甘肅新型儲能產業發展前景與對策研究

■甘肅酒泉職業技術學院、甘肅省太陽能發電系統工程重點實驗室 高翔

“雙碳”背景下，儲能行業迎來新的發展機遇，新能源配置儲能成為能源轉型的必然選擇。儲能已成為“新能源占比逐漸提高的新型電力系統”的重要組成部分，“風電+儲能”“光伏+儲能”等更是大勢所趨，如今儲能正闊步走向商業化，未來儲能市場前途廣闊。

我國儲能產業發展現狀與趨勢

根據《儲能產業研究白皮書2022》的數據：2021年，全球已投運電力儲能項目累計裝機規模209.4吉瓦，同比增長9%。其中，新能源儲能累計裝機容量25.4吉瓦，同比增長67.73%。截至2021年底，中國已累計投產46.1吉瓦電力儲能項目，占全球市場總規模的22%，同比上漲30%。2021年，中國新能源儲能中鋰離子電池裝機達到89.7%，鋰離子電池是目前應用最廣泛的新能源儲能技術。鉛酸蓄電池占5.9%，液流電池占0.9%，飛輪儲能占0.1%，壓縮空氣儲能占3.2%，超級電容器占0.2%，均處于應用初期。根據《儲能產業研究白皮書2021》，我國儲能市場前景廣闊：到2025年，抽水蓄能裝機容量可達65吉瓦；熔融鹽儲熱積極拓展新應用，規模共計899兆瓦；保守估計，2021—2025年電化學儲能規模將以57.4%的復合增長率增長，到2025年累計運營規模有望達到35.52吉瓦。

甘肅發展儲能產業的優勢

明顯的政策優勢。甘肅省“十四五”發展規劃和二〇三五年遠景目標綱要指出，陸續建設酒泉市玉門市昌馬鄉等抽水蓄能電站，計劃建設黃河、白龍江干流甘肅河段等抽水蓄能電站項目。持續開展“風+光+儲”“分布式微電網+儲”和大電網儲能等“源網荷儲”綜合示范項目，積極探索甘肅省碳交易數據中心的建設。到2025年，全省風光發電裝機容量超過5000萬千瓦，可再生能源裝機容量占全部電力裝機容量的65%左右，非化石能源占一次能源消費比重超過30%，外送電力占比超過30%。

圖1 2021年我國不同儲能方式裝機規模構成

圖2 抽水蓄能原理

更強的電網架構。甘肅省電網架構不斷完善，“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。甘肅已通過18條750千伏線路與寧夏、青海、新疆、陜西聯網，輸電容量從2016年的1400萬千瓦增至目前的2300萬千瓦，形成與陜西、寧夏、青海、新疆四省區貫通的電網結構，電力電量交換能力顯著提升，進一步鞏固了甘肅電網在西北電網“坐中四連”的樞紐地位。全省主網架實現由330千伏到750千伏的升級發展，形成了以蘭州、白銀為核心，向東西延伸、南北拓展的750千伏高壓網架結構，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。

豐富的風光資源。甘肅風光資源富集，是我國重要的清潔能源基地和“西電東送”產業基地。甘肅能源結構特點是“富煤、貧油、少氣、風光優”，新能源基礎雄厚，2021年已建成酒泉千萬千瓦級風電基地和張掖、金昌、武威、酒泉4個百萬千瓦級光伏發電基地，定西通渭的百萬千瓦級風電基地建設初見成效。據甘肅省發展改革委數據：截至2021年底，全省新能源裝機3095萬千瓦，占全省總裝機的48.7%，高于全國25.5%的平均水平；2021年風光發電446億千瓦時，占全省總發電量的23%，高于全國12.3%的平均水平。適宜的儲能技術。甘肅省“十四五”發展規劃提出要大力發展抽水蓄能項目，按照“多核快核、能開盡開”的原則，加快昌馬、黃羊、平川、東鄉、康樂、積石山、黃龍等地抽水蓄能電站建設，逐步增強全省電網系統調頻、削峰填谷能力。積極開發和完善太陽能移動電源、磷酸鐵鋰儲能等系列產品，逐步擴大儲能產品的對外影響力。下面簡要介紹幾種適合甘肅發展的儲能技術的工作原理。

抽水蓄能

抽水蓄能，即以水為儲能介質，把電能與水的重力勢能相互轉化，實現儲能與應用。在用電低谷時段，用便宜的電能驅動水泵將水從下水庫抽到上水庫，把電能轉化為水的重力勢能存儲起來；在用電高峰時段，打開上水庫，水依據重力勢能向下水庫流動，驅動水輪機發電機組將重力勢能轉化為電能，如此循環往復，起到削峰填谷作用。抽水蓄能可將低谷時的廉價電能轉換為用電高峰時期的高價值電能，非常適合大電網調峰、調頻、調相，穩定電力系統的電壓和波形，提高火電站、核電站等的利用效率。

磷酸鐵鋰電池儲能

圖3 磷酸鐵鋰電池儲能原理

圖4 全釩液流電池儲能原理

圖5 鈉硫電池儲能原理

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能電池，相對于鉛酸蓄電池具有比能量高、重量輕、體積小、環保、無污染、免維護、壽命長、高低溫適應性能好、無記憶效應、安全性高等優點，輸出電壓3.2伏，具有良好的電化學性能，充電放電性能非常平穩，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，循環壽命大于2000次，在深度放電時，仍能提供高功率輸出，完全符合現代動力電池和儲能電池的發展需要。目前磷酸鐵鋰電池已經廣泛應用于電動自行車、電動汽車、電動工具、汽車啟動、UPS電源、通信基站、新能源儲能、智能微電網等領域。未來，隨著磷酸鐵鋰電池技術的不斷成熟，其出色的安全性能和巨大的成本優勢，相較三元鋰電池必定會成為未來市場主流。

全釩液流電池儲能

全釩液流電池是一種以釩為活性物質呈循環流動液態的氧化還原電池。全釩液流電池因長壽命、高能效、綠色環保、安全性高、運行維護費用低的特點，成為發展潛力巨大的大規模儲能器件，可用于改善電能質量、提高用電可靠性、強化電能管理，常用作備用電源。全釩液流電池還應用于電網調峰、應急發電裝置、電動汽車電源等領域，新型儲能是全釩液流電池的主要應用場景。另一方面，由于全釩液流電池中的釩電解液成本占據電池成本的約60%，導致大中型儲能電站初始投資門檻較高。未來隨著傳導膜、電解液等低成本開發項目的啟動，全釩液流電池成本有望進一步降低；全釩液流電池從規劃設計到回收利用各環節的標準規范將逐步建立并完善，商業模式也將逐步多樣化。

鈉硫電池儲能

鈉硫電池，其結構由正極、負極、電解質、隔膜、正負極集流體和外殼等幾部分組成。在工作溫度下，鈉離子通過電解質隔膜與硫發生可逆反應，形成能量的釋放和儲存。鈉硫電池具有很長的循環使用壽命，高質量的一般能達到20000次以上。它還具有高能量、高功率密度、無自放電現象、80%以上的充放電轉換效率、便于現場安裝、材料來源容易、價格適當等優勢，在大容量儲能領域獲得廣泛應用。目前，鈉硫電池產業化應用的條件日趨成熟，我國儲能用鈉硫電池已進入產業化前期準備階段。

甘肅儲能產業發展的問題及對策

甘肅是我國重要的清潔能源基地，具有發展儲能產業的優勢，但當前的發展還存在以下幾點問題：儲能產業鏈還不完善；新型儲能項目建設缺乏行業標準；新型儲能參與市場的機制不健全。

儲能產業鏈還不完善。以儲能產業鏈為例，電池和儲能系統是成本的核心。上游主要是各種原材料，包括正極材料、負極材料、電解液、隔膜、電子元件、結構件、輔助材料、柜體電纜、土建安裝、增壓裝置等；中游主要包括儲能電池、電池管理系統（BMS）、儲能變流器（PCS）、能量管理系統（EMS）等；下游主要是發電側、電網側、用戶側等具體應用場景。儲能產業鏈涵蓋了眾多領域和企業，但甘肅本土的相關企業并不多。

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比表

新型儲能項目建設缺乏行業標準。一是新型儲能項目應用場景豐富，廣泛應用于電源側、電網側和用戶側等方面，但是不同儲能技術對儲能的規模、技術、性能要求差別很大，缺乏統一標準。二是雖然新型儲能具有巨大的發展潛力，但儲能電池在實際運行中面臨存在安全風險和老化問題的制約。2021年4月16日，北京國軒福威斯光儲充技術有限公司儲能電站爆炸事故，對我國新型儲能發展是一次巨大打擊。目前國內關于儲能相關標準的建設還未形成有效體系，相應的政策制度也不夠完善，新型儲能項目建設缺乏行業標準；全球儲能安全體系正在形成過程中，還有很多方面需要進一步完善。

新型儲能參與市場的機制不健全。近年來，中國電力市場經過了一系列改革，新型儲能設備成本、運行成本不斷下降，為新型儲能項目靠自身技術經濟性參與市場競爭創造了條件，但電力現貨及輔助服務等市場建設還不夠完善，不同投產時間、不同儲能技術、不同儲能項目之間成本差異較大，存在同一市場規則下難以同臺競技的問題，新型儲能參與市場的機制不健全，難以發揮儲能技術的市場優勢。峰谷電價和季節性電價運用比重在各地均有所提升，但不同時段的價值差拉開距離不夠充分，限制了儲能的利潤空間，不利于儲能規模的快速發展。

對甘肅儲能產業發展的對策建議

一是建議政府主管部門盡快研制新型儲能項目參與電力市場競爭的電力業務許可證管理辦法，盡快制定甘肅省新型儲能產業發展規劃，從政策角度推動新型儲能產業健康發展。二是建議有關單位深入分析不同儲能電站事故原因，盡快制定新型儲能相關行業標準，有效引領、規范產業高質量發展。三是建議相關部門逐步放開新型儲能參與市場競爭的條件，鼓勵儲能企業在市場經濟中參與競爭，激發各類資本投資新型儲能的積極性，為實現“雙碳”目標和加快構建新型電力系統創造有利條件。■