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

發(fā)展現(xiàn)狀、系列報告之一 現(xiàn)狀 >國內外政策規(guī)劃 >儲能項目利用率較低 ·儲能技術是解決以風、光為主的新能源系統(tǒng)波動性、間歇性的有效技術，對建立新型電力系統(tǒng)具有關鍵的支撐作用，具有重大的戰(zhàn)略意義。隨著新能源裝機容量和發(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技術方案，減小峰谷差，提升電力系統(tǒng)效率和設備利用率，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?！鴥韧舛紝㈤L時儲能視為實現(xiàn)能源轉型的重點技術，出臺多種政策支持長時儲能發(fā)展。國內發(fā)五”新型儲能發(fā)展實施方案》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提供資金和政策支持，推動長時儲能裝機增長?！らL時儲能技術種類較多，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，這些技術為可再生能源的大規(guī)模利用提供強有力的支撐。·新型長時儲能投資建設成本相對較高，相關的政策和市場機制還不夠完善，成本回收機制有待建立。·當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?！ば滦烷L時儲能技術目前仍處于發(fā)展中，多數(shù)技術仍面臨技術瓶頸。“十四五”時期是我國實現(xiàn)碳達峰目標的關鍵期和窗口期，也是新型儲能發(fā)展的重要戰(zhàn)略機遇期，多項國家政策和市場交易機制陸續(xù)出臺，新型長時儲能市場化進入快車道。具體建議如下：·建立新型長時儲能的成本回收機制，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，提高儲能項目經濟性?！ぬ岣邇δ茼椖坷寐剩虻刂埔伺渲脙δ芤?guī)模和型式，推廣“共享儲能”的商業(yè)模式，實現(xiàn)多·通過技術示范，推動長時儲能多元化、產業(yè)化發(fā)展，突破技術瓶頸，提升儲能的經濟性和安全性。李蘊潔冉澤為了應對氣候變化和實現(xiàn)全球能源轉型，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量顯著提升，可再生能源全球裝機增量未來五年有望翻番，預計到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，可再生能源發(fā)展預計將進一步加速。截至2022年底，中國可再生能源裝機12.13億千瓦，超過了煤電裝機規(guī)模，在全部發(fā)電總裝機占比上升到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%。具有關鍵的支撐作用，具有重大的戰(zhàn)略意義?！秲δ墚a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)的基礎上，可實現(xiàn)跨天、跨月統(tǒng)，但目前國內外對于長時儲能的充放電時長暫未達成統(tǒng)一標準，一般將持續(xù)放電4小時以上的>《關于加快推動新型儲能發(fā)展的指導意見》量達到3000萬干瓦的目標?！蛾P于鼓勵可再生能源發(fā)電企業(yè)自建或購買調峰能力增加并網規(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)配建調峰能力，按照20%以上>《“十四五”能源領域科技創(chuàng)新規(guī)劃》>《“十四五”新型儲能發(fā)展實施方案》問題，推動大容量、中長時間尺度儲能技術示范。重點試點示范壓縮空氣、液流電池、高效儲熱等日到周、周到季時間尺度儲能技術，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“長時儲能攻關計劃”,目的是在未來將電網規(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》首次將獨立儲能納入了投資稅收抵免的補貼范圍，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)新性長時儲能技術項目，覆蓋無隔膜綠氫電解槽、重力儲能、全釩液流電池、先進壓縮空氣儲能、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用場景的多樣性決定了儲能技術也向著多元化發(fā)展。儲能技術按照技術原理可分為5類：機械儲能、化學儲能、電化學儲能、熱儲能。傳統(tǒng)儲能技術以抽水蓄能和電化學儲能為主，隨著國家對于儲能產業(yè)的重視以及技術更新速度的加快、制造工藝的發(fā)展，多種新型儲能技術已經在實際工程中得到應用，而且在電力系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)發(fā)揮重要作用。雖然長時儲能技術多處于商業(yè)化早期階段，仍未大規(guī)模普及應用，但近年在規(guī)模上有所突破，應用模式也逐漸增多，技術各有干秋。圖1:長時儲能不同技術路線對比響應時間分鐘級>30年技術成熟、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，具有規(guī)模大、壽命長、單位成本低、清潔無污染等優(yōu)勢，同時可以實現(xiàn)調峰、調頻、調相等功能5。壓縮空氣儲能技術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備內，在用電高峰期將高壓空氣釋放，推動電機發(fā)電，從而實現(xiàn)電網削峰填谷、提高電網穩(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上的高安全性，空氣擴散能力強，不具可燃性，無爆炸和燃燒風險6。目前，壓縮空氣儲能從規(guī)模、效率，成本，及使用壽命上，能夠對標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)，能夠將壓縮儲能階段產生的熱量回收，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入燃燒室，利用燃料燃燒加熱升溫后，驅動渦輪機發(fā)2022年，中國科學院工程熱物理研究所儲能研發(fā)團隊在河北張家口市張北縣建設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成熟度最高，商業(yè)化進程最快，度電成本最低的技術路線，其余類型的液流電池◎具有本質安全、設計靈活、充放電效率高、壽命◎能夠滿足大規(guī)模跨天甚至跨月的充放電需求，是長時儲能領域首選的電化學儲能技術路線7。國內在全釩液流電池領域也已建成多個示范項目，2022年中國科學院大連化學物理研國內在全釩液流電池領域也已建成多個示范項目，2022年中國科學院大連化學物理研究所提供技術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峰電站正式并網發(fā)電。該項目是國家能源局批準建設的首個國家級大型化學儲能示范項目，本次并網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，而隨著技術進步和規(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、響應速度快、產業(yè)鏈◎是近幾年發(fā)展最快的電化學鋰離子電池缺點◎普遍價格高，體積小，且具備安全風險，不適宜大型儲能場景。為了適應儲能應用需求，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上，進一步發(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部注入安全劑，達到電芯內部的本質安全。而鋰電的安全性控制只能噴淋到模組級別，到不了電芯內部。二是可以對電池進行修補，而鋰電池不能修補。三是易于回收?？梢灾苯佑酶邏核畼尠褬O氫能在中國能源轉型的地位逐漸凸顯，在難以深度脫碳的領域發(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)的電池儲能技術相比，氫氣儲能可以實現(xiàn)更大規(guī)模的能量儲存，對于電力系統(tǒng)調峰、應對突發(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。氫氣可以實現(xiàn)較長時間的儲存，也能通過管道、船舶等方式進行長距離運輸，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散的特征，傳統(tǒng)高壓氣態(tài)氫氣儲運模式氫氣儲運量低，高壓下存在安全隱患，卸載環(huán)節(jié)因壓差導致氫氣殘余，運輸效率較低，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、可長距離運輸、實現(xiàn)跨季節(jié)儲存等優(yōu)點，逐漸受到關注。固態(tài)儲氫是指利用材料對氫氣的物理吸附和化學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吸附儲氫材料。目前，化學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。鎂基固態(tài)儲氫技術的基本原理是利用氫與鎂合金材料在常溫常壓下進行反應，將氫儲存在鎂基固態(tài)儲氫技術的基本原理是利用氫與鎂合金材料在常溫常壓下進行反應，將氫儲存在鎂基材料中。鎂基固態(tài)儲運氫技術具有以下優(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合長距離的儲運氫氣且運輸成本低，相比于長管拖車運輸效率更高，運輸距離更長。◎鎂礦資源豐富，是常見金屬，價格便宜且不限制進出口?！蛏舷掠螒梅秶鷱V，可以兼容多種制氫途徑，適用于氫能產品的下游應用場景如電力行業(yè)、目前，鎂基固態(tài)儲氫技術在交通、風電、冶金等領域已開始逐步探索應用。>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《關于加快推動新型儲能發(fā)展當前，儲能的裝機規(guī)模和速度都在不斷上升，但顯示，2021年中國電化學儲能電站的利用率較低，電化學儲能6.1%,火電廠配儲能為15.3%,電網儲能為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目前仍處于發(fā)展中，需加強長時儲能的基礎性和關鍵共性技術研究，發(fā)展自主知識產權儲能技術以及多種儲能技術集成應用示范。長時儲能技術多元，多數(shù)技術仍面臨技術瓶頸，壓縮空氣儲能系統(tǒng)需要兼顧高效率和易調節(jié)等特征，在高效高負荷壓縮/膨脹機、系統(tǒng)全工況優(yōu)化與集成、高效超臨界蓄熱換熱器技術等方面仍面臨挑戰(zhàn)。全釩液流電池目前成本較高，能量密度較低，需要進一步優(yōu)化電池運行以提高整體電池性能并降低關鍵部件的成本。鋰離子電池需進一步提高電池循環(huán)壽命，在低產熱功率、高能量效率、高安全儲能用電池和模塊技術開發(fā)等方面加強攻關。此外，各類儲能技術都需要持續(xù)創(chuàng)新提升電池材料熱穩(wěn)定性、電池的安全性。儲能技術企業(yè)需要構建全鏈條高安全性的系統(tǒng)設計方案，保障安全、高效運行，以具備更強的市$$“十四五”時期是實現(xiàn)碳達峰目標的關鍵期和窗口期，也是新型儲能發(fā)展的重要戰(zhàn)略機遇期。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)展實施方案》,提出“針對新能源消納和系統(tǒng)調峰問題，推動大容量、中長時間尺度儲能技術示范。重點試點示范壓縮空氣、液流電池、高效儲熱等日到周、周到季時間尺度儲能技術，以及可再生能源制氫、制氨等更長周期儲能技術，滿足多時間尺度應用需求。”2022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》,明確了針對電網削峰填谷、集中式可再生能源并網等間歇性的儲能應用場景，需要發(fā)對于抽水蓄能項目，2021年《國家發(fā)展改革委關于進一步完善抽水蓄能價格形成機制的意見》已經明確“建立容量電費納入輸配電價回收的機制”,但是新型長時儲能的成本回收機制依然電網側大型長時儲能采取“兩部制”電價政策，作為獨立市場主體參與市場交易，執(zhí)行“電量電價+容量電價”兩部制上網電價機制，參與多樣化的輔助服務市場，從更多渠道獲得收益，同時擴大峰谷價差，提高儲能項目經濟性。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、負荷聚合商、儲能和虛擬電廠等新型經營主體參與交易，獨立儲能等電力市場新型交易主體將迎來新的機遇。未來需進一步完善儲能參與電力市場的交易機制，擴充儲能項目的收益來源，提升經濟性。完善電力輔助市場政策，讓長時儲能參與電網的調峰需求，形成更加靈活的電網調峰機制，同時也可更大限度地發(fā)揮儲能的經濟性效應。未來，可以增加電力輔助服務種類，開放調頻、轉動慣量、黑啟動等市場，進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。結合當?shù)匦履茉聪{、資源特性、網架結構、負荷特性、電網安全、電源結構等因素，具體分析各地系統(tǒng)調頻、調峰需求，合理確定新能源配置儲