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彭蘇萍院士:新型儲(chǔ)能技術(shù)助力高質(zhì)量發(fā)展

人民日報(bào) 發(fā)布時(shí)間:2023-08-09 09:16:05  作者:彭蘇萍

  習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào):“要夯實(shí)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(qiáng)煤氣油儲(chǔ)備能力建設(shè),推進(jìn)先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)規(guī)?;瘧?yīng)用。”能源是人類文明進(jìn)步的基礎(chǔ)和動(dòng)力,關(guān)乎國計(jì)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(shí)。

  高效利用可再生能源,儲(chǔ)能技術(shù)是關(guān)鍵

  在落實(shí)“雙碳”目標(biāo)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(dāng)前風(fēng)電、光伏、水電發(fā)電裝機(jī)容量均居世界首位。但同時(shí),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(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)較遠(yuǎn),能源資源與能源需求呈逆向分布,地域分配不均,而且風(fēng)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(fēng)、光、水等可再生能源,加快推進(jìn)能源綠色低碳轉(zhuǎn)型,儲(chǔ)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(chǔ)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(yùn)新型儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模相當(dāng)于此前歷年累計(jì)裝機(jī)規(guī)??偤?。同時(shí),我國已成為儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)儲(chǔ)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(chǔ)”瓶頸,滿足生產(chǎn)生活用能需求

  儲(chǔ)能,顧名思義就是儲(chǔ)存能量,指通過介質(zhì)或者設(shè)備,把一種能量形式存儲(chǔ)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(chǔ)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(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電等,會(huì)因?yàn)樘鞖?、季?jié)、地理位置的不同,存在不同時(shí)間尺度的間歇性,而用電需求也有波動(dòng)性,時(shí)多時(shí)少。儲(chǔ)能技術(shù)就致力于解決這些問題。低成本大規(guī)模的儲(chǔ)能系統(tǒng)可以突破可再生能源“即發(fā)即用、不能存儲(chǔ)”的瓶頸,就像一個(gè)“超級(jí)充電寶”,顯著提高風(fēng)、光等可再生能源的消納水平。

  根據(jù)能量存儲(chǔ)形式,儲(chǔ)能技術(shù)主要分為物理儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能、熱儲(chǔ)能和氫(氨)儲(chǔ)能等。物理儲(chǔ)能是以蓄水儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能等為代表的機(jī)械儲(chǔ)能,其中蓄水儲(chǔ)能和壓縮空氣儲(chǔ)能適用于大規(guī)模長周期儲(chǔ)能。電化學(xué)儲(chǔ)能是將電能儲(chǔ)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(shí)儲(chǔ)能。熱儲(chǔ)能是將熱能儲(chǔ)存在隔熱容器媒介中,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)熱能的直接利用或熱發(fā)電。氫(氨)儲(chǔ)能是一種新型儲(chǔ)能技術(shù),是將電能以常見化學(xué)品(如氫、氨等)的形式存儲(chǔ)起來。

  “儲(chǔ)”是為了“用”,儲(chǔ)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(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中作用巨大。在發(fā)電端,儲(chǔ)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(shí)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(shí)際情況安排用電計(jì)劃,降低電費(fèi)成本。

  在電力系統(tǒng)儲(chǔ)能項(xiàng)目中,蓄水儲(chǔ)能是目前的主要方式。電力系統(tǒng)處在低谷負(fù)荷時(shí),蓄水儲(chǔ)能技術(shù)用富余的電能將水抽到高處儲(chǔ)存,在電力負(fù)荷高峰時(shí)段放水發(fā)電。這項(xiàng)技術(shù)通過電能與勢能的轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)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(dòng)態(tài)平衡。蓄水儲(chǔ)能啟停迅速,運(yùn)行靈活可靠,能對(duì)電力系統(tǒng)負(fù)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(jià)比高的儲(chǔ)能技術(shù)。中關(guān)村儲(chǔ)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(yùn)的電力儲(chǔ)能項(xiàng)目中,蓄水儲(chǔ)能占比達(dá)77.6%。

  對(duì)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(chǔ)能正加速發(fā)展。電化學(xué)儲(chǔ)能能效高、響應(yīng)快、靈活性強(qiáng)。正如人們熟悉的電池,電化學(xué)儲(chǔ)能通過介質(zhì)或設(shè)備把電能存儲(chǔ)起來,在需要時(shí)釋放。這些“電池”的儲(chǔ)能時(shí)間少則數(shù)秒、多達(dá)數(shù)小時(shí),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(chǔ)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(jī)到電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域,增長勢頭強(qiáng)勁。人們常用的手機(jī)、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(shí)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(chǔ)量豐富、成本低廉,在大規(guī)模儲(chǔ)能方面優(yōu)勢明顯。

  氫(氨)等形式的化學(xué)儲(chǔ)能作為零碳超長時(shí)儲(chǔ)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(chǔ)能分為廣義和狹義兩種。廣義上,氫(氨)儲(chǔ)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(chǔ)能是“電—氫(氨)—電”的轉(zhuǎn)換,即最終途徑為發(fā)電。這項(xiàng)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(dāng)用電需求增加時(shí),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(yùn)輸至用戶端進(jìn)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(diǎn)。在政策、技術(shù)、成本等因素推動(dòng)下,氫(氨)能作為連接可再生能源的紐帶和電力儲(chǔ)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(chǔ)能技術(shù)被認(rèn)為是智能電網(wǎng)和可再生能源發(fā)電規(guī)模化發(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(chǔ)能”明確納入創(chuàng)新儲(chǔ)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(jìn)一步明確開展依托可再生能源制氫(氨)的氫(氨)儲(chǔ)能等試點(diǎn)示范。當(dāng)然,作為一種新型技術(shù),氫(氨)儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)能作為重要的新興產(chǎn)業(yè),是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的支撐力量。相信在國家大力支持下,我國新型儲(chǔ)能技術(shù)將不斷取得新的進(jìn)步,發(fā)揮越來越重要的作用,為提高可再生能源比例、實(shí)現(xiàn)能源綠色低碳轉(zhuǎn)型等注入強(qiáng)勁能量,助力高質(zhì)量發(fā)展。

  來源:人民日報(bào) 文丨彭蘇萍,作者為中國工程院院士、中國礦業(yè)大學(xué)(北京)教授


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