國(guó)網(wǎng)新源新疆阜康抽水蓄能電站下水庫(kù)。耿文浩 攝
在實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)背景下，風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電等新能源發(fā)電發(fā)展迅速，其波動(dòng)性給電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行和供需平衡帶來(lái)挑戰(zhàn)。長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能憑借長(zhǎng)周期、大容量特性，能夠在長(zhǎng)時(shí)間維度上平抑新能源發(fā)電帶來(lái)的波動(dòng)，保障季節(jié)性及極端天氣下的電力供應(yīng)。
目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的放電時(shí)長(zhǎng)尚未統(tǒng)一定義，國(guó)內(nèi)一般認(rèn)為持續(xù)放電時(shí)長(zhǎng)在4小時(shí)以上的技術(shù)屬于長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能，主要包括抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、熔鹽儲(chǔ)熱、液流電池和氫儲(chǔ)能等5種類型。發(fā)展長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能對(duì)我國(guó)保障能源安全、推動(dòng)能源綠色低碳轉(zhuǎn)型、促進(jìn)能源高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。
長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能是保障新型電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要手段
國(guó)網(wǎng)能源研究院有限公司預(yù)測(cè)：2060年全社會(huì)用電量約15.7萬(wàn)億千瓦時(shí)，電源裝機(jī)將超過(guò)67億千瓦，非化石能源裝機(jī)占比和發(fā)電量占比均超過(guò)80%;其中，風(fēng)能、太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)將超過(guò)40億千瓦，裝機(jī)占比超過(guò)60%，發(fā)電量占比超過(guò)50%。
隨著新能源電源和電力電子設(shè)備大規(guī)模接入，電力系統(tǒng)高比例可再生能源、高比例電力電子設(shè)備的“雙高”特征凸顯，系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量持續(xù)下降，調(diào)頻、調(diào)壓能力不足，使得電力實(shí)時(shí)平衡難度增大，這對(duì)電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)資源提出了巨大的需求。同時(shí)，風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電易受天氣影響，“極熱無(wú)風(fēng)、極寒少光”特點(diǎn)明顯，出現(xiàn)極端天氣時(shí)出力不穩(wěn)定，容易造成電力供需不平衡。根據(jù)仿真分析，當(dāng)電力系統(tǒng)中風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電量占比超過(guò)50%時(shí)，需要解決數(shù)天、數(shù)周乃至跨季節(jié)的電力電量平衡問(wèn)題。由于2至4小時(shí)的短時(shí)儲(chǔ)能不具備相應(yīng)的支撐能力，大規(guī)模長(zhǎng)周期儲(chǔ)能的作用將會(huì)進(jìn)一步凸顯。
與短時(shí)儲(chǔ)能相比，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能在提升新能源發(fā)電消納能力、增強(qiáng)電網(wǎng)靈活性等方面優(yōu)勢(shì)更明顯，尤其是應(yīng)對(duì)季節(jié)性氣候或極端天氣時(shí)，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能可以提供更長(zhǎng)時(shí)間的電力安全保障儲(chǔ)備，實(shí)現(xiàn)跨天、跨月甚至跨季節(jié)的充放電循環(huán)。“新能源+長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能”將成為保障新型電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要解決方案之一。
長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)在不同時(shí)間尺度調(diào)節(jié)場(chǎng)景下發(fā)揮作用
國(guó)家發(fā)展改革委和國(guó)家能源局對(duì)儲(chǔ)能發(fā)展進(jìn)行了整體規(guī)劃部署，出臺(tái)了《“十四五”新型儲(chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案》等文件，要求重點(diǎn)試點(diǎn)示范壓縮空氣、液流電池、高效儲(chǔ)熱等日到周、周到季時(shí)間尺度儲(chǔ)能技術(shù)，以及可再生能源制氫、制氨等更長(zhǎng)周期儲(chǔ)能技術(shù)，滿足多時(shí)間尺度應(yīng)用需求。
根據(jù)日、周、季等時(shí)間尺度，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能分為日長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能(4至12小時(shí))、周長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能(12至100小時(shí))和季長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能(100小時(shí)以上)。日長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能主要應(yīng)用于日間能量轉(zhuǎn)換，周長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能主要應(yīng)用于多天電力平衡，季長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能主要應(yīng)用于季節(jié)電力平衡以及極端天氣下的電力平衡。
綜合考慮當(dāng)前長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)放電時(shí)長(zhǎng)和容量、效率、經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)成熟度等多種因素，日調(diào)節(jié)、周調(diào)節(jié)以及季調(diào)節(jié)場(chǎng)景適用不同的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)。
在日調(diào)節(jié)場(chǎng)景下，抽水蓄能是最適用的儲(chǔ)能技術(shù)。當(dāng)前，火電機(jī)組仍是我國(guó)電力系統(tǒng)靈活性的主要支撐，儲(chǔ)能主要用于日間調(diào)峰。抽水蓄能憑借技術(shù)成熟以及成本低等優(yōu)勢(shì)成為長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的主流方式，而壓縮空氣儲(chǔ)能、熔鹽儲(chǔ)熱、液流電池和氫儲(chǔ)能等仍處在工程示范階段，在當(dāng)前市場(chǎng)機(jī)制下不具備競(jìng)爭(zhēng)力。
在周調(diào)節(jié)場(chǎng)景下，壓縮空氣儲(chǔ)能、熔鹽儲(chǔ)熱和液流電池等將成為長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的主要方式，形成多元化競(jìng)爭(zhēng)格局。隨著新能源占比逐步提高，電力系統(tǒng)對(duì)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的需求進(jìn)一步增加，將推動(dòng)多種長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用。壓縮空氣儲(chǔ)能依靠大型地下洞穴或地上儲(chǔ)氣室進(jìn)行儲(chǔ)氣，隨著深冷液化、超臨界等技術(shù)取得突破，可作為抽水蓄能的補(bǔ)充。熔鹽儲(chǔ)熱在光熱發(fā)電、火電機(jī)組靈活性改造以及熱電聯(lián)供等場(chǎng)景具有明顯優(yōu)勢(shì)，是大規(guī)模中高溫儲(chǔ)熱的主流技術(shù)。液流電池功率和容量解耦，擴(kuò)容性強(qiáng)，不受地理?xiàng)l件限制，采用模塊化設(shè)計(jì)，有利于提高儲(chǔ)能的規(guī)模和靈活性。
在季調(diào)節(jié)場(chǎng)景下，氫儲(chǔ)能是最適用的大規(guī)模、長(zhǎng)周期儲(chǔ)能方式。到2060年，新能源將成為發(fā)電主力且成本大幅降低。由于風(fēng)電具有較強(qiáng)的隨機(jī)性、間歇性和反調(diào)峰特性，風(fēng)資源豐富的地區(qū)更需要跨季節(jié)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能來(lái)保障季節(jié)性電力平衡和極端天氣下的電力供應(yīng)。與其他儲(chǔ)能方式相比，氫儲(chǔ)能在放電時(shí)長(zhǎng)和容量上具有明顯優(yōu)勢(shì)，儲(chǔ)存形式多樣，不受地理?xiàng)l件限制，有望成為跨季節(jié)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)的首選。氫儲(chǔ)能隨著制、儲(chǔ)、輸、用等方面技術(shù)不斷突破，成本將大幅降低，能夠應(yīng)用于電力系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)。
需從政策、技術(shù)和應(yīng)用等方面推動(dòng)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能發(fā)展
構(gòu)建新型電力系統(tǒng)需要不同時(shí)長(zhǎng)的儲(chǔ)能技術(shù)，以滿足各類場(chǎng)景的調(diào)節(jié)需求。然而，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能整體上還處于初步發(fā)展階段，技術(shù)類型較多，商業(yè)模式和運(yùn)行機(jī)制尚不完善，產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模較小，還沒(méi)有形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈，成本也有待進(jìn)一步下降。為此，需要從政策、技術(shù)和應(yīng)用等三方面推動(dòng)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展。
在政策方面，建議出臺(tái)適用于長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能發(fā)展的電力市場(chǎng)機(jī)制，完善長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能相關(guān)市場(chǎng)價(jià)格機(jī)制，建立合理的長(zhǎng)效補(bǔ)償和補(bǔ)償監(jiān)管機(jī)制，加大對(duì)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的支持力度，促進(jìn)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。
在技術(shù)方面，建議持續(xù)跟蹤長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)在成本、效率、安全、應(yīng)用等方面的創(chuàng)新研究，適時(shí)開(kāi)展部分長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能相關(guān)礦產(chǎn)資源儲(chǔ)備，加強(qiáng)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能全產(chǎn)業(yè)鏈經(jīng)濟(jì)性與技術(shù)成熟度分析，以科技創(chuàng)新推動(dòng)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)的多元化應(yīng)用研究和工程示范。
在應(yīng)用方面，建議結(jié)合新型電力系統(tǒng)的建設(shè)階段，分析研判長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)在新型電力系統(tǒng)中的場(chǎng)景適用性，厘清長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)演變路徑，統(tǒng)籌發(fā)展應(yīng)用長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能和短時(shí)儲(chǔ)能，明確各類儲(chǔ)能技術(shù)的建設(shè)時(shí)序和區(qū)域布局，更好地服務(wù)新型電力系統(tǒng)建設(shè)。
(作者單位：國(guó)家電網(wǎng)有限公司大數(shù)據(jù)中心 中國(guó)電力科學(xué)研究院)
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