大容量儲能在可再生能源發電側的應用

／本刊記者 才秀敏／

2020年4月15日，國家能源局發布了《國家能源局綜合司關于做好可再生能源發展 “十四五” 規劃編制工作有關事項的通知》。通知顯示，至2021年3月底前，將形成國家《可再生能源發展 “十四五”規劃（送審稿）》，經合法性審查等程序后上報或印發。規劃編制的一個重點，優先開發當地分散式和分布式可再生能源資源，大力推進分布式可再生電力、熱力、燃氣等在用戶側直接就近利用，結合儲能、氫能等新技術，提升可再生能源在區域能源供應中的比重。可見，氫能將作為可再生能源的一個儲能手段發揮潛在的價值空間。

現階段全國雖然很多企業在制氫領域開始試探，但是落地較慢，主要原因還是光伏產業本身項目落地周期較長，成本問題以及大規模制氫可參考項目不多造成的。隨著國內以風電，太陽能為主的可再生能源快速增長，可再生能源消納能力不足和并網困難等問題愈發突出，大規模儲能系統被證實是解決該問題的有效方法。“氫儲能可以用于調頻輔助服務市場和調峰輔助服務市場，相對來說調峰輔助服務市場規模比較大，未來占電力市場的15% ～20%，而且電量的轉移規模也比較大。在新能源快速增長的這個背景下，火電機組調峰制氫儲能具有規模化發展的潛力。”國家能源集團北京低碳清潔能源研究院（簡稱“低碳院”）繆平在接受采訪時表示。

電器工業：最近幾年我國能源結構發生了一些變化，請談談關于發電側大容量儲能的重要性。

繆平：隨著能源四個革命的不斷推進，我國可再生能源發展規模已躍居世界前列。在我國整個電力市場中，火電所占比重已下降到不到6成，但火電依然是我國的主體能源， 在任何情況下，至少在未來的30年內，我們都不能，也不可能忽視火電的主體能源作用以及火電可持續發展的技術革命迫切需求，包括儲能技術的大規模利用。當然，可再生能源的迅猛發展更加離不開儲能技術的應用，儲能作為戰略性新興產業，是增強能源系統供應安全性、靈活性、綜合效率的重要環節，是支撐能源轉型的關鍵技術之一。

看看火電、風電、水電、光伏的發電小時數就知道大規模儲能有多重要。這是一個關鍵的經濟指標。2020年第一季度火電發電小時數低于1000小時，水電在600小時左右，風電利用小時數大約550小時，光伏2019年全年只有1200小時。所以發展大規模儲能來提升各類能源發電效率是非常必要的。

電器工業：突破儲能行業發展的瓶頸，就要建立生態創新的能源體系，請從這個角度談談儲能的挑戰以及怎么應對。

繆平：儲能的挑戰在哪些方面？一是儲能的政策、法規和準則與行業的深度融合還欠缺完善的頂層設計，表現在政策、法規和準則的連續性不暢，一致性不好，因果性不強而且不可持續，因此造成能源行業和儲能行業的波動。二是儲能在可持續發展的能源生態體系中的作用沒有被充分的認識到，需要從理論上進行系統性的研究。三是儲能的市場地位尚未確立，在目前的能源生產、輸送、使用中還不是非它不可。

能源生態系統中存在四大矛盾，即化石能源與可再生能源之間的矛盾，集中式和分布式能源之間的矛盾，一次能源和二次能源之間的矛盾，電力能源和化工能源之間的矛盾。其實，只有儲能才能破解這四大矛盾，從而達到碳平衡智能能源生態，可稱之為“五行”能源生態系統。五行指風、光、水、火、氫五大能源元素，其中，氫能除了其能源屬性以外，還具有另外兩個屬性。一是氫的化學屬性，二是非常重要的儲能屬性，氫能用來儲電，所以我們認為氫能在能源生態系統里面占據了一個中心的位置，但關鍵是五大能量元素能夠“儲存”起來。

電器工業：那么，發電側大容量儲能的現狀如何？

繆平：我國儲能發展的歷程可以分為這樣四個階段。“十一五”期間主要聚焦于儲能設備的開發，“十二五”期間聚焦儲能系統的集成，“十三五”期間，人們開始聚焦儲能業務模式的研究，接下來的“十四五”期間，我們認為儲能將走向融合創新的模式，從而形成一個智能化可持續的產業生態。

儲能產業發展并非一帆風順， 雖然國家出臺了一系列鼓勵儲能的政策，比如，我國“十三五”國民經濟和社會發展規劃、能源發展規劃、電力發展規劃、可再生能源發展規劃中，就已明確提出推動儲能技術示范應用。《能源發展戰略行動計劃（2014-2020年）》中將儲能列入9個重點創新領域和20個重點創新方向。《中國制造2025》將儲能列入大力推動突破發展的10個重點領域之一。《能源技術革命創新行動計劃（2016-2030年）》將先進儲能技術創新列為15個重點任務之一。《關于新能源微電網示范項目名單的通知》中，28個示范項目中有26個配套應用儲能。但回顧過去的三年，2018年電網側儲能發展得非常快，但是此后由于輸配電價政策調整而發展放緩。2019年其實是儲能的冬天，儲能在電網側和用戶側都遇到不小的困難。2020年，國家層面和一些省、市、自治區出臺了相關的政策鼓勵發展儲能，優先支持新能源加儲能項目，一些地方對儲能配置和時長也提出了明確的要求，儲能產業發展環境得到改善。

2020年，新能源加儲能看起來發展比較快。但是在快速發展的情況下也產生了很多問題，例如低價競標的亂象、儲能電站的低利用率、儲能電站身份地位問題、安全問題、質量問題、技術粗糙等問題都暴露出來，這些問題副作用非常大，需要政府、行業協會、相關利益方認真對待，改善儲能的行業生態，完善儲能的標準，引導行業的健康安全發展。

電器工業：低碳院正在牽頭國際科技合作專項 “高溫聯合電制氣” 的研究。請介紹一下電制氣或氫儲能前景。

繆平：電制氫代表大容量、長周期儲能的技術發展方向。一方面，利用可再生能源棄電制氫儲能是可再生能源棄電消納的優選方案，另一方面，火電機組調峰制氫是燃煤發電行業、化工行業和可再生能源行業的紐帶，是提高燃煤發電資產利用率和收益率的重要方式之一。我們和丹麥科技大學、中國礦業大學等單位合作承擔的項目是利用可再生電高溫聯合共電解CO2和水制氫儲能，也可以進一步轉換成甲烷/甲醇等化學物質進行儲能，可以實現碳中和甚至負碳效果，這也契合我國2030年碳達峰和2060年碳中和的減排目標。核心的技術包括高溫固體氧化物電解電池技術和電氫化耦合系統集成技術。這樣的技術值得探討，如果成功，可以實現可再生電、氫、化工協同發展。

氫儲能可以用于火電機組調頻和調峰輔助服務市場，在產業上有一定的價值，可以優化機組的運行，減少機組的考核費用，降低機組度電煤耗，實現燃煤發電和化工行業的耦合發展。相對來說調峰輔助服務市場規模比較大，未來占電力市場的15%～20%，而且電量的轉移規模也比較大。所以我們認為，在新能源快速增長的背景下，火電機組制氫調峰具有規模化發展的潛力，也能夠獲得一定的經濟性。

國家能源集團在燃煤發電、風力發電，煤化工領域產業規模全球最大，在氫能領域競爭力比較強，具備上游和下游之間的協調互動的能力，而且這個協調能力非常強。所以， 我們低碳院正和集團內部相關企業合作，推動火電制氫儲能的技術的開發。

電器工業：請介紹一下國家能源集團的儲能項目和存在意義。

繆平：國家能源集團是全球規模最大的燃煤發電、風力發電、煤炭、煤化工企業。發展儲能是我們集團業務的“剛需”。集團積極布局儲能技術的研發和大規模儲能示范項目， 比如位于鄂爾多斯的“風光火儲氫”千萬千瓦級綜合能源基地、位于巴彥淖爾中蒙跨境“風光火儲”千萬千瓦級綜合能源基地的建設，意味著國家能源集團向建設世界一流的清潔能源企業目標又邁進了一步。其他項目，包括在赤峰的梯次電池儲能示范項目和在南通的海陸風光儲項目，都是為了驗證低碳院開發的梯次電池和液流電池技術。另外，我們牽頭的國家重點研發專項“大規模風光互補制氫關鍵技術研究和示范”項目，主要建成6兆瓦的風電，2兆瓦光伏制氫電站，開發1200Nm3/H制氫電解槽，建成風、光、儲、氫多能綜合監控中心。主要目的是打造具有國際領先水平的高效率、高安全性和高可靠性的大規模風光耦合制、儲、輸、用氫系統綜合的示范工程，構建風光儲耦合制氫從系統優化集成、關鍵裝備設計制造、全環節綜合監控與安全防護到全鏈條運營的完整技術體系，探索大規模可再生能源制氫商業模式。

電器工業：最后請談談低碳院是如何構建生態能源系統的？

繆平：低碳院是通過聚焦清潔低碳能源的供應、轉化、存儲和智能化綜合利用，研發和示范能源全價值鏈上關鍵核心技術來構建生態能源系統的。理論研究方面，我們和院士專家一起，構建泛能源大數據理論體系，我們也積極參與了四網四流融合產業白皮書的編制，已經發布。技術上，我們建立了煤炭的清潔轉化利用、氫能源、儲能、工業人工智能的研發平臺。在儲能方面，我們的研發方向聚焦于可再生能源發電側大規模儲能系統技術、儲能核心設備技術和儲能材料技術。目前我們布局的研發技術包括液流電池儲能技術，梯次電池能量管理和系統集成技術，儲能電力電子技術，可再生能源制氫監控安全保護系統技術、高溫聯合電制氣技術，多能互補微網智能管控技術，區域能源系統模型等技術。通過這些項目的布局和實施，我們正在從整體上構建國家能源集團能源新生態。