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制圖：沈亦伶
習近平總書記強調：“要夯實國內能源生產基礎，保障煤炭供應安全，保持原油、天然氣產能穩(wěn)定增長，加強煤氣油儲備能力建設，推進先進儲能技術規(guī)?；瘧??！蹦茉词侨祟愇拿鬟M步的基礎和動力，關乎國計民生和國家安全。目前，在世界新一輪科技革命和產業(yè)變革背景下，能源綠色低碳和可持續(xù)發(fā)展已經成為全球共識。
高效利用可再生能源，儲能技術是關鍵
在落實“雙碳”目標過程中，發(fā)展可再生能源是我國能源結構轉型的重要方向。我國擁有豐富的可再生能源資源，當前風電、光伏、水電發(fā)電裝機容量均居世界首位。但同時，我國可再生能源資源主要分布于西北地區(qū)，離東南部經濟發(fā)達地區(qū)較遠，能源資源與能源需求呈逆向分布，地域分配不均，而且風能、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、光、水等可再生能源，加快推進能源綠色低碳轉型，儲能技術是關鍵。從科技賦能產業(yè)發(fā)展角度來看，大力發(fā)展儲能產業(yè)將成為能源領域重要趨勢。國家能源局近期發(fā)布的數據顯示，今年上半年，我國新投運新型儲能裝機規(guī)模相當于此前歷年累計裝機規(guī)模總和。同時，我國已成為儲能技術基礎研究、技術研發(fā)和集成應用非常活躍的國家，不斷努力實現儲能技術的自主創(chuàng)新和原始創(chuàng)新。
突破“即發(fā)即用、不能存儲”瓶頸，滿足生產生活用能需求
儲能，顧名思義就是儲存能量，指通過介質或者設備，把一種能量形式存儲起來，并根據應用需要，以特定能量形式釋放出來的循環(huán)過程。為什么要把能量儲存起來？一言以蔽之，能量的產生和使用不一定同步?？稍偕茉窗l(fā)電如風力發(fā)電、太陽能發(fā)電等，會因為天氣、季節(jié)、地理位置的不同，存在不同時間尺度的間歇性，而用電需求也有波動性，時多時少。儲能技術就致力于解決這些問題。低成本大規(guī)模的儲能系統(tǒng)可以突破可再生能源“即發(fā)即用、不能存儲”的瓶頸，就像一個“超級充電寶”，顯著提高風、光等可再生能源的消納水平。
根據能量存儲形式，儲能技術主要分為物理儲能、電化學儲能、熱儲能和氫（氨）儲能等。物理儲能是以蓄水儲能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等為代表的機械儲能，其中蓄水儲能和壓縮空氣儲能適用于大規(guī)模長周期儲能。電化學儲能是將電能儲存在鋰離子電池、鉛酸電池、鈉硫電池等能源轉化裝置中，適于短時儲能。熱儲能是將熱能儲存在隔熱容器媒介中，進而實現熱能的直接利用或熱發(fā)電。氫（氨）儲能是一種新型儲能技術，是將電能以常見化學品（如氫、氨等）的形式存儲起來。
“儲”是為了“用”，儲能技術始終面向生產生活不同領域的用能需求。以人們最常使用的電能為例，儲能技術在電力系統(tǒng)中作用巨大。在發(fā)電端，儲能技術可以解決可再生能源大規(guī)模接入電網帶來的不穩(wěn)定性和間歇性問題，“發(fā)了電，存著用”；在電網側，可以實現“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，人們可以根據自己的實際情況安排用電計劃，降低電費成本。
在電力系統(tǒng)儲能項目中，蓄水儲能是目前的主要方式。電力系統(tǒng)處在低谷負荷時，蓄水儲能技術用富余的電能將水抽到高處儲存，在電力負荷高峰時段放水發(fā)電。這項技術通過電能與勢能的轉換存儲電能，可以有效調節(jié)電力系統(tǒng)生產、供應、使用之間的動態(tài)平衡。蓄水儲能啟停迅速，運行靈活可靠，能對電力系統(tǒng)負荷的急劇變化快速作出反應，以水為介質還確保了清潔能源發(fā)電，是一種高效、成熟、環(huán)保、性價比高的儲能技術。中關村儲能產業(yè)技術聯(lián)盟發(fā)布的最新數據顯示，截至2022年底，我國已投運的電力儲能項目中，蓄水儲能占比達77.6%。
對接不同應用場景，在多領域助力綠色發(fā)展
目前，以鋰離子電池為代表的電化學儲能正加速發(fā)展。電化學儲能能效高、響應快、靈活性強。正如人們熟悉的電池，電化學儲能通過介質或設備把電能存儲起來，在需要時釋放。這些“電池”的儲能時間少則數秒、多達數小時，輸出功率可調，能滿足電網的應用需求。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，是一種理想的儲能技術。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)模裝機到電化學儲能領域，增長勢頭強勁。人們常用的手機、筆記本電腦等電子設備，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繼續(xù)提高安全性。新興的鈉離子電池技術也在迅速發(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量豐富、成本低廉，在大規(guī)模儲能方面優(yōu)勢明顯。
氫（氨）等形式的化學儲能作為零碳超長時儲能技術，在新型電力系統(tǒng)中也將扮演越來越重要的角色。氫（氨）儲能分為廣義和狹義兩種。廣義上，氫（氨）儲能將可再生能源電力系統(tǒng)中的富余電能，通過電解裝置轉化為氫（氨）等能源或產品，在利用環(huán)節(jié)不轉換回電能直接利用，將可再生能源領域與能源化工領域連通起來，有助于我國構建綠色化工體系。狹義上，氫（氨）儲能是“電—氫（氨）—電”的轉換，即最終途徑為發(fā)電。這項技術將電網中過剩的電力通過電解水制氫（氨），轉換成氫（氨）化學能，當用電需求增加時，再利用氫（氨）燃料電池發(fā)電技術，將氫（氨）能再次轉換為電力并輸送回電網，或運輸至用戶端進行分布式發(fā)電，具有與電力系統(tǒng)匹配度高、適應性好的特點。在政策、技術、成本等因素推動下，氫（氨）能作為連接可再生能源的紐帶和電力儲能介質，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）儲能技術被認為是智能電網和可再生能源發(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“氫儲能”明確納入創(chuàng)新儲能技術；2022年，國家發(fā)展改革委、國家能源局印發(fā)文件，進一步明確開展依托可再生能源制氫（氨）的氫（氨）儲能等試點示范。當然，作為一種新型技術，氫（氨）儲能技術發(fā)展還要突破電、氫兩種能量載體之間的高效轉化、低成本大規(guī)模存儲和綜合高效利用等關鍵問題，以更好滿足能源使用和發(fā)展需求。
儲能作為重要的新興產業(yè)，是構建新型電力系統(tǒng)、實現“雙碳”目標的支撐力量。相信在國家大力支持下，我國新型儲能技術將不斷取得新的進步，發(fā)揮越來越重要的作用，為提高可再生能源比例、實現能源綠色低碳轉型等注入強勁能量，助力高質量發(fā)展。
作者系中國工程院院士、中國礦業(yè)大學（北京）教授
責任編輯：胡惠雯
