高 巖，李少彥，辛頌旭，張佳麗

(1.中國電建新能源規(guī)劃研究中心，北京100120；2.中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司，陜西西安710065；3.水電水利規(guī)劃設計總院，北京100120)

0 引 言

圍繞全球凈零排放情景，錨定碳達峰、碳中和目標實現(xiàn)，大力發(fā)展可再生能源已經(jīng)成為全球能源轉型和應對氣候變化的一致戰(zhàn)略選擇，其中資源儲備量大、技術成熟度高、建設場址靈活、經(jīng)濟性好的風力發(fā)電和光伏發(fā)電成為發(fā)展主力。截至2021年底，全國風力發(fā)電、光伏發(fā)電累計裝機容量已分別達到3.28億kW和3.06億kW，共占全國發(fā)電總裝機容量的26.7%，風力發(fā)電、光伏發(fā)電年新增裝機容量連續(xù)兩年超過1億kW[1-2]。根據(jù)國際能源署(IEA)等機構預測，要在21世紀中葉實現(xiàn)全球溫室氣體凈零排放，2050年全球近70%的發(fā)電量要來自風力發(fā)電和光伏發(fā)電[1]。我國已經(jīng)提出到2060年非化石能源消費比重達到80%以上的長期目標，風力發(fā)電、光伏發(fā)電在電力系統(tǒng)中的占比也將不斷提高[3- 4]?！笆奈濉奔耙院螅覈履茉慈詫⒈３指咚侔l(fā)展態(tài)勢，但高比例新能源自身的隨機性、波動性和間歇性將給電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行帶來前所未有的挑戰(zhàn)。

為解決新能源調(diào)節(jié)資源匱乏的困局，國家發(fā)展改革委、國家能源局等部門印發(fā)一系列政策文件從頂層設計、市場機制、管理辦法、技術攻關、項目示范等維度全面支持新型儲能發(fā)展，提出2025年實現(xiàn)新型儲能從商業(yè)化初期向規(guī)模化發(fā)展轉變，新型儲能裝機規(guī)模達3 000萬kW以上[5]。屆時新型儲能將在調(diào)峰、調(diào)頻、負荷跟蹤等多種應用場景中發(fā)揮快速響應、精準控制等作用，有效緩解供需時空不一致，提升新能源主動支撐能力，在能源領域碳達峰、碳中和過程中發(fā)揮顯著作用，為新型儲能高質(zhì)量快速發(fā)展奠定堅實基礎。

1 新型儲能發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 新型儲能裝機規(guī)模

2021年新型儲能新增并網(wǎng)規(guī)模在2020年首次突破百萬千瓦大關的基礎上，進一步提速，新增并網(wǎng)裝機規(guī)模達到245萬kW，是2020年新增并網(wǎng)裝機規(guī)模的1.6倍。截至2021年底，中國新型儲能累計裝機規(guī)模537萬kW[6]。2014年～2021年新型儲能裝機規(guī)模如圖1所示。

圖1 2014年～2021年新型儲能裝機規(guī)模變化情況

1.2 儲能技術發(fā)展現(xiàn)狀

新型儲能是除抽水蓄能外，以電力為主要輸出形式的儲能技術，作為支撐新型電力系統(tǒng)的重要技術和基礎裝備，新型儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展得到了高度重視，技術裝備研發(fā)、示范項目建設高度活躍，技術發(fā)展呈現(xiàn)百花齊放的新局面[7]。

鋰離子電池作為新型儲能的主力，在關鍵電池材料和固態(tài)電池設計、正負極材料、快充技術、半固態(tài)電池技術等方面取得了重要進展，鋰離子電池的安全性、一致性、循環(huán)壽命等技術指標均大幅度提高，并廣泛應用于電源側、用戶側和電網(wǎng)側儲能，在電力系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻、削峰填谷、新能源消納、增強電網(wǎng)穩(wěn)定性、應急供電等方面發(fā)揮重要作用。

液流電池在安全性、壽命、規(guī)模等方面優(yōu)勢明顯。我國液流電池技術在新一代高功率密度全釩液流電池關鍵電堆技術、高能量密度鋅基液流電池、鐵鉻液流電池等方面取得重要進展，全國多個全釩液流電池示范項目陸續(xù)建成投產(chǎn)，對液流電池可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

鈉離子電池雖然在能量密度、技術成熟度方面存在劣勢，但因其優(yōu)秀的低溫性能、豐富的原材料資源、較快的充放電速度等受到了行業(yè)高度關注，多家科研單位、設備制造企業(yè)等在鈉離子電池正極、負極、電解質(zhì)等關鍵材料以及鈉離子電芯和應用系統(tǒng)等方面取得多項研究成果，為鈉離子電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展奠定了良好基礎。

壓縮空氣儲能在系統(tǒng)特性分析、壓縮機技術、蓄熱換熱器技術、膨脹機技術、系統(tǒng)集成與控制技術等方面取得重要進展，多個先進壓縮空氣儲能示范項目相繼并網(wǎng)運行，為“十四五”期間壓縮空氣儲能發(fā)展開創(chuàng)良好局面。

儲熱儲冷技術在儲熱材料物性調(diào)控機理、儲熱換熱特性與強化、儲熱材料制備技術、系統(tǒng)控制與優(yōu)化技術等方面取得了重要進展。

飛輪儲能技術在大儲能容量飛輪本體、高速電機和調(diào)節(jié)控制技術等方面取得了進展，并在地鐵再生制動能量回收、風電場一次調(diào)頻、火電廠全容量飛輪儲能-火電聯(lián)合調(diào)頻等領域集成示范，驗證了其在短時高頻領域的良好應用前景。

2 相關儲能政策

2021年被新型儲能行業(yè)視為“儲能元年”，國家支持新型儲能發(fā)展力度空前，印發(fā)多個重要政策文件，具體為

2021年2月，國務院印發(fā)《關于加快建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟體系的指導意見》[8]，意見中明確提出推動能源體系綠色低碳轉型，加快大容量儲能技術研發(fā)推廣。

2021年3月，國家發(fā)展改革委、國家能源局印發(fā)《關于推進電力源網(wǎng)荷儲一體化和多能互補發(fā)展的指導意見》[9]，意見中明確提出在源網(wǎng)荷儲一體化實施中，引導電源側、電網(wǎng)側、負荷側和獨立儲能等主動作為、合理布局、優(yōu)化運行，實現(xiàn)科學健康發(fā)展，推進區(qū)域(省)級源網(wǎng)荷儲一體化、市(縣)級源網(wǎng)荷儲一體化和園區(qū)(居民區(qū))級源網(wǎng)荷儲一體化，提升保障能力和利用效率。同時，意見中還明確提出在多能互補實施中，要利用存量常規(guī)電源，合理配置儲能，充分發(fā)揮儲能設施的調(diào)節(jié)能力，推進風光儲一體化、風光水(儲)一體化、風光火(儲)一體化，提升可再生能源消納水平。

2021年5月，國家發(fā)展改革委印發(fā)《“十四五”時期深化價格機制改革行動方案的通知》[10]，通知中要求持續(xù)深化電價改革，建立新型儲能價格機制。

2021年7月，國家發(fā)展改革委、國家能源局印發(fā)《關于加快推動新型儲能發(fā)展的指導意見》[5]，意見中明確指出將發(fā)展新型儲能作為支撐建設新型電力系統(tǒng)的重要舉措，到2025年實現(xiàn)新型儲能從商業(yè)化初期向規(guī)模化發(fā)展的轉變，新型儲能裝機規(guī)模達3 000萬kW以上，到2030年，實現(xiàn)新型儲能全面市場化發(fā)展，新型儲能裝機規(guī)?；緷M足新型電力系統(tǒng)相應需求，成為能源領域碳達峰、碳中和的關鍵支撐之一。

2021年8月，國家發(fā)展改革委、國家能源局印發(fā)《關于鼓勵可再生能源發(fā)電企業(yè)自建或購買調(diào)峰能力增加并網(wǎng)規(guī)模的通知》[11]，通知中明確了在電網(wǎng)企業(yè)承擔消納主體責任的基礎上，企業(yè)自建或購買調(diào)峰能力增加并網(wǎng)規(guī)模的具體方式。

2021年9月，國家能源局印發(fā)《新型儲能項目管理規(guī)范(暫行)》的通知[12]，通知中明確各級能源主管部門組織開展本地區(qū)電力系統(tǒng)安全高效運行的新型儲能發(fā)展規(guī)模與布局研究，科學合理引導新型儲能項目建設。

2021年12月，國家能源局印發(fā)《電力并網(wǎng)運行管理規(guī)定》[13]和《電力輔助服務管理辦法》[14]，這兩份文件明確將電化學儲能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等新型儲能納入并網(wǎng)主體管理，鼓勵新型儲能參與電力輔助服務。

3 新型儲能發(fā)展特點

2021年，國家發(fā)展改革委和國家能源局印發(fā)相關文件明確新型儲能獨立市場主體地位，推動新型儲能的市場化進程，國家能源局華中監(jiān)管局、山西監(jiān)管辦等也相繼出臺文件，支持獨立儲能參與電力市場交易，山東省更是給予儲能行業(yè)電力市場化改革相關政策，支持獨立儲能直接進入電力現(xiàn)貨市場，明確儲能電站參與調(diào)峰輔助服務的收益標準和新能源容量租賃費用，鼓勵獨立儲能電站建設，助力新型儲能市場化發(fā)展。

3.1 鋰離子電池儲能

磷酸鐵鋰電池作為鋰離子電池的主力軍，其在單位千瓦投資、技術成熟度、建設期、應用場景等方面具有優(yōu)勢。加之其預制艙結構方便安裝調(diào)試，成為新型儲能市場的新寵兒，典型2 h磷酸鐵鋰電池儲能系統(tǒng)成本構成如圖2所示。

圖2 典型2 h磷酸鐵鋰電池儲能系統(tǒng)成本構成

2021年以來，鋰電池上游原材料價格振蕩走高，受上游原材料價格走高影響，磷酸鐵鋰電池儲能項目成本短期呈現(xiàn)小幅上漲趨勢。剔除最低中標價和最高中標價，2021年下半年磷酸鐵鋰電池儲能系統(tǒng)平均中標價略高于1 600元/(kW·h)，比2020年抬升7%左右。

3.2 液流電池儲能

液流電池儲能系統(tǒng)包括液流電池單元、變流設備、變壓和系統(tǒng)設備等，占項目初始投資成本的80%左右，建筑工程及其他費用占比20%左右。2021年，我國典型的4 h全釩液流電池儲能項目成本在3 000～3 500元/(kW·h)，高于磷酸鐵鋰電池儲能項目成本，而其中釩電解液成本就占近50%。典型4 h全釩液流電池儲能系統(tǒng)成本構成如圖3所示[14]。

圖3 典型4 h全釩液流電池儲能系統(tǒng)成本構成

與我國鋰礦主要依賴進口不同，我國釩礦產(chǎn)量占全球60%以上，原材料自主性高，釩液流電池儲能系統(tǒng)成本下降預期好。此外，液流儲能系統(tǒng)中釩電解液可以實現(xiàn)100%回收利用，通過電解液租賃等商業(yè)模式創(chuàng)新可以大幅降低初始投資中電解液成本，項目投運后按使用情況租賃電解液，系統(tǒng)成本具備較大下降空間。

3.3 先進絕熱壓縮空儲能

新型壓縮空氣儲能系統(tǒng)按照先進絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)、液化空氣儲能系統(tǒng)、超臨界壓縮空氣儲能系統(tǒng)3種技術路線推進，三者分別需要解決化石燃料補燃、儲氣洞穴依賴和系統(tǒng)運行效率問題。先進絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)已進入試驗示范及商業(yè)化應用階段，另外2種技術尚處在技術攻關階段。先進絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)按照儲氣方式的不同，分為洞穴儲氣(如鹽穴、煤礦巷道等)和高壓氣罐儲氣。鹽穴、煤礦巷道等洞穴儲氣方式成本顯著低于高壓氣罐儲氣方式。

從壓縮空氣技術路線看，基于分段壓縮熱回饋的先進絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)關鍵部件的技術難度較低，系統(tǒng)易于實現(xiàn)，具有儲能容量大、建設成本低、儲能效率高、適應性強、可冷熱電三聯(lián)供等特點，未來發(fā)展前景廣闊。目前，先進絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)設備國產(chǎn)化正在快速推進，在設備全部采用國產(chǎn)的情況下，總投資成本可下降約30%。另外，先進絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)與槽式光熱系統(tǒng)、傳統(tǒng)火電系統(tǒng)等有機耦合技術正在不斷發(fā)展，系統(tǒng)效率不斷提高，投資成本不斷降低。

3.4 儲能安全

2021年4月16日，北京大紅門儲能電站發(fā)生爆炸事故，引發(fā)社會對儲能安全問題的關注，儲能安全成為制約大規(guī)模新型儲能項目發(fā)展的主要影響因素之一。針對儲能安全的問題，相關部門快速響應，國家能源局于2021年6月印發(fā)《新型儲能項目管理規(guī)范(暫行)》，規(guī)范中明確新型儲能項目管理要堅持安全第一、規(guī)范管理、積極穩(wěn)妥的原則[12]，提出全生命周期安全管理要求，解決責任不清問題，落實強制退役措施，解決儲能電池超期服役、帶病工作問題。為樹立儲能產(chǎn)業(yè)全生命周期、全產(chǎn)業(yè)鏈安全意識，國家要求各地結合現(xiàn)有政策機制，強化標準規(guī)范引領和安全保障作用，加快制定新型儲能安全相關標，規(guī)范行業(yè)管理，強化安全風險防范。隨著國家、地方相關政策和儲能安全標準相繼落地，儲能安全問題將逐步降低對儲能發(fā)展的束縛。

4 新型儲能發(fā)展建議

為更好的支持新型電力系統(tǒng)建設，促進新能源消納，助力新型儲能健康發(fā)展，本文針對新型儲能發(fā)展提出以下幾方面建議，具體為：

一是以規(guī)?；癁榛A創(chuàng)新驅(qū)動新型儲能多元化發(fā)展。新能源持續(xù)大規(guī)模開發(fā)使得電力系統(tǒng)需要新型儲能等安全穩(wěn)定調(diào)節(jié)措施，支撐解決高比例新能源并網(wǎng)隱含的毫秒至秒級的暫態(tài)穩(wěn)定問題、秒至數(shù)分鐘級的出力跟蹤問題、小時級調(diào)峰能力不足問題、更長時間尺度的網(wǎng)架約束與輸電阻塞等問題。因此，以高比例新能源構建的新型電力系統(tǒng)為新型儲能發(fā)展搭建了規(guī)模化平臺，也將牽引著新型儲能按系統(tǒng)需求多元化發(fā)展，毫秒至分鐘級的電氣類儲能、飛輪儲能，小時級的電池儲能，8 h及以上的壓縮空氣儲能、氫儲能等，都將在新型電力系統(tǒng)構建中各顯所長，并在安全運行、調(diào)節(jié)機能發(fā)揮等方面全方位發(fā)展。

二是因地制宜配置新型儲能。加強規(guī)劃引領盡快制定出臺電化學儲能發(fā)展規(guī)劃方案，根據(jù)電力系統(tǒng)需求指導各地儲能發(fā)展規(guī)模，以市場化方式引導各類投資主體，推動新能源開發(fā)從強配儲能向?qū)嶋H需要轉變，做到因地制宜、務實高效，避免無序建設和利用不足的問題。建議電網(wǎng)企業(yè)根據(jù)電力系統(tǒng)運行趨勢統(tǒng)一測算儲能配置規(guī)模、位置和投產(chǎn)時序，促進源網(wǎng)荷儲一體化項目建設，鼓勵新能源基地集中配置大容量儲能裝置，提高儲能利用效率，并充分發(fā)揮現(xiàn)有火電、水電機組調(diào)峰潛力，推動儲能與火電、水電等常規(guī)調(diào)節(jié)電源協(xié)同發(fā)展。

三是建立健全儲能運營機制。盡快研究出臺新能源配儲能配套政策，明確新能源配儲能運營方式，建立儲能容量補償機制，充分體現(xiàn)儲能調(diào)峰價值。加快完善電力現(xiàn)貨市場建設，加大峰谷電價激勵措施，推動儲能電站以獨立主體或與新能源等發(fā)電主體聯(lián)合參與市場交易，為電力系統(tǒng)提供調(diào)峰、調(diào)頻等輔助服務，通過電力市場實現(xiàn)合理收益，有效疏導儲能建設和運維成本，更好促進新能源發(fā)展。鼓勵建設“共享儲能”設施，通過電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度，實現(xiàn)儲能在不同新能源場站間共享使用，進一步提高儲能設施的利用效率。

四是加快儲能技術攻關，完善技術標準體系。國家有關部門、企業(yè)、高校、科研院所等整合政產(chǎn)學研用資源，組建儲能技術“創(chuàng)新聯(lián)合體”，加快突破高能量密度、高安全、低成本和長周期存儲等關鍵技術，通過技術創(chuàng)新推動儲能成本下降和安全性提升。同時，要加快制定和完善儲能規(guī)劃設計、設備試驗、施工驗收、調(diào)試運行等各環(huán)節(jié)的技術標準體系，有力指導和規(guī)范我國儲能發(fā)展，保障儲能產(chǎn)品質(zhì)量和安全性，助力我國新能源安全穩(wěn)定高質(zhì)量發(fā)展。