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制圖：沈亦伶
習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)：“要夯實(shí)國內(nèi)能源生產(chǎn)基礎(chǔ)，保障煤炭供應(yīng)安全，保持原油、天然氣產(chǎn)能穩(wěn)定增長，加強(qiáng)煤氣油儲(chǔ)備能力建設(shè)，推進(jìn)先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)規(guī)?；瘧?yīng)用。”能源是人類文明進(jìn)步的基礎(chǔ)和動(dòng)力，關(guān)乎國計(jì)民生和國家安全。目前，在世界新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革背景下，能源綠色低碳和可持續(xù)發(fā)展已經(jīng)成為全球共識(shí)。
高效利用可再生能源，儲(chǔ)能技術(shù)是關(guān)鍵
在落實(shí)“雙碳”目標(biāo)過程中，發(fā)展可再生能源是我國能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的重要方向。我國擁有豐富的可再生能源資源，當(dāng)前風(fēng)電、光伏、水電發(fā)電裝機(jī)容量均居世界首位。但同時(shí)，我國可再生能源資源主要分布于西北地區(qū)，離東南部經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)較遠(yuǎn)，能源資源與能源需求呈逆向分布，地域分配不均，而且風(fēng)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(fēng)、光、水等可再生能源，加快推進(jìn)能源綠色低碳轉(zhuǎn)型，儲(chǔ)能技術(shù)是關(guān)鍵。從科技賦能產(chǎn)業(yè)發(fā)展角度來看，大力發(fā)展儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)將成為能源領(lǐng)域重要趨勢。國家能源局近期發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，今年上半年，我國新投運(yùn)新型儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模相當(dāng)于此前歷年累計(jì)裝機(jī)規(guī)模總和。同時(shí)，我國已成為儲(chǔ)能技術(shù)基礎(chǔ)研究、技術(shù)研發(fā)和集成應(yīng)用非?；钴S的國家，不斷努力實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能技術(shù)的自主創(chuàng)新和原始創(chuàng)新。
突破“即發(fā)即用、不能存儲(chǔ)”瓶頸，滿足生產(chǎn)生活用能需求
儲(chǔ)能，顧名思義就是儲(chǔ)存能量，指通過介質(zhì)或者設(shè)備，把一種能量形式存儲(chǔ)起來，并根據(jù)應(yīng)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(chǔ)存起來？一言以蔽之，能量的產(chǎn)生和使用不一定同步。可再生能源發(fā)電如風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電等，會(huì)因?yàn)樘鞖狻⒓竟?jié)、地理位置的不同，存在不同時(shí)間尺度的間歇性，而用電需求也有波動(dòng)性，時(shí)多時(shí)少。儲(chǔ)能技術(shù)就致力于解決這些問題。低成本大規(guī)模的儲(chǔ)能系統(tǒng)可以突破可再生能源“即發(fā)即用、不能存儲(chǔ)”的瓶頸，就像一個(gè)“超級(jí)充電寶”，顯著提高風(fēng)、光等可再生能源的消納水平。
根據(jù)能量存儲(chǔ)形式，儲(chǔ)能技術(shù)主要分為物理儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能、熱儲(chǔ)能和氫（氨）儲(chǔ)能等。物理儲(chǔ)能是以蓄水儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能等為代表的機(jī)械儲(chǔ)能，其中蓄水儲(chǔ)能和壓縮空氣儲(chǔ)能適用于大規(guī)模長周期儲(chǔ)能。電化學(xué)儲(chǔ)能是將電能儲(chǔ)存在鋰離子電池、鉛酸電池、鈉硫電池等能源轉(zhuǎn)化裝置中，適于短時(shí)儲(chǔ)能。熱儲(chǔ)能是將熱能儲(chǔ)存在隔熱容器媒介中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)熱能的直接利用或熱發(fā)電。氫（氨）儲(chǔ)能是一種新型儲(chǔ)能技術(shù)，是將電能以常見化學(xué)品（如氫、氨等）的形式存儲(chǔ)起來。
“儲(chǔ)”是為了“用”，儲(chǔ)能技術(shù)始終面向生產(chǎn)生活不同領(lǐng)域的用能需求。以人們最常使用的電能為例，儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中作用巨大。在發(fā)電端，儲(chǔ)能技術(shù)可以解決可再生能源大規(guī)模接入電網(wǎng)帶來的不穩(wěn)定性和間歇性問題，“發(fā)了電，存著用”；在電網(wǎng)側(cè)，可以實(shí)現(xiàn)“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(jù)自己的實(shí)際情況安排用電計(jì)劃，降低電費(fèi)成本。
在電力系統(tǒng)儲(chǔ)能項(xiàng)目中，蓄水儲(chǔ)能是目前的主要方式。電力系統(tǒng)處在低谷負(fù)荷時(shí)，蓄水儲(chǔ)能技術(shù)用富余的電能將水抽到高處儲(chǔ)存，在電力負(fù)荷高峰時(shí)段放水發(fā)電。這項(xiàng)技術(shù)通過電能與勢能的轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)電能，可以有效調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)生產(chǎn)、供應(yīng)、使用之間的動(dòng)態(tài)平衡。蓄水儲(chǔ)能啟停迅速，運(yùn)行靈活可靠，能對(duì)電力系統(tǒng)負(fù)荷的急劇變化快速作出反應(yīng)，以水為介質(zhì)還確保了清潔能源發(fā)電，是一種高效、成熟、環(huán)保、性價(jià)比高的儲(chǔ)能技術(shù)。中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟發(fā)布的最新數(shù)據(jù)顯示，截至2022年底，我國已投運(yùn)的電力儲(chǔ)能項(xiàng)目中，蓄水儲(chǔ)能占比達(dá)77.6%。
對(duì)接不同應(yīng)用場景，在多領(lǐng)域助力綠色發(fā)展
目前，以鋰離子電池為代表的電化學(xué)儲(chǔ)能正加速發(fā)展。電化學(xué)儲(chǔ)能能效高、響應(yīng)快、靈活性強(qiáng)。正如人們熟悉的電池，電化學(xué)儲(chǔ)能通過介質(zhì)或設(shè)備把電能存儲(chǔ)起來，在需要時(shí)釋放。這些“電池”的儲(chǔ)能時(shí)間少則數(shù)秒、多達(dá)數(shù)小時(shí)，輸出功率可調(diào)，能滿足電網(wǎng)的應(yīng)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(chǔ)能技術(shù)。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(jī)到電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域，增長勢頭強(qiáng)勁。人們常用的手機(jī)、筆記本電腦等電子設(shè)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(shí)繼續(xù)提高安全性。新興的鈉離子電池技術(shù)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(chǔ)量豐富、成本低廉，在大規(guī)模儲(chǔ)能方面優(yōu)勢明顯。
氫（氨）等形式的化學(xué)儲(chǔ)能作為零碳超長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)，在新型電力系統(tǒng)中也將扮演越來越重要的角色。氫（氨）儲(chǔ)能分為廣義和狹義兩種。廣義上，氫（氨）儲(chǔ)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(zhuǎn)化為氫（氨）等能源或產(chǎn)品，在利用環(huán)節(jié)不轉(zhuǎn)換回電能直接利用，將可再生能源領(lǐng)域與能源化工領(lǐng)域連通起來，有助于我國構(gòu)建綠色化工體系。狹義上，氫（氨）儲(chǔ)能是“電—?dú)洌ò保姟钡霓D(zhuǎn)換，即最終途徑為發(fā)電。這項(xiàng)技術(shù)將電網(wǎng)中過剩的電力通過電解水制氫（氨），轉(zhuǎn)換成氫（氨）化學(xué)能，當(dāng)用電需求增加時(shí)，再利用氫（氨）燃料電池發(fā)電技術(shù)，將氫（氨）能再次轉(zhuǎn)換為電力并輸送回電網(wǎng)，或運(yùn)輸至用戶端進(jìn)行分布式發(fā)電，具有與電力系統(tǒng)匹配度高、適應(yīng)性好的特點(diǎn)。在政策、技術(shù)、成本等因素推動(dòng)下，氫（氨）能作為連接可再生能源的紐帶和電力儲(chǔ)能介質(zhì)，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(chǔ)能技術(shù)被認(rèn)為是智能電網(wǎng)和可再生能源發(fā)電規(guī)?；l(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(chǔ)能”明確納入創(chuàng)新儲(chǔ)能技術(shù)；2022年，國家發(fā)展改革委、國家能源局印發(fā)文件，進(jìn)一步明確開展依托可再生能源制氫（氨）的氫（氨）儲(chǔ)能等試點(diǎn)示范。當(dāng)然，作為一種新型技術(shù)，氫（氨）儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展還要突破電、氫兩種能量載體之間的高效轉(zhuǎn)化、低成本大規(guī)模存儲(chǔ)和綜合高效利用等關(guān)鍵問題，以更好滿足能源使用和發(fā)展需求。
儲(chǔ)能作為重要的新興產(chǎn)業(yè)，是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的支撐力量。相信在國家大力支持下，我國新型儲(chǔ)能技術(shù)將不斷取得新的進(jìn)步，發(fā)揮越來越重要的作用，為提高可再生能源比例、實(shí)現(xiàn)能源綠色低碳轉(zhuǎn)型等注入強(qiáng)勁能量，助力高質(zhì)量發(fā)展。
作者系中國工程院院士、中國礦業(yè)大學(xué)（北京）教授
責(zé)任編輯：胡惠雯
