“新能源+储能”助力“十四五”现代能源体系建设
■北京建筑节能与环境工程协会秘书长 李 军
2018—2040年全球不同国家的累计储能装置量 Bloomberg NEF（彭博新能源财经）/供图
3月22日，国家发展改革委、国家能源局印发《“十四五”现代能源体系规划》（以下简称《规划》）的通知，展望2035年，能源高质量发展取得决定性进展，基本建成现代能源体系，可再生能源发电成为主体电源。根据欧洲光伏工会（EPIA）的预测，到2040年，可再生能源占总体能源结构的比例将达到总能源消耗量的50%以上，光伏发电所占比例将超过20%；至21世纪末，在能源总供给中可再生能源占比将超过80%，光伏发电占比将超过60%。能源网络也在发生变化，以适应日益增长的能源需求，同时也支持可再生能源的渗透，而能源网络的变化过程中必然会增加大量的储能系统。储能系统在很大程度上解决了新能源发电的随机性、波动性问题，可以实现新能源发电的平滑输出，有效调节新能源发电引起的电网电压、频率及相位的变化，使大规模风电及光伏发电方便可靠地并入常规电网，提高绿色能源整体利用率。《规划》的顺利实现，储能是关键要素。
按照能量储存方式的不同，储能可分为物理储能、化学储能、电磁储能三类。其中物理储能主要包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等，化学储能主要包括铅酸电池、锂离子电池、钠硫电池、液流电池等，电磁储能主要包括超级电容器储能、超导储能等。
新能源储能技术中，锂离子电池是首选。锂离子电池储能性能较好，使用寿命长，循环次数高。一般情况下，锂离子电池可循环3000次左右，钛酸锂电池则高达2.5万次。锂离子电池的新增装机规模在全球和国内都居于榜首，国内众多企业布局锂离子电池储能技术；电池梯次利用延长了锂离子电池的使用寿命，使其进一步降低成本。铅蓄电池技术成熟，电池材料来源广泛，成本较低，铅炭电池90min便可充满，减少了负极硫酸盐化现象，延长了电池寿命，且功率密度也得到提高，是铅蓄电池技术发展的主流方向。钠硫电池能量密度高达760Wh/kg，转换效率接近100%，电池循环次数高达2500次。然而，成本高昂对工作环境要求很苛刻，300℃才能启动，钠硫储能电池在国外应用较多，国内未能大规模推广。液流电池采用正负极电解液单独循环的特殊结构，提高了化学反应效率，能量转换效率可达96%以上，能量密度达92Wh/kg，循环次数为13000次左右，使用寿命在20年左右。由于液流电池技术成熟度不高，体积较大，价格方面也不占优势，因此在国内应用并不广泛。目前，在化学存储方面，科研人员的研究方向主要放在材料属性和能力改进上，包括电极、电解质、新型膜和分离器等的优化，最有希望的技术包括Li-S、M-Air和固态电池及新的液流电池和混合电容器。
新能源储能技术中的蓄热储能装置有助于减少住宅、非住宅和工业的二氧化碳排放量。然而，蓄热储能面临着成本和稳定性问题，开发适用于各种温度范围、各种容器的蓄热储能装置，蓄热储能装置的隔热问题及系统的设计和集成等还在研究中。
存储系统方面的未来研发方向包括增加存储容量、促进与绿色能源的整合、具有更高的循环寿命和效率以及更高的放电时间能力等，其中最重要的是可靠性高的混合解决方案的设计和研发。
美国、日本将储能当作一个独立产业来看待并出台了专门的扶持政策，中国也应该重视储能的发展，鼓励相关技术的研发，出台相关政策，以顺利实现可再生能源发电成为主体电源、新型电力系统建设取得实质性成效的目标。
本文原载于《中国建材报》4月11日9版
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