化進程最快。2021年 11月，微軟、谷歌等 10余家公司在《聯合國氣候變化框架公約》第 26次締約方大會（COP26）上成立國際長時儲能委員會（LDES），旨在部署和加快推動可存儲和釋放 8小時或更長時間的儲能技術快速發展。由此可見，快速發展全釩液流電池長時儲能技術的迫切性。
國外從玖陽視覺事全釩液流電池儲能技術研發和產業化的單位主要有日本的住友電工集團、英國的 Invinity公司、德國的Fraunhofer UMSICHT、美國的西北太平洋國家實驗室和 UNIEnergy Technology（UET）等企業與研究機構。2020年住友電工集團與北海道電力有限公人形立牌司簽署合同將于 2022年建成 17 MW/51 MWh的全釩液流電池儲能電站①。2021年 12月，牛津超級能源樞紐項目（ESO）進入帶電調試階段，該項目由 Invinity公司在英國制造的 5 MWh全釩液流電池系統與 50 MW瓦錫蘭鋰離子電池結合，作為單一的儲能資產運行，這是目前投運的最大的全釩液流+鋰離子混合大型公仔電池。其中，全釩液流電池在系統投入使用時充當第一線響應，只有VR虛擬實境在所需的響應超過全釩液流電池的容量后，鋰離子電池才會被調用，從而充分利用全釩液流電池長壽命、不衰減的特點，減少鋰離子電池的消耗。這種混合儲能方式可利用 2種電池各自的技術優勢來提高電網彈性，并創建更加智能、更加靈活的能源系統，最終將支持更多的可再生能源發電并網到英國電網中。
國內主要有中國科學院大連化學物理研究所（以下簡稱“大連化物所”）、大連記者會融科儲能技術發展有限公司（以下簡稱“大連融科”）、北京普能世紀科技有限公司（以下簡稱“北京普能”）、上海電氣儲能科技有限公司、清華大學、中國科學院沈陽金屬研究所、中南大學等多家機構從事全釩液流電池的研發及產業化工作。大連化物所自 2000年開始液流電池的研究，在液流電池關鍵材料、核心部件、電堆及系統設計集成、控制管理等方面都取得了國際領先的成果；已在液流電池領域獲得國家授權專利 150余項，國際專利 7項，形成了完整的自主知識產權體系。2021年在大連瓦房店建成了目前國內最大規模的全釩液流電池系統，即大唐國際鎮海網源友好型風電場 10 MW/40 MWh和國電投駝山網源友好型風電場 10 MW/40 MWh全釩液流電池系統。在國家及地方政府的大力支持下，成功推進了全球最大 200 MW/800MWh全釩液流電池儲能調峰電站國家示范項目一期工程（100 MW/400 MWh）的全舞臺背板面開工建設。目前，100 MW儲能系統項目已完成主體工程建設（圖 1），進入單體模塊調試階段，預計 2022年 6月完成并網調試，這將對緩解大連市乃至遼寧省電網調峰壓力、提高大連南部地區供電可靠性、加快新能源發展發揮重要作用。
此外，國內多個地區正在實施或籌建全釩液流電池生產或應用示范項目，包括國家電投湖北襄陽 100MW/500 MWh全釩液流電池儲能項目；中廣核新能源襄陽有限公司 100 MW/200 MWh全釩液流電池儲能電站項目；正在建設偉力得新疆阿瓦提 7.5 MW/22.5MWh全釩液流儲能電站；北京普能將在湖北建設1GW全釩液流儲能電池生產基地；河南開封、江西宜春、陜西安康、湖北鄖西、甘肅張掖也都將打造全釩液流電池生產基地。
鋅基液流電池體系
與全釩液流電池不同，以金屬鋅為負極活性組分的鋅基液流電池體系具有儲能活性物質來源廣泛、價格便宜、能量密度高等優勢，在分布式儲能領域極具應用價值和競爭優勢。目前，發展較為成包裝盒熟的技術主要有鋅溴液流電池和鋅鐵液流電池。
鋅溴液流電池生產企業主要有澳大利亞的Redflow、美國的 ZBB和 Primus Power、韓國的樂天化學，以及中國的安徽美能和百能匯通等公司。鋅鐵液流電池的生產企業主要有美國的 ViZn公司、中國的中國電建集團江西省電力建設有限公司。Redflow公司推出的小型家用光伏發電鋅溴液流電池儲能系統（5kW/10 kWh）已在澳大利亞、新西蘭、美國等地成功實施。2022年大連化物所成功開發出 10 kW/30 kWh用戶側鋅溴液品牌活動流電池系統（圖 2）。該系統的成功開發，將進一步推動用戶側新型鋅基液流電池的發展與產業化應用，對于推動鋅基液流電池可持續發展具有重要意義。
鋰離子電池發展現狀
據統計，2021年中國儲能市場中，儲能鋰離子電池出貨量達到 32 GWh，同比增長 146%，在新型儲能產品中占據主導地位。隨著政策對新型儲能支持力度加大、電力市場商業化機制建立、儲能商業模式清晰、策展鋰離子電池成本的持續下降，儲能鋰離子電池市場正式進入加速發展期。全球從事鋰離子電池產業相關的企業超過 1 000家，已經形成了從鋰電池材料、電芯、模組到系統集成的完整產業鏈；特別是近年來由于電動汽車產業的帶動，鋰離子電池成本快速下降，從而極大地推動了其在電力儲能方面的應用。全球主要的鋰離子電池儲能生產商來自日本（松下、三菱）、韓國（三星 SDI、LGChem）、美國（特斯拉）和中國（寧德時代新能廣告設計源、比亞迪、力神等）。目前，鋰離子電池在電力儲能方面的應用主要活動佈置包括電網調頻和電網側儲能等。此外，雖然鋰離子電池全息投影市場份額最大，但其在大規模應用過程中也會出現安全、可靠性等問題，急需布局相關課題重點攻關該難題。
鋰離子電池具有很好的功率倍率特性，是目前儲能調頻市場的主流技術。鋰離子電池調頻性能遠超火電機組，響應時間短，能夠滿足快速精準的調頻需求。目前，在全球范圍內鋰離子電池調頻項目主要應用在美國、英國、韓國、澳大利亞和中國。據統計，目前已經投運及在建的鋰離子電池儲能調頻電站超過 1 000 MW。2018年以來發布的調頻輔助服務儲能項目總規模已經超過 180 MW、技術路線主要為磷酸鐵鋰鋰離子電池和三元鋰離子電池。
鋰離子電池在電力系統中另一大應用在電網側。在變電站配套儲能系統、通過電網的智能調度來實現削峰填谷，延緩電網的投資及提高電網主動調節能力。2016年，美國加利福尼亞州緊急開展 100 MW的鋰離子電池儲能實施計劃，以應對電力短缺問題。該電池系統主要用于在白天儲存加利福尼亞州光伏電站資源發出的電力；在太陽落山后，儲能系統被調度將電力釋放給電網。2017年 1月，美國特斯拉公司為南加利福尼亞州愛迪生公司的 Mira Roma變電站建成了輸出功率 20 MW、總容量 80 MWh的鋰離子儲能系統，該系統成為當時全球最大的電池儲能系統。隨后在 2017年 2月，AES公司采用三星公司的鋰離子電池為圣迭戈煤氣電力公司（SDG&E）在加利福尼亞州 Escondido市部署了輸出功率 30 MW、總容量 120 MWh的儲能系統。該項目 30 MW鋰離子儲能系統全部在 6個月內并網投運，這不僅推動儲能成了未來應對電網危機的重要解決方案，也為利用分布式儲能滿足當地電力容量需求提供了強有力的支撐。2021年 7月，英荷殼牌石油公司宣布 100 MW儲能電站全面投入運營，這是歐洲目前最大規模的儲能電站；其位于英國西南部威爾特郡附近，由 2個裝機容量均為 50 MW/50 MWh的電池儲能設施構成，采用磷酸鐵鋰/三元鋰電池技術。2018年，為解決國電諫壁發電廠 3臺 330 MW發電機組退役后帶來的電力缺口問題，中國國家電網江蘇省電力有限公司利用丹陽、揚中、鎮江等地 8處退役變電站場地，緊急建設鎮江儲能電站工程，充分發揮儲能設備建設周期短、配置靈活、響應速度快等優勢，有效緩解了供電壓力。該電網側儲能項目采用“分散式布置集中式控制”方式，建設了 8個儲能電站項目，全部采用磷酸鐵鋰電池技術，規模共計 101 MW/202 MWh。該儲能電站于 2018年 7月 18日正式并網投運。2020年模型度，江蘇中天科技股份有限公司承建的全球最大的電網側儲能電站江蘇二期昆山 48.4 MWh儲能電站投入運營（圖 3）；該公司承建的國家“863計劃”重點研發項目——動力電池規模化梯次利用工程儲能電站則是全國最大的用戶側梯次利用儲能電站項目，亦于2020年末投入試運行。
鈉離子電池發展現狀
鈉離子電池具有資源豐富、性價比高、安全性好等優點，因此有望在中低速電動車及大規模儲能領域取代或部分取代鋰離子電池和鉛酸電池而獲得廣泛應用。2022年 2月國家發展改革委、國家能源局正開幕活動式發布《“十四五”新型儲能發展實施方案》，將鈉離子電池列為“十四五”新型儲能核心技術裝備攻關的重點方向之一，并提出鈉離子電池新型儲能技術試點示范要求。因此，發展資源豐富型鈉離子電池技術已成為國家重大戰略需求。
近 10年，鈉離子電池已逐步實現了從基礎研究到工程應用的跨越。國內外已有超過 20家企業正在進行鈉離子電池產業化的相關布局，并取得了重要進展。全球主要的鈉離子電池代表性企業和機構有英國 FARADION公司、法國 Tiamat公司、日本岸田化學公司等，以及我國的中科海鈉科技有限責任公司、浙江鈉創新能源有限公司、寧德時代新能源科技股份有限公司、大連化物所等。不同企業采用的材料體系各有不同，按照正極材料體系，主要包括氧化物、普魯士藍類材料和聚陰離子型化合物 3類。① 氧化物。目前，英國 FRADION公司基于 互動裝置Ni-Mn-Ti基層狀氧化物，開發出了 10 Ah軟包電池樣品；該電池比能量達到 140 Wh/kg，在80%放電深度下的循環壽命預測可超過 1 000周。中科海鈉科技有限責任公司依托中國科學院物理研究所已品牌活動開發出基于層狀氧化物的系列鈉離子電池產品；該電池比能量達到 140 Wh/kg以上，并已應用于低速電動車、100 kWh儲能電站和 1 MWh光儲充智能微網系統（圖 4）。浙江鈉創新能源有限公司制備的 Na[Ni1/3Fe1/3Mn1/3]O2層狀氧化物基鈉離子電池軟包的比能量為 100—120 Wh/kg，循環 1 000周后容量保持率超過 92%。② 普魯士藍類材料。寧德時代新能源科技股份有限公司于 2021年 7月發布的普魯士白基電芯，比能量達到 160 Wh/kg。③ 聚陰離子型化合物。法國 Tiamat公司開發出的氟磷酸釩鈉基電芯，可實現 5min快充，比功率可達到 2—5 kW/kg，比能量為 120Wh/kg。近年來，大連化物所基于磷酸鹽基聚陰離子型化合物正極，先后研制出比能量約為 127 Wh/kg的磷酸釩鈉基軟包電池和比能量超過 143 Wh/kg并可實現 6min快充的氟磷酸釩鈉基軟包電池，還集成出 48 V/10 Ah磷酸鹽基鈉離子電池儲能系統并作為電源成功應用于低速電動車中。根據現有技術成熟度和制造規模，鈉離子電池將首先從各類中低速電動車領域進入市場。隨著鈉離子電池技術上下游產業鏈的逐步完善和規模化，其應用將逐步切入到用戶側、大規模儲能等各類應用領域。
壓縮空氣儲能技術發展現狀
壓縮空氣儲能技術具有儲能容量大、儲能周期長、系統效率高、運行壽命長、投資小等優點，是非常適用于長時儲能的大規模物理儲能技術之一。
近 3年來，壓縮空氣儲能技術在系統集成示范方面，國內相關科研機構與企業取得了顯著的成績。中國科學院工程熱物理研究所儲能研發團隊于 2021年 9月在山東肥城建成了國際首套 10 MW鹽穴先進壓縮空氣儲能商業示范電站（圖 5）；該電站已順利通過發電并網驗收，并正式并網發電，系統效率達 60.7% 。位于貴州畢節的 1 0 MW先進壓縮空氣儲能系統于 2021年 10月完成并網發電12。在河北張家口市張北縣建設國際首套 100 MW先進壓縮空氣儲能國家示范項目，已完成系統研制與示范系統集成建設，正開展系統調試，計劃于 2022年底投入商業運行。
近幾年，國外也先后布局了多項大規模壓縮空氣儲能項目。加拿大的 Hydrostor公司于 2019年在加拿大安參展大略湖建成了 1.75 MW/10 MWh的絕熱壓縮空氣儲能電站；在澳大利亞 Broken Hill市規劃建造 200MW/1600 MWh壓縮空氣儲能電站，計劃于 2025年完成建設；在美國加利福尼亞州 San Luis Obispo郡規劃建設壓縮空氣儲能電站，規模為 400 MW/3200 MWh，計劃于 2027年完成。英國的 Highview公司在英國曼徹斯特市建設 50 MW/250 MWh液態空氣儲能系統，計劃于 2022年實現商業運行；該公司于 2019年宣布將在美國的佛蒙特州建設 50 記者會MW/400 MWh的液態空氣儲能電站，至今尚未建設。清華大學團隊在江蘇金壇建設的鹽穴壓縮空氣儲能示范項目，已于 2021年 10月并網試驗，項目規模為 60 MW/300 MWh。
其他儲能技術發展現狀
鉛炭電池是一種在鉛酸電池技術基礎上發展起來新型儲能技術，具有儲能成本低廉和安全性高等突出優點。國際上如先進鉛酸電池聯盟（ALABC）、澳大利亞聯邦科學及工業研究組織、美國桑迪亞國家實驗室等，國內如大攤位設計連化物所、中國人民解放軍防化研究院、南都電源動力股份有限公司等開展相關研究。目前，國內外已實施了多個 MW級以上的風電及光伏電站用鉛炭電池儲能系統的應用示范。
熱物理儲能技術主要包括顯熱儲熱、相變儲熱，是獲得了大規模應用的儲能技術，世界裝機總量超過 4 GW。其中，太陽能熱發電中的熔鹽儲熱裝機超過3.5 GW。
飛輪儲能技術方面，美國處于領先地位，其開發出 20 MW/5 MWh飛輪儲能調頻電站運行良好。當前，我國僅建成 MW級飛輪儲能陣列工程示范應用系統，較國外發展相對偏慢。
儲能發展存在的問題及挑戰
我國新型儲能行業整體處于由研發、示范向商業化初期的過渡階段，在技術裝備研發、示范項目建設、商業模式探索、政策體系構建等方面取得了實質性進展；市場應用規模穩步擴大，對能源轉型的支撐作用初步顯現。但是，其發展過程中仍面臨著從技術、應用到市場的不同層面的問題和挑戰。
基礎性、原創性、突破性創新不足。目前，儲能領域中我國具有“舞臺背板領跑”意義的先進技術還不多，儲能轉化的相關機理、技術及系統的研究還不足夠成熟，對儲能的基礎性和關鍵共性技術研究不足，尤其在設計軟件、設計標準與理念方面缺少話語權。
風電、光伏等新能源并網消納壓力巨大，制約其大規模推廣。發電是當前新能源的最主要利用方式，但新能源大規模并網，將對現有電力系統的運行產生重大影響：① 對大電網安全 TC:08designfollow
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