《“十四五”新型儲能發(fā)展實施方案》部署了多種長時儲能技術(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、壓縮空氣儲能、熔鹽儲熱、氫儲能等多種類別技術(shù)，反映出碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)對長時儲能的迫切需求。
多家電力央企已在不同賽道發(fā)力長時儲能技術(shù)，但還沒有一種技術(shù)能同時滿足長壽命、安全、經(jīng)濟(jì)、效率高、大規(guī)模儲能等多項指標(biāo)，長時儲能技術(shù)的發(fā)展競賽才剛剛起步。
全釩液流電池：儲能新貴
全釩液流電池是液流電池的一種，利用釩離子價態(tài)的變化實現(xiàn)電能儲存和釋放。其在常溫常壓下運行，電解液為水溶液，反應(yīng)過程只涉及釩離子價態(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，壽命可長達(dá)20年。
全釩液流電池能量密度較低，因此體積較大。同時，其運行溫度受到一定的限制，一般在5-40℃。
全釩液流電池儲能系統(tǒng)由電堆、電解液、管路系統(tǒng)、儲能變流器等組成，其中電堆和電解液成本占系統(tǒng)總成本超過60%。受到釩價高的影響，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，若釩價格不超過10萬元/噸，電解液成本大概在1300-1500元/kWh。2019年12月，釩價格曾一度猛漲至54萬元/噸，當(dāng)前五氧化二釩價格有所下降，但也超過12萬元/噸。
解決電堆成本問題，可以通過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，國家電網(wǎng)、國家電投、國家能源集團(tuán)、華電集團(tuán)、大唐集團(tuán)、上海電氣等都曾涉足過全釩液流電池的項目。
國內(nèi)較早投運的全釩液流電池系統(tǒng)是原國電龍源臥牛石風(fēng)電儲能項目，該項目在2013年投運，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)運行9年。大連液流電池儲能調(diào)峰電站國家示范項目一期100MW/400MWh電站近期已完成主體工程建設(shè)，計劃于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能電站。這兩個項目都使用了中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所的液流電池技術(shù)。
國網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢南瑞有限責(zé)任公司從2011年開始開發(fā)模塊化百千瓦全釩液流電池儲能系統(tǒng)，目前具備釩電池本體設(shè)計、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儲能系統(tǒng)，2020年其研發(fā)的31.5kW釩電池電堆產(chǎn)品在國網(wǎng)湖北電科院試點項目中進(jìn)行了首次工程化應(yīng)用。
國家能源集團(tuán)低碳研究院則開發(fā)了全釩液流電池流過式電堆技術(shù)，實現(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)中央研究院儲能液流電池產(chǎn)品部自2011年創(chuàng)建以來致力于液流電池儲能產(chǎn)品的自主研發(fā)，攻克了電池設(shè)計、電池密封、電池自動化制造工藝、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年中報顯示，由上海電氣自主研發(fā)制造的1MW/1MWh全釩液流電池儲能電站在廣東汕頭市濠江區(qū)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)園順利通過驗收。
鐵-鉻液流電池：尚需時間驗證
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，鉻在全球探明儲量達(dá)到5.1億噸，大于釩儲量(2000萬噸)、鋰儲量(1600萬噸)。當(dāng)前鉻鐵價格(微碳鉻鐵，約1.9萬元/噸)低于釩(五氧化二釩，超過12萬元/噸)和鋰(磷酸鐵鋰，約16萬元/噸)。
鐵-鉻液流電池的缺點在于其體積能量密度較低，約10-20Wh/L，因此體積也較大。由于示范時間較短，仍需經(jīng)歷較長的驗證周期。
國家電投從2017年開始進(jìn)軍鐵-鉻液流電池技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域，是這一技術(shù)的堅定支持者。
2022年1月20日，國家電投擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的“容和一號”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30kW“容和一號”電池堆。此前，國家電投集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司儲能技術(shù)研究所所長王含在電力行業(yè)儲能技術(shù)與應(yīng)用研討2021年會中介紹，為推動技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，國家電投鐵-鉻液流電池儲能產(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，還在內(nèi)蒙古霍林河啟動全球首個兆瓦級鐵-鉻液流電池儲能示范項目建設(shè)，預(yù)計2022年年底投產(chǎn)。
壓縮空氣儲能：對標(biāo)抽蓄
壓縮空氣儲能技術(shù)在用電低谷時段利用電能，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)能存儲起來，在用電高峰時段將高壓空氣從儲氣室釋放，進(jìn)入燃燒室燃燒利用燃料燃燒加熱升溫后，驅(qū)動渦輪機(jī)發(fā)電。
壓縮空氣屬于大規(guī)模機(jī)械儲能技術(shù)，單機(jī)規(guī)模可到100MW級，儲能時間可達(dá)4-10小時，壽命在30-50年。
壓縮空氣儲能與抽水蓄能一樣，易受地理條件約束，建造壓縮空氣系統(tǒng)，需要特殊的地理條件來作為大型儲氣室，如高氣密性的巖石洞穴、鹽洞、廢棄礦井等。此外，示范項目系統(tǒng)效率最高約61%，相比抽水蓄能的80%，效率較低。
近一年來，電力央企在壓縮空氣儲能領(lǐng)域進(jìn)展頗多。
2021年9月30日，中國華能集團(tuán)有限公司建設(shè)、調(diào)試和運維的世界首個非補(bǔ)燃壓縮空氣儲能電站——江蘇金壇鹽穴壓縮空氣儲能國家試驗示范項目并網(wǎng)試驗成功。該項目于2017年獲國家能源局立項，由中鹽集團(tuán)、中國華能和清華大學(xué)共同開發(fā)，一期工程發(fā)電裝機(jī)60兆瓦，儲能容量300兆瓦時，遠(yuǎn)期建設(shè)規(guī)模1000兆瓦。
2022年4月，山東公布2022年度儲能示范項目，其中包括兩個壓縮空氣儲能項目，分別是由華能作為投資方之一投資的肥城壓縮空氣儲能300MW/1800MWh調(diào)峰電站，以及國家能源集團(tuán)投資的國華蘭陵壓縮空氣儲能電站示范項目。
對外宣布項目最多的是中國能建集團(tuán)剛剛組建的數(shù)字科技集團(tuán)。
2022年1月26日，中國能建數(shù)字科技集團(tuán)在京揭牌成立。揭牌前夕，中國能建數(shù)字科技集團(tuán)已經(jīng)簽約多個壓縮空氣儲能項目，包括：湖北應(yīng)城300MW級壓縮空氣儲能電站示范工程，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);遼寧朝陽縣風(fēng)光儲氫一體化項目，其中包括300MW級壓縮空氣儲能電站;山東泰安2×300兆瓦級壓縮空氣儲能創(chuàng)新示范項目，遠(yuǎn)期目標(biāo)是建成6臺(套)300MW級壓縮空氣儲能電站。
熔鹽儲熱：大規(guī)模儲熱
熔鹽儲熱是一種熱儲能技術(shù)，以儲熱材料(熔鹽)為媒介，將太陽能光熱、地?zé)帷⒐I(yè)余熱、低品位廢熱或者由電能轉(zhuǎn)換來的熱能儲存起來，在需要的時候釋放，既可用于發(fā)電，也可用于工業(yè)供汽或民用采暖。
熔鹽儲熱技術(shù)儲熱功率可以達(dá)到百兆瓦級別，且可以實現(xiàn)單日10小時以上的儲熱能力，使用壽命可達(dá)30年以上。但其面臨熔鹽質(zhì)量難以把控的問題。若熔鹽中雜質(zhì)較多，會影響產(chǎn)品性能，從而影響儲換熱效率，嚴(yán)重時可能腐蝕設(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，上海電氣中央研究院基于其所開發(fā)的熔點低、儲熱密度高的熔鹽儲熱材料，自主開發(fā)了單/雙罐熔鹽儲熱系統(tǒng)，并分別在實驗室及工程項目上得到了成功應(yīng)用。
2021年1月30日，國家能源集團(tuán)北京低碳清潔能源研究院MW級高溫儲熱中試裝置在河北省張家口市某美麗鄉(xiāng)村清潔供暖項目中完成900℃的升/降溫運行工作，裝置最高儲熱溫度達(dá)912℃，效率達(dá)到97%以上。該供暖項目是由低碳院投資建設(shè)的第一個基于自主研發(fā)的煤基儲熱材料的電供暖項目，儲熱功率1MW，儲熱量8MWh，可為當(dāng)?shù)?萬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”新型儲能示范項目中榜公示表，其中，“儲熱發(fā)電”一項——高倍率熔鹽儲能供熱和發(fā)電示范項目，中榜企業(yè)為國家能源集團(tuán)龍源(青海)新能源開發(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)組熔鹽儲熱技術(shù)項目投資機(jī)會研究報告編制技術(shù)服務(wù)發(fā)布采購公告。根據(jù)公告，項目規(guī)劃新建一套熔鹽儲能系統(tǒng)，對靖遠(yuǎn)熱電現(xiàn)有2×220MW機(jī)組進(jìn)行靈活性改造。中國能源建設(shè)集團(tuán)浙江省電力設(shè)計院有限公司以478000元報價成功中標(biāo)。
中國能建也投建了熔鹽儲熱項目。2021年6月，中國能建哈密熔鹽塔式5萬千瓦光熱發(fā)電項目正式開啟“24小時不間斷發(fā)電”模式;9月，該項目實現(xiàn)全容量并網(wǎng)。該項目儲熱能力約1300兆瓦時。
氫儲能：效率待解
氫儲能技術(shù)利用電解制氫，將電能轉(zhuǎn)化為氫能儲存起來;在需要時，利用氫氣通過燃料電池或其他發(fā)電裝置發(fā)電，可實現(xiàn)大規(guī)模、長周期儲能。
不過，氫儲能系統(tǒng)效率為30%-40%，比抽水蓄能和電化學(xué)儲能要低得多，即使考慮燃料電池余熱利用，效率依然說服力不足。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。現(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)壽命有待驗證。
國家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)、國家電投、華電集團(tuán)、國家能源集團(tuán)、華能集團(tuán)、大唐集團(tuán)、中國能建、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。部分電力央企已開始探索氫儲能在可再生能源消納、電網(wǎng)調(diào)峰等應(yīng)用場景的示范。
2021年8月，陜西咸陽秦都區(qū)與國家能源集團(tuán)陜西電力有限公司舉行光儲氫綜合應(yīng)用一體化項目簽約儀式。該項目總投資20億元，主要建設(shè)屋頂分布式光伏發(fā)電、儲能電站及電解水制氫項目。
2021年12月28日，國網(wǎng)安徽六安兆瓦級氫能綜合利用示范站首臺燃料電池發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電。項目總投資5000萬元，占地10畝，容量1WM的分布式氫能綜合利用站是國內(nèi)第一個兆瓦級氫能源儲能電站。據(jù)了解，其運營模式是在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)研究院和國網(wǎng)浙江省電力有限公司共同研發(fā)的百千瓦級氫利用系統(tǒng)裝備及管控技術(shù)成果，將在浙江臺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，儲氫容量200立方米(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))，供電時長逾2小時，“制氫—燃料電池?zé)犭姎饴?lián)供”全系統(tǒng)綜合能效超過72%。項目近期將進(jìn)行調(diào)試運行。
