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2023年1月17日 星期二
“长时储能”助力绿色未来
所属分类:行业展望
来源:人民日报
作者:刘坚
更新日期:2023-01-16

不久前,西班牙马德里理工大学团队开发的“阿马德乌斯”电池项目,被欧盟委员会评选为2022年最佳发明之一。这款电池采用高温储热技术,可以存储太阳能、风能高产时的过剩能量,在用电高峰再将其释放。评委会认为,这款发明“具有高能量密度、高整体效能,所用材料资源丰富且成本低廉。它的广泛应用,能够帮助我们更好利用绿色清洁的可再生能源。”

发展可再生能源是减少全球温室气体排放的重要途径。不过,由于电力的即发即用性与可再生能源发电的波动性,可再生能源电力供需存在一定程度的错配。在用电高峰时,目前主要由燃煤、天然气等调峰机组来达到电力的灵活调节。为了真正实现可再生能源对化石能源的大规模替代,急需利用储能技术替代化石能源调峰机组,实现可再生电力供应与消费的无缝衔接。

储能技术主要分为物理储能、电化学储能、热储能和化学储能等。当前全球应用最为普遍的抽水蓄能技术就属于物理储能。但由于工程选址难度高、建设周期长等,仅靠抽水蓄能难以适应可再生能源电力调峰需求。电化学储能是近年来全球增速最快的新型储能技术。截至2021年底,全球新型储能的累计装机规模超过2500万千瓦,其中锂离子电池市场份额达到90%。新能源汽车产业的爆发式增长带动了锂离子电池技术的快速进步,也使其在储能领域的商业应用成为可能。

较之车用动力电池,储能设备在电力系统中的运行情况更为复杂。比如,在以太阳能为主的供电系统中,如果储能电站只能持续短时放电,那么用户在后半夜仍面临停电风险;若是遭遇连续无风的阴雨天,储能电站就会面临更严峻的长时供电压力。在当前交通电动化背景下,全球锂资源已出现供不应求的局面,仅仅依靠锂电池技术难以满足未来电力系统对大容量、长周期储能的需要。

相较而言,热储能技术在“长时储能”领域更具经济性。它以储热材料为媒介,将太阳能等以热能的形式先储存起来,在需要时释放。以往,储热技术主要应用在供暖、热水、冰蓄冷等低温热源的存储和利用。近年来,随着太阳能热发电与工业余热回收技术的发展与运用,中高温储热的需求不断增长。目前我国光热发电项目装机容量已达到538兆瓦,储热介质普遍选择硝酸盐材料,熔融状态工作温度范围为290—560摄氏度,可实现高达10小时以上的储能时长。

马德里理工大学团队设计的新型储热技术采用硅合金材料,在材料成本、储热温度、储能时长方面的优势值得期待。硅是地壳中第二丰富的元素,每吨硅砂的成本仅为30—50美元,为熔盐材料的1/10。此外,硅砂颗粒的储热温差比熔盐高得多,工作温度最高可达1000摄氏度以上,更高的工作温度也有助于提升光热发电系统的整体能效。

除了热储能技术,压缩空气、氢氨储能等在“长时储能”方面也有很大潜力。美国能源部于2021年公布了“长时储能攻关”计划,目标在10年内将时长超过10小时的储能系统成本降低90%以上。丹麦、德国等欧洲国家在跨季节储热领域也有长期布局。我国国家发展改革委、国家能源局2022年3月印发的《“十四五”新型储能发展实施方案》也提出要推动多时间尺度新型储能技术试点示范,重点试点示范压缩空气、液流电池、高效储热等日到周、周到季时间尺度储能技术。未来,“长时储能”将在全球能源转型中发挥日益重要的作用。

(作者为国家发改委能源研究所副研究员)

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