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新型儲能技術(shù)助力高質(zhì)量發(fā)展(開卷知新)

時間:2023-08-08   訪問量:929   來源:http://www.chinanews.com.cn/ll/2023/08-08/10057323.shtml

  習近平總書記強調(diào):“要夯實國內(nèi)能源生產(chǎn)基礎(chǔ),保障煤炭供應(yīng)安全,保持原油、天然氣產(chǎn)能穩(wěn)定增長,加強煤氣油儲備能力建設(shè),推進先進儲能技術(shù)規(guī)模化應(yīng)用。”能源是人類文明進步的基礎(chǔ)和動力,關(guān)乎國計民生和國家安全。目前,在世界新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革背景下,能源綠色低碳和可持續(xù)發(fā)展已經(jīng)成為全球共識。

  高效利用可再生能源,儲能技術(shù)是關(guān)鍵

  在落實“雙碳”目標過程中,發(fā)展可再生能源是我國能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的重要方向。我國擁有豐富的可再生能源資源,當前風電、光伏、水電發(fā)電裝機容量均居世界首位。但同時,我國可再生能源資源主要分布于西北地區(qū),離東南部經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)較遠,能源資源與能源需求呈逆向分布,地域分配不均,而且風能、太陽能等可再生能源本身還具有間歇性等特征,利用起來有一定難度。

  要破解這些難題,大規(guī)模使用風、光、水等可再生能源,加快推進能源綠色低碳轉(zhuǎn)型,儲能技術(shù)是關(guān)鍵。從科技賦能產(chǎn)業(yè)發(fā)展角度來看,大力發(fā)展儲能產(chǎn)業(yè)將成為能源領(lǐng)域重要趨勢。國家能源局近期發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示,今年上半年,我國新投運新型儲能裝機規(guī)模相當于此前歷年累計裝機規(guī)??偤汀M瑫r,我國已成為儲能技術(shù)基礎(chǔ)研究、技術(shù)研發(fā)和集成應(yīng)用非?;钴S的國家,不斷努力實現(xiàn)儲能技術(shù)的自主創(chuàng)新和原始創(chuàng)新。

  突破“即發(fā)即用、不能存儲”瓶頸,滿足生產(chǎn)生活用能需求

  儲能,顧名思義就是儲存能量,指通過介質(zhì)或者設(shè)備,把一種能量形式存儲起來,并根據(jù)應(yīng)用需要,以特定能量形式釋放出來的循環(huán)過程。為什么要把能量儲存起來?一言以蔽之,能量的產(chǎn)生和使用不一定同步。比如,可再生能源發(fā)電如風力發(fā)電、太陽能發(fā)電等,會因為天氣、季節(jié)、地理位置的不同,存在不同時間尺度的間歇性,而用電需求也有波動性,時多時少。儲能技術(shù)就致力于解決這些問題。低成本大規(guī)模的儲能系統(tǒng)可以突破可再生能源“即發(fā)即用、不能存儲”的瓶頸,就像一個“超級充電寶”,顯著提高風、光等可再生能源的消納水平。

  根據(jù)能量存儲形式,儲能技術(shù)主要分為物理儲能、電化學(xué)儲能、熱儲能和氫(氨)儲能等。物理儲能是以蓄水儲能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等為代表的機械儲能,其中蓄水儲能和壓縮空氣儲能適用于大規(guī)模長周期儲能。電化學(xué)儲能是將電能儲存在鋰離子電池、鉛酸電池、鈉硫電池等能源轉(zhuǎn)化裝置中,適于短時儲能。熱儲能是將熱能儲存在隔熱容器媒介中,進而實現(xiàn)熱能的直接利用或熱發(fā)電。氫(氨)儲能是一種新型儲能技術(shù),是將電能以常見化學(xué)品(如氫、氨等)的形式存儲起來。

  “儲”是為了“用”,儲能技術(shù)始終面向生產(chǎn)生活不同領(lǐng)域的用能需求。以人們最常使用的電能為例,儲能技術(shù)在電力系統(tǒng)中作用巨大。在發(fā)電端,儲能技術(shù)可以解決可再生能源大規(guī)模接入電網(wǎng)帶來的不穩(wěn)定性和間歇性問題,“發(fā)了電,存著用”;在電網(wǎng)側(cè),可以實現(xiàn)“削峰填谷”,有效緩解因需求變化帶來的“發(fā)了電,沒人用”“沒有電,急著用”問題;在用戶端,人們可以根據(jù)自己的實際情況安排用電計劃,降低電費成本。

  在電力系統(tǒng)儲能項目中,蓄水儲能是目前的主要方式。電力系統(tǒng)處在低谷負荷時,蓄水儲能技術(shù)用富余的電能將水抽到高處儲存,在電力負荷高峰時段放水發(fā)電。這項技術(shù)通過電能與勢能的轉(zhuǎn)換存儲電能,可以有效調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)生產(chǎn)、供應(yīng)、使用之間的動態(tài)平衡。蓄水儲能啟停迅速,運行靈活可靠,能對電力系統(tǒng)負荷的急劇變化快速作出反應(yīng),以水為介質(zhì)還確保了清潔能源發(fā)電,是一種高效、成熟、環(huán)保、性價比高的儲能技術(shù)。中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟發(fā)布的最新數(shù)據(jù)顯示,截至2022年底,我國已投運的電力儲能項目中,蓄水儲能占比達77.6%。

  對接不同應(yīng)用場景,在多領(lǐng)域助力綠色發(fā)展

  目前,以鋰離子電池為代表的電化學(xué)儲能正加速發(fā)展。電化學(xué)儲能能效高、響應(yīng)快、靈活性強。正如人們熟悉的電池,電化學(xué)儲能通過介質(zhì)或設(shè)備把電能存儲起來,在需要時釋放。這些“電池”的儲能時間少則數(shù)秒、多達數(shù)小時,輸出功率可調(diào),能滿足電網(wǎng)的應(yīng)用需求。鋰離子電池具有較高的比能量、比功率、充放電效率和輸出電壓,且使用壽命長、自放電小,是一種理想的儲能技術(shù)。隨著制造成本的降低以及政策的推出落地,鋰離子電池正大規(guī)模裝機到電化學(xué)儲能領(lǐng)域,增長勢頭強勁。人們常用的手機、筆記本電腦等電子設(shè)備,還有越來越多的新能源汽車,許多就采用鋰離子電池。未來,鋰離子電池將在降低成本的同時繼續(xù)提高安全性。新興的鈉離子電池技術(shù)也在迅速發(fā)展。雖然能量密度不及鋰離子電池,但鈉離子電池的原材料儲量豐富、成本低廉,在大規(guī)模儲能方面優(yōu)勢明顯。

  氫(氨)等形式的化學(xué)儲能作為零碳超長時儲能技術(shù),在新型電力系統(tǒng)中也將扮演越來越重要的角色。氫(氨)儲能分為廣義和狹義兩種。廣義上,氫(氨)儲能將可再生能源電力系統(tǒng)中的富余電能,通過電解裝置轉(zhuǎn)化為氫(氨)等能源或產(chǎn)品,在利用環(huán)節(jié)不轉(zhuǎn)換回電能直接利用,將可再生能源領(lǐng)域與能源化工領(lǐng)域連通起來,有助于我國構(gòu)建綠色化工體系。狹義上,氫(氨)儲能是“電—氫(氨)—電”的轉(zhuǎn)換,即最終途徑為發(fā)電。這項技術(shù)將電網(wǎng)中過剩的電力通過電解水制氫(氨),轉(zhuǎn)換成氫(氨)化學(xué)能,當用電需求增加時,再利用氫(氨)燃料電池發(fā)電技術(shù),將氫(氨)能再次轉(zhuǎn)換為電力并輸送回電網(wǎng),或運輸至用戶端進行分布式發(fā)電,具有與電力系統(tǒng)匹配度高、適應(yīng)性好的特點。在政策、技術(shù)、成本等因素推動下,氫(氨)能作為連接可再生能源的紐帶和電力儲能介質(zhì),在可再生能源高占比的新型電力系統(tǒng)中將扮演越來越重要的角色。

  從發(fā)展趨勢看,氫(氨)儲能技術(shù)被認為是智能電網(wǎng)和可再生能源發(fā)電規(guī)?;l(fā)展的有力支撐。2021年,國家發(fā)展改革委、國家能源局把“氫儲能”明確納入創(chuàng)新儲能技術(shù);2022年,國家發(fā)展改革委、國家能源局印發(fā)文件,進一步明確開展依托可再生能源制氫(氨)的氫(氨)儲能等試點示范。當然,作為一種新型技術(shù),氫(氨)儲能技術(shù)發(fā)展還要突破電、氫兩種能量載體之間的高效轉(zhuǎn)化、低成本大規(guī)模存儲和綜合高效利用等關(guān)鍵問題,以更好滿足能源使用和發(fā)展需求。

  儲能作為重要的新興產(chǎn)業(yè),是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)、實現(xiàn)“雙碳”目標的支撐力量。相信在國家大力支持下,我國新型儲能技術(shù)將不斷取得新的進步,發(fā)揮越來越重要的作用,為提高可再生能源比例、實現(xiàn)能源綠色低碳轉(zhuǎn)型等注入強勁能量,助力高質(zhì)量發(fā)展。

  (作者為中國工程院院士、中國礦業(yè)大學(xué)(北京)教授)

  推薦讀物

  《儲能技術(shù)及應(yīng)用》:中國化工學(xué)會儲能工程專業(yè)委員會組織編寫,丁玉龍、來小康、陳海生主編;化學(xué)工業(yè)出版社出版。

  《儲能技術(shù)概論》:饒中浩、汪雙鳳主編;中國礦業(yè)大學(xué)出版社出版。

  《能源互聯(lián)網(wǎng):儲能系統(tǒng)商業(yè)運行模式及典型案例分析》:孫威、李建林、王明旺等編著;中國電力出版社出版。

【編輯:劉陽禾】

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