■甘肅酒泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院、甘肅省太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 高翔

“雙碳”背景下，儲(chǔ)能行業(yè)迎來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇，新能源配置儲(chǔ)能成為能源轉(zhuǎn)型的必然選擇。儲(chǔ)能已成為“新能源占比逐漸提高的新型電力系統(tǒng)”的重要組成部分，“風(fēng)電+儲(chǔ)能”“光伏+儲(chǔ)能”等更是大勢(shì)所趨，如今儲(chǔ)能正闊步走向商業(yè)化，未來(lái)儲(chǔ)能市場(chǎng)前途廣闊。

我國(guó)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

根據(jù)《儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)研究白皮書(shū)2022》的數(shù)據(jù)：2021年，全球已投運(yùn)電力儲(chǔ)能項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)規(guī)模209.4吉瓦，同比增長(zhǎng)9%。其中，新能源儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)容量25.4吉瓦，同比增長(zhǎng)67.73%。截至2021年底，中國(guó)已累計(jì)投產(chǎn)46.1吉瓦電力儲(chǔ)能項(xiàng)目，占全球市場(chǎng)總規(guī)模的22%，同比上漲30%。2021年，中國(guó)新能源儲(chǔ)能中鋰離子電池裝機(jī)達(dá)到89.7%，鋰離子電池是目前應(yīng)用最廣泛的新能源儲(chǔ)能技術(shù)。鉛酸蓄電池占5.9%，液流電池占0.9%，飛輪儲(chǔ)能占0.1%，壓縮空氣儲(chǔ)能占3.2%，超級(jí)電容器占0.2%，均處于應(yīng)用初期。根據(jù)《儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)研究白皮書(shū)2021》，我國(guó)儲(chǔ)能市場(chǎng)前景廣闊：到2025年，抽水蓄能裝機(jī)容量可達(dá)65吉瓦；熔融鹽儲(chǔ)熱積極拓展新應(yīng)用，規(guī)模共計(jì)899兆瓦；保守估計(jì)，2021—2025年電化學(xué)儲(chǔ)能規(guī)模將以57.4%的復(fù)合增長(zhǎng)率增長(zhǎng)，到2025年累計(jì)運(yùn)營(yíng)規(guī)模有望達(dá)到35.52吉瓦。

甘肅發(fā)展儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢(shì)

明顯的政策優(yōu)勢(shì)。甘肅省“十四五”發(fā)展規(guī)劃和二〇三五年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要指出，陸續(xù)建設(shè)酒泉市玉門(mén)市昌馬鄉(xiāng)等抽水蓄能電站，計(jì)劃建設(shè)黃河、白龍江干流甘肅河段等抽水蓄能電站項(xiàng)目。持續(xù)開(kāi)展“風(fēng)+光+儲(chǔ)”“分布式微電網(wǎng)+儲(chǔ)”和大電網(wǎng)儲(chǔ)能等“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”綜合示范項(xiàng)目，積極探索甘肅省碳交易數(shù)據(jù)中心的建設(shè)。到2025年，全省風(fēng)光發(fā)電裝機(jī)容量超過(guò)5000萬(wàn)千瓦，可再生能源裝機(jī)容量占全部電力裝機(jī)容量的65%左右，非化石能源占一次能源消費(fèi)比重超過(guò)30%，外送電力占比超過(guò)30%。

圖1 2021年我國(guó)不同儲(chǔ)能方式裝機(jī)規(guī)模構(gòu)成

圖2 抽水蓄能原理

更強(qiáng)的電網(wǎng)架構(gòu)。甘肅省電網(wǎng)架構(gòu)不斷完善，“十三五”期間，建成了首條以輸送新能源為主的特高壓直流輸電通道，省際外送電量連年增長(zhǎng)。甘肅已通過(guò)18條750千伏線路與寧夏、青海、新疆、陜西聯(lián)網(wǎng)，輸電容量從2016年的1400萬(wàn)千瓦增至目前的2300萬(wàn)千瓦，形成與陜西、寧夏、青海、新疆四省區(qū)貫通的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，電力電量交換能力顯著提升，進(jìn)一步鞏固了甘肅電網(wǎng)在西北電網(wǎng)“坐中四連”的樞紐地位。全省主網(wǎng)架實(shí)現(xiàn)由330千伏到750千伏的升級(jí)發(fā)展，形成了以蘭州、白銀為核心，向東西延伸、南北拓展的750千伏高壓網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，從酒泉自西向東的3回750千伏線路成為河西新能源“西電東送”的重要保障通道。

豐富的風(fēng)光資源。甘肅風(fēng)光資源富集，是我國(guó)重要的清潔能源基地和“西電東送”產(chǎn)業(yè)基地。甘肅能源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是“富煤、貧油、少氣、風(fēng)光優(yōu)”，新能源基礎(chǔ)雄厚，2021年已建成酒泉千萬(wàn)千瓦級(jí)風(fēng)電基地和張掖、金昌、武威、酒泉4個(gè)百萬(wàn)千瓦級(jí)光伏發(fā)電基地，定西通渭的百萬(wàn)千瓦級(jí)風(fēng)電基地建設(shè)初見(jiàn)成效。據(jù)甘肅省發(fā)展改革委數(shù)據(jù)：截至2021年底，全省新能源裝機(jī)3095萬(wàn)千瓦，占全省總裝機(jī)的48.7%，高于全國(guó)25.5%的平均水平；2021年風(fēng)光發(fā)電446億千瓦時(shí)，占全省總發(fā)電量的23%，高于全國(guó)12.3%的平均水平。適宜的儲(chǔ)能技術(shù)。甘肅省“十四五”發(fā)展規(guī)劃提出要大力發(fā)展抽水蓄能項(xiàng)目，按照“多核快核、能開(kāi)盡開(kāi)”的原則，加快昌馬、黃羊、平川、東鄉(xiāng)、康樂(lè)、積石山、黃龍等地抽水蓄能電站建設(shè)，逐步增強(qiáng)全省電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)頻、削峰填谷能力。積極開(kāi)發(fā)和完善太陽(yáng)能移動(dòng)電源、磷酸鐵鋰儲(chǔ)能等系列產(chǎn)品，逐步擴(kuò)大儲(chǔ)能產(chǎn)品的對(duì)外影響力。下面簡(jiǎn)要介紹幾種適合甘肅發(fā)展的儲(chǔ)能技術(shù)的工作原理。

抽水蓄能

抽水蓄能，即以水為儲(chǔ)能介質(zhì)，把電能與水的重力勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能與應(yīng)用。在用電低谷時(shí)段，用便宜的電能驅(qū)動(dòng)水泵將水從下水庫(kù)抽到上水庫(kù)，把電能轉(zhuǎn)化為水的重力勢(shì)能存儲(chǔ)起來(lái)；在用電高峰時(shí)段，打開(kāi)上水庫(kù)，水依據(jù)重力勢(shì)能向下水庫(kù)流動(dòng)，驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組將重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能，如此循環(huán)往復(fù)，起到削峰填谷作用。抽水蓄能可將低谷時(shí)的廉價(jià)電能轉(zhuǎn)換為用電高峰時(shí)期的高價(jià)值電能，非常適合大電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相，穩(wěn)定電力系統(tǒng)的電壓和波形，提高火電站、核電站等的利用效率。

磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能

圖3 磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能原理

圖4 全釩液流電池儲(chǔ)能原理

圖5 鈉硫電池儲(chǔ)能原理

磷酸鐵鋰電池是一種以磷酸鐵鋰為正極材料的新型鋰離子儲(chǔ)能電池，相對(duì)于鉛酸蓄電池具有比能量高、重量輕、體積小、環(huán)保、無(wú)污染、免維護(hù)、壽命長(zhǎng)、高低溫適應(yīng)性能好、無(wú)記憶效應(yīng)、安全性高等優(yōu)點(diǎn)，輸出電壓3.2伏，具有良好的電化學(xué)性能，充電放電性能非常平穩(wěn)，可高倍率放電，可使用大電流快速充電。在80%深度放電條件下，循環(huán)壽命大于2000次，在深度放電時(shí)，仍能提供高功率輸出，完全符合現(xiàn)代動(dòng)力電池和儲(chǔ)能電池的發(fā)展需要。目前磷酸鐵鋰電池已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電動(dòng)自行車、電動(dòng)汽車、電動(dòng)工具、汽車啟動(dòng)、UPS電源、通信基站、新能源儲(chǔ)能、智能微電網(wǎng)等領(lǐng)域。未來(lái)，隨著磷酸鐵鋰電池技術(shù)的不斷成熟，其出色的安全性能和巨大的成本優(yōu)勢(shì)，相較三元鋰電池必定會(huì)成為未來(lái)市場(chǎng)主流。

全釩液流電池儲(chǔ)能

全釩液流電池是一種以釩為活性物質(zhì)呈循環(huán)流動(dòng)液態(tài)的氧化還原電池。全釩液流電池因長(zhǎng)壽命、高能效、綠色環(huán)保、安全性高、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低的特點(diǎn)，成為發(fā)展?jié)摿薮蟮拇笠?guī)模儲(chǔ)能器件，可用于改善電能質(zhì)量、提高用電可靠性、強(qiáng)化電能管理，常用作備用電源。全釩液流電池還應(yīng)用于電網(wǎng)調(diào)峰、應(yīng)急發(fā)電裝置、電動(dòng)汽車電源等領(lǐng)域，新型儲(chǔ)能是全釩液流電池的主要應(yīng)用場(chǎng)景。另一方面，由于全釩液流電池中的釩電解液成本占據(jù)電池成本的約60%，導(dǎo)致大中型儲(chǔ)能電站初始投資門(mén)檻較高。未來(lái)隨著傳導(dǎo)膜、電解液等低成本開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的啟動(dòng)，全釩液流電池成本有望進(jìn)一步降低；全釩液流電池從規(guī)劃設(shè)計(jì)到回收利用各環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范將逐步建立并完善，商業(yè)模式也將逐步多樣化。

鈉硫電池儲(chǔ)能

鈉硫電池，其結(jié)構(gòu)由正極、負(fù)極、電解質(zhì)、隔膜、正負(fù)極集流體和外殼等幾部分組成。在工作溫度下，鈉離子通過(guò)電解質(zhì)隔膜與硫發(fā)生可逆反應(yīng)，形成能量的釋放和儲(chǔ)存。鈉硫電池具有很長(zhǎng)的循環(huán)使用壽命，高質(zhì)量的一般能達(dá)到20000次以上。它還具有高能量、高功率密度、無(wú)自放電現(xiàn)象、80%以上的充放電轉(zhuǎn)換效率、便于現(xiàn)場(chǎng)安裝、材料來(lái)源容易、價(jià)格適當(dāng)?shù)葍?yōu)勢(shì)，在大容量?jī)?chǔ)能領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。目前，鈉硫電池產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的條件日趨成熟，我國(guó)儲(chǔ)能用鈉硫電池已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化前期準(zhǔn)備階段。

甘肅儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的問(wèn)題及對(duì)策

甘肅是我國(guó)重要的清潔能源基地，具有發(fā)展儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢(shì)，但當(dāng)前的發(fā)展還存在以下幾點(diǎn)問(wèn)題：儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈還不完善；新型儲(chǔ)能項(xiàng)目建設(shè)缺乏行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；新型儲(chǔ)能參與市場(chǎng)的機(jī)制不健全。

儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈還不完善。以儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈為例，電池和儲(chǔ)能系統(tǒng)是成本的核心。上游主要是各種原材料，包括正極材料、負(fù)極材料、電解液、隔膜、電子元件、結(jié)構(gòu)件、輔助材料、柜體電纜、土建安裝、增壓裝置等；中游主要包括儲(chǔ)能電池、電池管理系統(tǒng)（BMS）、儲(chǔ)能變流器（PCS）、能量管理系統(tǒng)（EMS）等；下游主要是發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)等具體應(yīng)用場(chǎng)景。儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈涵蓋了眾多領(lǐng)域和企業(yè)，但甘肅本土的相關(guān)企業(yè)并不多。

抽水蓄能、磷酸鐵鋰蓄電池、全釩液流電池和鈉硫電池特性對(duì)比表

新型儲(chǔ)能項(xiàng)目建設(shè)缺乏行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。一是新型儲(chǔ)能項(xiàng)目應(yīng)用場(chǎng)景豐富，廣泛應(yīng)用于電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)等方面，但是不同儲(chǔ)能技術(shù)對(duì)儲(chǔ)能的規(guī)模、技術(shù)、性能要求差別很大，缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。二是雖然新型儲(chǔ)能具有巨大的發(fā)展?jié)摿Γ珒?chǔ)能電池在實(shí)際運(yùn)行中面臨存在安全風(fēng)險(xiǎn)和老化問(wèn)題的制約。2021年4月16日，北京國(guó)軒福威斯光儲(chǔ)充技術(shù)有限公司儲(chǔ)能電站爆炸事故，對(duì)我國(guó)新型儲(chǔ)能發(fā)展是一次巨大打擊。目前國(guó)內(nèi)關(guān)于儲(chǔ)能相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的建設(shè)還未形成有效體系，相應(yīng)的政策制度也不夠完善，新型儲(chǔ)能項(xiàng)目建設(shè)缺乏行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；全球儲(chǔ)能安全體系正在形成過(guò)程中，還有很多方面需要進(jìn)一步完善。

新型儲(chǔ)能參與市場(chǎng)的機(jī)制不健全。近年來(lái)，中國(guó)電力市場(chǎng)經(jīng)過(guò)了一系列改革，新型儲(chǔ)能設(shè)備成本、運(yùn)行成本不斷下降，為新型儲(chǔ)能項(xiàng)目靠自身技術(shù)經(jīng)濟(jì)性參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)創(chuàng)造了條件，但電力現(xiàn)貨及輔助服務(wù)等市場(chǎng)建設(shè)還不夠完善，不同投產(chǎn)時(shí)間、不同儲(chǔ)能技術(shù)、不同儲(chǔ)能項(xiàng)目之間成本差異較大，存在同一市場(chǎng)規(guī)則下難以同臺(tái)競(jìng)技的問(wèn)題，新型儲(chǔ)能參與市場(chǎng)的機(jī)制不健全，難以發(fā)揮儲(chǔ)能技術(shù)的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。峰谷電價(jià)和季節(jié)性電價(jià)運(yùn)用比重在各地均有所提升，但不同時(shí)段的價(jià)值差拉開(kāi)距離不夠充分，限制了儲(chǔ)能的利潤(rùn)空間，不利于儲(chǔ)能規(guī)模的快速發(fā)展。

對(duì)甘肅儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的對(duì)策建議

一是建議政府主管部門(mén)盡快研制新型儲(chǔ)能項(xiàng)目參與電力市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的電力業(yè)務(wù)許可證管理辦法，盡快制定甘肅省新型儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，從政策角度推動(dòng)新型儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。二是建議有關(guān)單位深入分析不同儲(chǔ)能電站事故原因，盡快制定新型儲(chǔ)能相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，有效引領(lǐng)、規(guī)范產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。三是建議相關(guān)部門(mén)逐步放開(kāi)新型儲(chǔ)能參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的條件，鼓勵(lì)儲(chǔ)能企業(yè)在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)中參與競(jìng)爭(zhēng)，激發(fā)各類資本投資新型儲(chǔ)能的積極性，為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)和加快構(gòu)建新型電力系統(tǒng)創(chuàng)造有利條件?！?/p>