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南方科技大学赵天寿:新型储能多元化发展 长时储能技术存较大缺口

ABEC 2023 | 第10届中国(深圳)电池新能源产业国际高峰论坛现场

ABEC 2023 | 第10届中国(深圳)电池新能源产业国际高峰论坛现场

12月4日-7日,全球电池行业盛会——ABEC 2023 | 第10届中国(深圳)电池新能源产业国际高峰论坛在广东深圳举行。本届论坛由中关村新型电池技术创新联盟、电池“达沃斯”(ABEC)组委会主办,电池网、海融网、我爱电车网、能源财经网、电池百人会联合主办,来自全球电池新能源产业链的“政、产、学、研、金、服、用”各界600+嘉宾出席盛会,围绕“竞争or竞合 发现产业突围路径与蜕变力量”这一主题,在交流与分享中,掀起头脑风暴,点亮思维,实现价值对话与精准对接。

南方科技大学碳中和能源研究院院长赵天寿

南方科技大学碳中和能源研究院院长赵天寿

5日上午,南方科技大学碳中和能源研究院院长赵天寿在论坛上作了题为《长时电池储能技术》的主题演讲,分享了我国新型储能装机规模、不同储能技术发展前景、长时电池储能技术研究进展,能源财经网摘选了其部分精彩观点,以飨读者:

“过去二十年来,能够通过光伏和风机,把太阳能和风能直接转化为电力,这种转化的技术目前来说可以做到规模化、高效、低成本,但是同时面临的问题是要克服太阳能和风能的缺陷,即它是分散的、间歇的、不可控,这样才能有效提高风电和光电利用的水平。其中,最有效的方法是通过储能,因为储能可以平抑能量的波动,提高电力系统调节对新型能源消纳的能力,助力电力系统的转型。”赵天寿在论坛上表示,太阳能和风能分散、间歇、不可控,现有能源系统对风光消纳能力有限,不得不弃风、弃光,亟需储能增加消纳能力。

新型储能多元化发展

储能可以提高电力系统调节和对新能源的消纳能力,助力电力系统转型,将成为保障能源安全的核心技术之一,新型电力系统需要不同时长的规模化、高安全储能技术,尤为重要的是长时储能技术。

储能在新型电力系统各个环节均发挥重要作用,例如可再生能源并网、提供尖峰负荷、避免供电间断等发电侧储能;缓解输配电阻塞、降低输配电增容成本、增强电网韧性等电网侧储能;降低用电成本、提高用电质量、作为备用电源等用户侧储能。

赵天寿表示,“从战略需求来说,目前太阳能和风能在电力系统的占比是14%。到碳中和时代,2060年,新型电力系统需要把太阳能和风能的占比提高至70%以上。这意味着风光的装机容量会达到50亿千瓦,这是非常大的量。大家都知道,随着风光电占比的增大,对电网冲击的影响越来越大,储能的配比随之增大。如果按照20%-50%配储能,储能的装机容量会达到10-20亿千瓦,这已经超出了目前煤发电的总量,行业年产值超过万亿。”

赵天寿同时强调,新型电力系统对储能技术要求苛刻,包括高安全、规模化、低成本、高效率、长寿命、选址灵活、无资源限制等。“另外,新型电力系统中的可再生能源,太阳能和风能占比将成为主导,这时候必须要重视长时储能的发展,以应对气候和天然气带来的电力间歇。”

什么是长时储能?赵天寿解释说,储能装备能够维持在额定功率下释能的时间长度,通常要达到4小时以上甚至跨周围、跨季节的长时储能技术,这样才能保证电力系统的安全稳定运行。

在目前的储能技术中,赵天寿介绍,抽水蓄能、锂离子电池储能、压缩空气储能装机快速增长。

其中,抽水蓄能技术成熟可靠、全生命周期成本低,可长时、大规模储能。但是,抽水蓄能需要当地同时配有自然的资源,要有水、有山,这就给选址带来一定困难。另外,抽水蓄能建设周期长,而且需要环评的审批。过去十几年我们国家在抽水蓄能领域发展非常快,但目前已经有饱和的趋势,进一步选址是一个关键。

压缩空气储能具有和抽水蓄能相似的技术优势,规模大、储能时间长、寿命长,但是效率有待进一步提高。“它需要一个非常大的储气空间,这就给选址带来一定困难,通常需要补燃提高整个循环效率。过去十几年我们国家在这方面的发展也非常快,目前是推广应用的初期发展阶段。”赵天寿补充道。

锂离子电池储能最大技术优势是能量密度高、响应快,配置灵活,不受地域限制。但就储能的应用场景来说,安全性是必须要关注的一个问题。在大型储能场景中,锂电池成本、寿命都需要进一步加强。

长时储能缺口较大

“目前储能的现状是,过去十几年来特别是最近几年,装机容量迅速提高,但是我们必须注意到,储能利用率是非常低的,这里面原因很复杂,安全性是一个关键原因。”赵天寿介绍,“总体来说,目前储能装置的技术,中短时相对比较成熟,当然各有各的优势,各有各的局限。目前来说最缺的是长时储能,长时储能是下一个阶段必须重视的重要方向。”

电化学储能如何像抽水蓄能和压缩空气储能一样实现长时?赵天寿分析称,其中最关键的两个要素,首先能量载体可以流动,同时要有相应的能量转换装置。

“现有的能量载体有氢气、甲醇、氨等燃料以及电解液,相应的能量转换装置有电解池、燃料电池、液流电池等等,这些电池有共同的结构、共同的原理和共同的科学问题,所以我们把它统称为流体电池。”赵天寿认为,流体电池储能体系,例如燃料储能、液流电池储能,容量与功率解耦,具有储能时长灵活、易规模化、无地域限制等优势,是较理想的长时储能技术,有望满足新型电力系统对储能的所有要求。

具体来看,在电化学流体电池中,氢燃料储能无地域限制、能量密度高,可长时、大规模储能,但面临成本高、储氢运氢难度大、安全风险、综合效率低等挑战。

液流电池储能具有本征安全、寿命长等优势,适合长时、大规模储能,但同样面临系统成本高、能量密度低、功率密度低等技术挑战。

“我过去十几年来深入在各种流体电池的研发,特别是钒液流电池,目标是通过技术的革新降低成本。目标非常清楚,就是提高电堆的电流密度,电流密度的提高意味着功率密度的提高,功率密度的提高意味着电堆的建造成本降低,同时电堆在高的电流密度下运行,就能提高电解液的利用率,也就是钒材料的利用率。所以,多年来我们一直在提高电堆的电流密度,我们的方法是学科交叉的方法,通过电化学和工程热物理两个学科交叉的方法,应对流体电池方面的各个调整。”赵天寿分析称,目前,不同体系液流电池技术逐步进入示范阶段,全钒体系成熟度高,可靠性高、寿命长,发展前景广阔,但面临成本瓶颈。例如,电堆与电解液占全钒液流电池储能系统成本80%以上。提升电池电流密度,提升电解液利用率是降低系统成本,推动其产业化的关键。

最后,赵天寿总结说,构建新型电力系统需要促进新型储能多元化发展,支撑多能互补能源体系建设;长时储能技术存在较大缺口,是储能技术的重要发展方向;电化学流体电池易模块化、时长灵活、安全、无地理限制,适合于长时、大规模储能,通过技术创新突破储能瓶颈,是抢抓产业机会的关键。

(以上观点根据论坛现场速记整理,未经发言者本人审阅。)

【责任编辑:陈语 张倩】

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