眼下，盡管風(fēng)力發(fā)電機(jī)、太陽(yáng)能光伏等新能源設(shè)施在生活中已越來(lái)越常見(jiàn)，但中國(guó)三分之二的社會(huì)用電量仍來(lái)自于會(huì)帶來(lái)大量碳排放的煤電。
為了優(yōu)化國(guó)家能源結(jié)構(gòu)，加速發(fā)展新能源，各級(jí)政府紛紛以?xún)?chǔ)能為抓手推進(jìn)建設(shè)新型能源體系，許多政策和資源都向發(fā)展長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能傾斜。在各種長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)路徑中，液流電池憑借本征安全、度電成本低、靈活易部署等優(yōu)勢(shì)脫穎而出，進(jìn)入到產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的新階段。
發(fā)展新能源需引進(jìn)儲(chǔ)能做幫手
發(fā)展新能源，必須引進(jìn)儲(chǔ)能，這是由新能源間歇性、波動(dòng)性、隨機(jī)性等特點(diǎn)決定的。
以光伏發(fā)電來(lái)說(shuō)，不同的時(shí)段，不同的季節(jié)，不同的天氣，光照強(qiáng)度不一樣，光伏電池的輸出電壓和電流也會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)變化。對(duì)于電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，光伏發(fā)電并不是越多越好。在正午、盛夏等強(qiáng)光照條件下，光伏輸出的電壓如果大幅超過(guò)電網(wǎng)的可接受能力，可能會(huì)造成電網(wǎng)阻塞，影響正常供電。
同樣，新能源發(fā)電量不足，也會(huì)沖擊電網(wǎng)安全。以風(fēng)力發(fā)電為例，風(fēng)的速度、方向，時(shí)刻都會(huì)發(fā)生變化，一旦天氣在較短的時(shí)間內(nèi)由大風(fēng)轉(zhuǎn)為小風(fēng)、甚至靜風(fēng)，而其他的電源又無(wú)法補(bǔ)充上來(lái)，就會(huì)給電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)困難，甚至造成電網(wǎng)癱瘓。
因此，發(fā)展新能源，需要引進(jìn)儲(chǔ)能來(lái)做幫手。在發(fā)電量高于用電需求時(shí)，將多余的電量?jī)?chǔ)存起來(lái)備用;當(dāng)新能源發(fā)電不足時(shí)，再將先前儲(chǔ)存的電量補(bǔ)充輸送進(jìn)電網(wǎng)。通過(guò)這種削峰填谷的操作，來(lái)保障電網(wǎng)的運(yùn)行安全。這樣既能平衡電力負(fù)荷，有效緩解因新能源發(fā)電不穩(wěn)定造成的影響供電安全的問(wèn)題，保障電網(wǎng)正常運(yùn)行，還能“削峰填谷”，在不同時(shí)段內(nèi)合理調(diào)配資源，滿(mǎn)足社會(huì)用電需求，減少損失浪費(fèi)。
4小時(shí)以上長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能成為新能源“標(biāo)配”
目前，可投入商用的儲(chǔ)能技術(shù)非常多，儲(chǔ)能時(shí)間也有長(zhǎng)有短。對(duì)于新能源電站來(lái)說(shuō)，只有配置4小時(shí)及以上的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能產(chǎn)品，才能真正起到平衡電力負(fù)荷與削峰填谷的作用。
根據(jù)2022年，全國(guó)光伏電站平均利用1452小時(shí)，全國(guó)風(fēng)力電站平均利用2259小時(shí)計(jì)算，每天的工作時(shí)長(zhǎng)分別為4小時(shí)和6.2小時(shí)。如果電站配備的是2小時(shí)以?xún)?nèi)的中短時(shí)儲(chǔ)能，依舊無(wú)法保護(hù)電網(wǎng)免受因新能源發(fā)電不穩(wěn)定所帶來(lái)的沖擊。
另外，短時(shí)儲(chǔ)能無(wú)法有效填補(bǔ)一天內(nèi)的用電峰谷缺口。我國(guó)用電峰谷平時(shí)間段的劃分如下: 高峰時(shí)段08：30-11：30 & 18：00-23：00;平時(shí)段07：00-08：30 & 11：30-18：00;低谷時(shí)段23：00-7：00。當(dāng)高比例使用新能源發(fā)電時(shí)，如果儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)不足，會(huì)出現(xiàn)白天光照和風(fēng)能充足時(shí)，電池很快充滿(mǎn)，無(wú)法繼續(xù)充電;到了早晚用電需求高峰時(shí)，電池又很快用盡，無(wú)法補(bǔ)能的尷尬。
為此，各地政府先后出臺(tái)了一系列相關(guān)政策，要求新能源項(xiàng)目配套建設(shè)4小時(shí)以上的新型儲(chǔ)能設(shè)施。
2023年7月，山東省出臺(tái)《關(guān)于支持長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能試點(diǎn)應(yīng)用的若干措施》，要求試點(diǎn)項(xiàng)目規(guī)模不低于10萬(wàn)千瓦，滿(mǎn)功率放電時(shí)長(zhǎng)不低于4小時(shí)，這是國(guó)內(nèi)首個(gè)支持長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能發(fā)展的地方性專(zhuān)項(xiàng)政策，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能可享受優(yōu)先接入電網(wǎng)、優(yōu)先租賃、容量補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)提高、減免輸配電價(jià)等優(yōu)惠政策。
同月，內(nèi)蒙古自治區(qū)出臺(tái)《關(guān)于加快新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的提案》，要求市場(chǎng)化的新能源項(xiàng)目按照裝機(jī)容量的15%，配置時(shí)長(zhǎng)4小時(shí)以上的儲(chǔ)能設(shè)施。
根據(jù)這些政策內(nèi)容，可以明確看出政府對(duì)儲(chǔ)能行業(yè)的重視程度，并正在采取各種措施來(lái)解決日內(nèi)平衡調(diào)節(jié)的問(wèn)題。未來(lái)，儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用將進(jìn)一步擴(kuò)大，用于解決日以上甚至跨周、跨月的調(diào)節(jié)?？梢灶A(yù)見(jiàn)，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)在能源領(lǐng)域的應(yīng)用將越來(lái)越廣泛，為我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和清潔能源的發(fā)展提供強(qiáng)有力的支持。
儲(chǔ)能技術(shù)百花齊放，誰(shuí)將突出重圍?
目前在儲(chǔ)能市場(chǎng)應(yīng)用最多的鋰離子電池因其壽命有限且自放電率較高，長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)將加速電池老化，只適合2小時(shí)以?xún)?nèi)的中短時(shí)儲(chǔ)能場(chǎng)景，無(wú)法滿(mǎn)足長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的需求。
在結(jié)構(gòu)層面，鋰離子電池將功率輸出與能量?jī)?chǔ)存裝置緊密結(jié)合。如果要增加儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)，就要等比例增加電池成本。因此，4小時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)的電池成本相當(dāng)于1小時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)成本的4倍。鋰離子電池在長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能領(lǐng)域并不具備經(jīng)濟(jì)性。
圖：鋰電池與液流電池的投資成本示意
在長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的各種技術(shù)路徑中，抽水蓄能已處于大規(guī)模商用階段，具有裝機(jī)容量大、放電時(shí)間及使用壽命長(zhǎng)、能量轉(zhuǎn)換效率較高等優(yōu)勢(shì)，但也存在選址受限、建設(shè)周期長(zhǎng)達(dá)8-10年等劣勢(shì)。
壓縮空氣儲(chǔ)能雖然單機(jī)容量大、儲(chǔ)能時(shí)間及使用壽命長(zhǎng)，但是存在壓縮過(guò)程放熱損失能量、選址局限于高氣密性空間(如巖穴、廢棄礦井等)、建設(shè)周期較長(zhǎng)(2年左右)等問(wèn)題。
那么，有沒(méi)有一種長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)，既能像抽水蓄能和壓縮空氣儲(chǔ)能一樣實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)，又能克服選址難、建設(shè)周期長(zhǎng)的劣勢(shì)呢?
南方科技大學(xué)碳中和能源研究院院長(zhǎng)趙天壽分析稱(chēng)，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)包含最關(guān)鍵的兩個(gè)要素，首先能量載體可以流動(dòng)，同時(shí)要有相應(yīng)的能量轉(zhuǎn)換裝置，實(shí)現(xiàn)容量和功率解耦。液流電池就是滿(mǎn)足這兩個(gè)條件的優(yōu)質(zhì)之選。
圖：液流電池運(yùn)行原理
液流電池是一種新型的電力系統(tǒng)儲(chǔ)能技術(shù)，它通過(guò)將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能并存儲(chǔ)在液態(tài)電解質(zhì)中，然后在需要時(shí)將化學(xué)能重新轉(zhuǎn)化為電能進(jìn)行釋放。這種技術(shù)路徑最適合長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能，因?yàn)樗哂斜菊靼踩?小時(shí)以上儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)、度電成本低等特點(diǎn)。液流電池的儲(chǔ)能容量可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，具有建設(shè)周期短(3-6個(gè)月)、靈活易部署的特點(diǎn)，因此它非常適合用于大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)，如新能源并網(wǎng)等應(yīng)用場(chǎng)景。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和成本的降低，液流電池在未來(lái)電力系統(tǒng)中的應(yīng)用前景將更加廣闊。
液流電池優(yōu)勢(shì)凸顯，獲國(guó)家與市場(chǎng)雙重認(rèn)可
目前我國(guó)液流電池主要有全釩液流電池、鋅鐵液流電池、鐵鉻液流電池、鋅溴液流電池等技術(shù)路線。其中，全釩液流電池是國(guó)內(nèi)商業(yè)化較早的路線之一。
聚焦全釩液流電池的大連融科儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展有限公司總經(jīng)理王曉麗談到，具備長(zhǎng)壽命、高安全的液流電池主導(dǎo)的場(chǎng)景將彌補(bǔ)鋰電池的安全、長(zhǎng)時(shí)缺陷。比如，在高安全的情況下，城市復(fù)合中心、地下儲(chǔ)能、人群密集的區(qū)域，適合液流電池;基于長(zhǎng)壽命特征，液流電池適合于做大規(guī)模型、基礎(chǔ)設(shè)施型的建設(shè)。
鋅鐵液流電池作為后起之秀，具有原料供給量大、價(jià)格低的優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)發(fā)展迅速。緯景儲(chǔ)能的鋅鐵液流電池具備本征安全、度電成本低、4～8小時(shí)儲(chǔ)能、大規(guī)模量產(chǎn)、壽命長(zhǎng)、易部署、建設(shè)周期短、環(huán)境友好等特性，正在通過(guò)技術(shù)迭代與規(guī)?；慨a(chǎn)來(lái)逐步降低液流電池的儲(chǔ)能度電成本，提升新能源的經(jīng)濟(jì)性。
作為長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能代表，液流電池還得到了國(guó)家權(quán)威部門(mén)的高度認(rèn)可。在國(guó)家能源局發(fā)布的《第三批能源領(lǐng)域首臺(tái)(套)重大技術(shù)裝備(項(xiàng)目)名單》中，緯景儲(chǔ)能研發(fā)并生產(chǎn)的“鋅鐵液流新型儲(chǔ)能電池”和巨安儲(chǔ)能的“鐵基液流儲(chǔ)能系統(tǒng)”均被列入其中。
圖：第三批能源領(lǐng)域首臺(tái)(套)重大技術(shù)裝備(項(xiàng)目)名單——新型儲(chǔ)能賽道
2023年，液流電池取得了突破性進(jìn)展，首個(gè)吉瓦時(shí)級(jí)別項(xiàng)目集采開(kāi)標(biāo)、首個(gè)吉瓦級(jí)產(chǎn)能工廠投產(chǎn)等事件，為整個(gè)儲(chǔ)能行業(yè)帶來(lái)了發(fā)展的曙光。中核匯能、中國(guó)電建市政公司、國(guó)家電投相繼開(kāi)啟GWh液流電池項(xiàng)目招標(biāo)，對(duì)液流電池進(jìn)行大規(guī)模集采，儲(chǔ)能市場(chǎng)格局發(fā)生明顯變化，已從“一鋰獨(dú)大”轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;百花齊放”，液流電池將長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能領(lǐng)域的“明日之星”。
