《“十四五”新型儲(chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案》部署了多種長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)的研發(fā)攻關(guān)任務(wù)，包括全釩液流電池、鐵鉻液流電池、壓縮空氣儲(chǔ)能、熔鹽儲(chǔ)熱、氫儲(chǔ)能等多種類別技術(shù)，反映出碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)對(duì)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的迫切需求。

多家電力央企已在不同賽道發(fā)力長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)，但還沒(méi)有一種技術(shù)能同時(shí)滿足長(zhǎng)壽命、安全、經(jīng)濟(jì)、效率高、大規(guī)模儲(chǔ)能等多項(xiàng)指標(biāo)，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展競(jìng)賽才剛剛起步。

全釩液流電池：儲(chǔ)能新貴

全釩液流電池是液流電池的一種，利用釩離子價(jià)態(tài)的變化實(shí)現(xiàn)電能儲(chǔ)存和釋放。其在常溫常壓下運(yùn)行，電解液為水溶液，反應(yīng)過(guò)程只涉及釩離子價(jià)態(tài)的變化，電解液可以循環(huán)再生，與鋰離子電池等相比，全釩液流電池較為安全。全釩液流電池循環(huán)次數(shù)高，達(dá)15000次以上，壽命可長(zhǎng)達(dá)20年。

全釩液流電池能量密度較低，因此體積較大。同時(shí)，其運(yùn)行溫度受到一定的限制，一般在5-40℃。

全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)由電堆、電解液、管路系統(tǒng)、儲(chǔ)能變流器等組成，其中電堆和電解液成本占系統(tǒng)總成本超過(guò)60%。受到釩價(jià)高的影響，目前全釩液流電池的電解液成本還很高。1kWh電解液大約使用8-9公斤五氧化二釩，若釩價(jià)格不超過(guò)10萬(wàn)元/噸，電解液成本大概在1300-1500元/kWh。2019年12月，釩價(jià)格曾一度猛漲至54萬(wàn)元/噸，當(dāng)前五氧化二釩價(jià)格有所下降，但也超過(guò)12萬(wàn)元/噸。

解決電堆成本問(wèn)題，可以通過(guò)提高電池的功率密度、提升關(guān)鍵材料的有效使用面積、降低材料成本(如膜材料的成本)。

據(jù)eo梳理，國(guó)家電網(wǎng)、國(guó)家電投、國(guó)家能源集團(tuán)、華電集團(tuán)、大唐集團(tuán)、上海電氣等都曾涉足過(guò)全釩液流電池的項(xiàng)目。

國(guó)內(nèi)較早投運(yùn)的全釩液流電池系統(tǒng)是原國(guó)電龍?jiān)磁P牛石風(fēng)電儲(chǔ)能項(xiàng)目，該項(xiàng)目在2013年投運(yùn)，為50MW的風(fēng)電廠配置了5MW/10MWh的全釩液流電池電站，已連續(xù)運(yùn)行9年。大連液流電池儲(chǔ)能調(diào)峰電站國(guó)家示范項(xiàng)目一期100MW/400MWh電站近期已完成主體工程建設(shè)，計(jì)劃于2022年6月完成并網(wǎng)調(diào)試，建成后將是全球最大全釩液流電池儲(chǔ)能電站。這兩個(gè)項(xiàng)目都使用了中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所的液流電池技術(shù)。

國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢南瑞有限責(zé)任公司從2011年開(kāi)始開(kāi)發(fā)模塊化百千瓦全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，目前具備釩電池本體設(shè)計(jì)、材料研制、系統(tǒng)集成能力，成功研發(fā)高功率釩電池電堆和250kW/500kWh儲(chǔ)能系統(tǒng)，2020年其研發(fā)的31.5kW釩電池電堆產(chǎn)品在國(guó)網(wǎng)湖北電科院試點(diǎn)項(xiàng)目中進(jìn)行了首次工程化應(yīng)用。

國(guó)家能源集團(tuán)低碳研究院則開(kāi)發(fā)了全釩液流電池流過(guò)式電堆技術(shù)，實(shí)現(xiàn)液流電池電堆功率密度和能量效率雙提升。

上海電氣集團(tuán)中央研究院儲(chǔ)能液流電池產(chǎn)品部自2011年創(chuàng)建以來(lái)致力于液流電池儲(chǔ)能產(chǎn)品的自主研發(fā)，攻克了電池設(shè)計(jì)、電池密封、電池自動(dòng)化制造工藝、系統(tǒng)集成等一系列關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，研發(fā)出5kW/25kW/50kW的釩液流電池電堆。上海電氣2021年中報(bào)顯示，由上海電氣自主研發(fā)制造的1MW/1MWh全釩液流電池儲(chǔ)能電站在廣東汕頭市濠江區(qū)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)園順利通過(guò)驗(yàn)收。

鐵-鉻液流電池：尚需時(shí)間驗(yàn)證

同為液流電池，鐵-鉻液流電池利用溶解在鹽酸溶液中的鐵、鉻離子價(jià)態(tài)的變化進(jìn)行充放電。其循環(huán)次數(shù)大于20000次，壽命可以達(dá)到20年。由于電解液和正負(fù)極材料的毒性、腐蝕性弱，且可再生，因此也較鋰離子電池安全穩(wěn)定。與釩液流電池相比，其低溫環(huán)境適應(yīng)性更好，啟動(dòng)環(huán)境溫度可以低至-40℃。

從資源的角度上看，鐵-鉻液流電池的關(guān)鍵原材料中，鉻在全球探明儲(chǔ)量達(dá)到5.1億噸，大于釩儲(chǔ)量(2000萬(wàn)噸)、鋰儲(chǔ)量(1600萬(wàn)噸)。當(dāng)前鉻鐵價(jià)格(微碳鉻鐵，約1.9萬(wàn)元/噸)低于釩(五氧化二釩，超過(guò)12萬(wàn)元/噸)和鋰(磷酸鐵鋰，約16萬(wàn)元/噸)。

鐵-鉻液流電池的缺點(diǎn)在于其體積能量密度較低，約10-20Wh/L，因此體積也較大。由于示范時(shí)間較短，仍需經(jīng)歷較長(zhǎng)的驗(yàn)證周期。

國(guó)家電投從2017年開(kāi)始進(jìn)軍鐵-鉻液流電池技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域，是這一技術(shù)的堅(jiān)定支持者。

2022年1月20日，國(guó)家電投擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“容和一號(hào)”鐵-鉻液流電池堆量產(chǎn)線投產(chǎn)，每條產(chǎn)線每年可生產(chǎn)5000臺(tái)30kW“容和一號(hào)”電池堆。此前，國(guó)家電投集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司儲(chǔ)能技術(shù)研究所所長(zhǎng)王含在電力行業(yè)儲(chǔ)能技術(shù)與應(yīng)用研討2021年會(huì)中介紹，為推動(dòng)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，國(guó)家電投鐵-鉻液流電池儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)園已于2020年簽約落地山東濰坊高新區(qū)，遠(yuǎn)期建設(shè)目標(biāo)是3GW。

同時(shí)，還在內(nèi)蒙古霍林河啟動(dòng)全球首個(gè)兆瓦級(jí)鐵-鉻液流電池儲(chǔ)能示范項(xiàng)目建設(shè)，預(yù)計(jì)2022年年底投產(chǎn)。

壓縮空氣儲(chǔ)能：對(duì)標(biāo)抽蓄

壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)在用電低谷時(shí)段利用電能，將空氣壓縮至高壓狀態(tài)并存于洞穴或壓力容器中，使電能轉(zhuǎn)化為空氣的內(nèi)能存儲(chǔ)起來(lái)，在用電高峰時(shí)段將高壓空氣從儲(chǔ)氣室釋放，進(jìn)入燃燒室燃燒利用燃料燃燒加熱升溫后，驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)發(fā)電。

壓縮空氣屬于大規(guī)模機(jī)械儲(chǔ)能技術(shù)，單機(jī)規(guī)?？傻?00MW級(jí)，儲(chǔ)能時(shí)間可達(dá)4-10小時(shí)，壽命在30-50年。

壓縮空氣儲(chǔ)能與抽水蓄能一樣，易受地理?xiàng)l件約束，建造壓縮空氣系統(tǒng)，需要特殊的地理?xiàng)l件來(lái)作為大型儲(chǔ)氣室，如高氣密性的巖石洞穴、鹽洞、廢棄礦井等。此外，示范項(xiàng)目系統(tǒng)效率最高約61%，相比抽水蓄能的80%，效率較低。

近一年來(lái)，電力央企在壓縮空氣儲(chǔ)能領(lǐng)域進(jìn)展頗多。

2021年9月30日，中國(guó)華能集團(tuán)有限公司建設(shè)、調(diào)試和運(yùn)維的世界首個(gè)非補(bǔ)燃?jí)嚎s空氣儲(chǔ)能電站——江蘇金壇鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能國(guó)家試驗(yàn)示范項(xiàng)目并網(wǎng)試驗(yàn)成功。該項(xiàng)目于2017年獲國(guó)家能源局立項(xiàng)，由中鹽集團(tuán)、中國(guó)華能和清華大學(xué)共同開(kāi)發(fā)，一期工程發(fā)電裝機(jī)60兆瓦，儲(chǔ)能容量300兆瓦時(shí)，遠(yuǎn)期建設(shè)規(guī)模1000兆瓦。

2022年4月，山東公布2022年度儲(chǔ)能示范項(xiàng)目，其中包括兩個(gè)壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目，分別是由華能作為投資方之一投資的肥城壓縮空氣儲(chǔ)能300MW/1800MWh調(diào)峰電站，以及國(guó)家能源集團(tuán)投資的國(guó)華蘭陵壓縮空氣儲(chǔ)能電站示范項(xiàng)目。

對(duì)外宣布項(xiàng)目最多的是中國(guó)能建集團(tuán)剛剛組建的數(shù)字科技集團(tuán)。

2022年1月26日，中國(guó)能建數(shù)字科技集團(tuán)在京揭牌成立。揭牌前夕，中國(guó)能建數(shù)字科技集團(tuán)已經(jīng)簽約多個(gè)壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目，包括：湖北應(yīng)城300MW級(jí)壓縮空氣儲(chǔ)能電站示范工程，由中能建數(shù)字科技集團(tuán)有限公司聯(lián)合國(guó)網(wǎng)湖北綜合能源服務(wù)有限公司共同投資建設(shè);遼寧朝陽(yáng)縣風(fēng)光儲(chǔ)氫一體化項(xiàng)目，其中包括300MW級(jí)壓縮空氣儲(chǔ)能電站;山東泰安2×300兆瓦級(jí)壓縮空氣儲(chǔ)能創(chuàng)新示范項(xiàng)目，遠(yuǎn)期目標(biāo)是建成6臺(tái)(套)300MW級(jí)壓縮空氣儲(chǔ)能電站。

熔鹽儲(chǔ)熱：大規(guī)模儲(chǔ)熱

熔鹽儲(chǔ)熱是一種熱儲(chǔ)能技術(shù)，以儲(chǔ)熱材料(熔鹽)為媒介，將太陽(yáng)能光熱、地?zé)?、工業(yè)余熱、低品位廢熱或者由電能轉(zhuǎn)換來(lái)的熱能儲(chǔ)存起來(lái)，在需要的時(shí)候釋放，既可用于發(fā)電，也可用于工業(yè)供汽或民用采暖。

熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)儲(chǔ)熱功率可以達(dá)到百兆瓦級(jí)別，且可以實(shí)現(xiàn)單日10小時(shí)以上的儲(chǔ)熱能力，使用壽命可達(dá)30年以上。但其面臨熔鹽質(zhì)量難以把控的問(wèn)題。若熔鹽中雜質(zhì)較多，會(huì)影響產(chǎn)品性能，從而影響儲(chǔ)換熱效率，嚴(yán)重時(shí)可能腐蝕設(shè)備管道或堵塞管道，導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。

參與熱儲(chǔ)能賽道的電力央企不在少數(shù)。

上海電氣集團(tuán)股份有限公司中央研究院(下稱上海電氣中央研究院)技術(shù)總監(jiān)張艷梅曾在行業(yè)論壇上介紹，近年來(lái)，上海電氣中央研究院基于其所開(kāi)發(fā)的熔點(diǎn)低、儲(chǔ)熱密度高的熔鹽儲(chǔ)熱材料，自主開(kāi)發(fā)了單/雙罐熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)，并分別在實(shí)驗(yàn)室及工程項(xiàng)目上得到了成功應(yīng)用。

2021年1月30日，國(guó)家能源集團(tuán)北京低碳清潔能源研究院MW級(jí)高溫儲(chǔ)熱中試裝置在河北省張家口市某美麗鄉(xiāng)村清潔供暖項(xiàng)目中完成900℃的升/降溫運(yùn)行工作，裝置最高儲(chǔ)熱溫度達(dá)912℃，效率達(dá)到97%以上。該供暖項(xiàng)目是由低碳院投資建設(shè)的第一個(gè)基于自主研發(fā)的煤基儲(chǔ)熱材料的電供暖項(xiàng)目，儲(chǔ)熱功率1MW，儲(chǔ)熱量8MWh，可為當(dāng)?shù)?萬(wàn)余平方米提供居民供暖。

3月21日，青海省能源局發(fā)布“揭榜掛帥”新型儲(chǔ)能示范項(xiàng)目中榜公示表，其中，“儲(chǔ)熱發(fā)電”一項(xiàng)——高倍率熔鹽儲(chǔ)能供熱和發(fā)電示范項(xiàng)目，中榜企業(yè)為國(guó)家能源集團(tuán)龍?jiān)?青海)新能源開(kāi)發(fā)有限公司。

2022年1月14日，華能靖遠(yuǎn)熱電有限公司2×220MW機(jī)組熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)項(xiàng)目投資機(jī)會(huì)研究報(bào)告編制技術(shù)服務(wù)發(fā)布采購(gòu)公告。根據(jù)公告，項(xiàng)目規(guī)劃新建一套熔鹽儲(chǔ)能系統(tǒng)，對(duì)靖遠(yuǎn)熱電現(xiàn)有2×220MW機(jī)組進(jìn)行靈活性改造。中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)浙江省電力設(shè)計(jì)院有限公司以478000元報(bào)價(jià)成功中標(biāo)。

中國(guó)能建也投建了熔鹽儲(chǔ)熱項(xiàng)目。2021年6月，中國(guó)能建哈密熔鹽塔式5萬(wàn)千瓦光熱發(fā)電項(xiàng)目正式開(kāi)啟“24小時(shí)不間斷發(fā)電”模式;9月，該項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)全容量并網(wǎng)。該項(xiàng)目?jī)?chǔ)熱能力約1300兆瓦時(shí)。

氫儲(chǔ)能：效率待解

氫儲(chǔ)能技術(shù)利用電解制氫，將電能轉(zhuǎn)化為氫能儲(chǔ)存起來(lái);在需要時(shí)，利用氫氣通過(guò)燃料電池或其他發(fā)電裝置發(fā)電，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、長(zhǎng)周期儲(chǔ)能。

不過(guò)，氫儲(chǔ)能系統(tǒng)效率為30%-40%，比抽水蓄能和電化學(xué)儲(chǔ)能要低得多，即使考慮燃料電池余熱利用，效率依然說(shuō)服力不足。此外，堿性電解設(shè)備壽命15年，燃料電池發(fā)電受制于現(xiàn)階段的技術(shù)成熟度，壽命約6年?，F(xiàn)階段規(guī)模化燃料電池發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用較少，技術(shù)成熟度、系統(tǒng)壽命有待驗(yàn)證。

國(guó)家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)、國(guó)家電投、華電集團(tuán)、國(guó)家能源集團(tuán)、華能集團(tuán)、大唐集團(tuán)、中國(guó)能建、三峽集團(tuán)、東方電氣、中廣核等電力央企都在氫能產(chǎn)業(yè)上有所布局。部分電力央企已開(kāi)始探索氫儲(chǔ)能在可再生能源消納、電網(wǎng)調(diào)峰等應(yīng)用場(chǎng)景的示范。

2021年8月，陜西咸陽(yáng)秦都區(qū)與國(guó)家能源集團(tuán)陜西電力有限公司舉行光儲(chǔ)氫綜合應(yīng)用一體化項(xiàng)目簽約儀式。該項(xiàng)目總投資20億元，主要建設(shè)屋頂分布式光伏發(fā)電、儲(chǔ)能電站及電解水制氫項(xiàng)目。

2021年12月28日，國(guó)網(wǎng)安徽六安兆瓦級(jí)氫能綜合利用示范站首臺(tái)燃料電池發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電。項(xiàng)目總投資5000萬(wàn)元，占地10畝，容量1WM的分布式氫能綜合利用站是國(guó)內(nèi)第一個(gè)兆瓦級(jí)氫能源儲(chǔ)能電站。據(jù)了解，其運(yùn)營(yíng)模式是在7、8、9月電網(wǎng)高峰期發(fā)電削峰，其余月份售氫，銷售收入為參與調(diào)峰時(shí)的售電收入加上售氫收入。

由全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院和國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司共同研發(fā)的百千瓦級(jí)氫利用系統(tǒng)裝備及管控技術(shù)成果，將在浙江臺(tái)州大陳島氫利用工程進(jìn)行示范應(yīng)用。示范工程制氫與發(fā)電功率100千瓦，儲(chǔ)氫容量200立方米(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))，供電時(shí)長(zhǎng)逾2小時(shí)，“制氫—燃料電池?zé)犭姎饴?lián)供”全系統(tǒng)綜合能效超過(guò)72%。項(xiàng)目近期將進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行。