“十四五”新型储能技术创新发展趋势
中国储能网讯：1、背景
近期，国家能源局和有关部门先后发布了《“十四五”新型储能发展实施方案》、《“十四五”能源领域科技创新规划》，为新型储能技术创新方向和技术产业化、规模化发展提供了指导意见。“十四五”新型储能技术发展以创新引领、示范先行为基本原则，补强短板，锻造长板，推动储能技术革新、产业升级、成本下降，支撑新型储能从示范应用向规模市场化的发展。通过推动多元化新型储能技术开发，实现创新能力显著提高、核心技术装备自主可控水平大幅提升、标准体系基本完善的发展目标，为构建以新能源为主体的新型电力系统提供关键支撑。
2、新型储能技术类型
根据电力系统对储能的需求，储能技术的应用场景涉及到电源侧（集中式可再生能源并网、火电厂辅助AGC调频）、电网侧（电网输配及辅助服务）、用户侧（家庭、工业园区）以及分布式微网。不同应用场景对储能技术的性能要求有所不同，储能应用场景的多样性决定了储能技术的多元化发展。特别地，根据不同储能时长的需求，储能的应用场景可以分为容量型（≥4小时）、能量型（约1~2小时）、功率型（≤30分钟）和备用型（≥15分钟）四类1。根据储能时长要求的不同进行储能类型划分，有助于推进以市场应用为导向的技术开发思路，使不同储能技术在各自适用的场景中发挥独特的性能优势。《“十四五”能源领域科技创新规划》中，将容量型、能量型、功率型和备用型储能技术装备及系统集成技术列为新型电力系统及其支撑技术中的重点任务。
（1）容量型储能：该类型一般要求储能时长不低于 4 h，应用于削峰填谷或离网储能等容量型储能场景。利用长时储能技术可以减小峰谷差，提升电力系统效率和设备利用率，降低新发电机组和输电线路的建设需求。
（2）功率型储能: 该类型储能系统的储能时长一般在 15～30 min，应用于辅助AGC调频或平滑间歇性电源功率波动等功率型储能场景。在此场景下，要求储能系统可以瞬时吸收或释放能量，提供快速的功率支撑。
（3）能量型储能: 该类型介于容量型和功率型储能之间，一般应用于复合储能场景，要求储能系统能够提供调峰调频和紧急备用等多重功能，连续储能时长在1～2 h 之间，例如独立储能电站或电网侧储能。
（4）备用型储能: 在电网突然断电或电压跌落时，储能系统作为不间断电源提供紧急电力，持续时间一般不低于15 min，应用于数据中心和通讯基站等备用电源场景。
可再生能源发电存在分钟、小时、连续数天甚至跨季节等不同时间尺度上的波动性或间歇性，因此存在对备用型、功率型、能量型、容量型等不同时长储能技术类型的需求，以及储能配置规模、成本要求等方面的差异。新型储能技术的应用需考虑系统发挥不同的功能价值，以及可再生能源电力系统可接受的成本约束。目前由于储能技术成本仍然较高，商业模式单一，从经济性角度无法有效刺激新能源电站主动配置储能系统，需要电价政策的引导和支持。新型储能技术的规模化发展将从备用型（离网黑启动）和功率型（平滑功率波动，调频）应用逐步扩展至能量型（1小时左右的临时顶峰输出）和容量型（4小时以上的削峰填谷）的应用。
目前新能源侧配置储能系统通常以功率型或能量型为主，主要起到平滑功率波动的作用。随着新能源装机容量和发电比例的提升，对储能时长的要求越来越高，容量型储能的需求日益增长。例如，2021年美国新增电池储能系统3.5GW/10.4GWh，大部分系统的持续放电时间要求不低于4小时。美国能源部表示，到2030年，长时储能技术必须实现大规模商业化运营，以增加电网中可再生能源的份额。国内各地也陆续出台文件支持4小时以上容量型储能的应用。例如，2022年3月，内蒙古自治区能源局发布文件，要求新增负荷所配置的新能源项目配建储能比例不低于新能源配置规模的15%（4小时），存量自备负荷部分按需配置储能比例。新疆维吾尔自治区发改委出台文件以储能规模确定新能源项目，建设不低于4小时时长储能项目的企业，允许配建储能规模4倍的风电光伏发电项目。随着新能源装机规模的提升和长时储能技术的进步，4小时以上的新型长时储能技术将逐步进入商业化应用，满足电力系统长时储能的服务需求。
3、技术创新发展趋势
储能应用场景的复杂性决定了单一储能技术无法满足电网需求的多样性。因此，针对特定场景选择合适的储能技术进行开发和应用将是储能市场的主旋律。
（1）容量型储能：容量型储能技术种类较多，包括新型锂离子电池、铅碳电池、液流电池、钠离子电池、压缩空气、储热蓄冷、氢储能等。其中，铅碳电池、储热蓄冷等虽已进入商业推广阶段，但未来还需加强在大容量方向的技术创新，降低一次投入成本，延长使用寿命，开发绿色制造和绿色回收技术。液流电池、钠离子电池等已经进入到示范应用阶段，目前面临的普遍问题是成本较高、关键性能还需进一步突破。新型锂离子电池（例如，锂浆料电池）目前正处于中试或关键技术突破阶段，需要在已有锂离子动力电池产业基础上，进一步开发高安全、低成本、易回收的大容量储能专用电池。
（2）功率型储能：功率型短时储能技术主要包括超导储能、飞轮储能、超级电容器和各类功率型电池。目前面临的主要问题是系统价格昂贵、可靠性低、维护要求较高，未来仍需在关键材料和大功率器件的开发方面加强创新，掌握核心技术，建立自主知识产权体系。
（3）能量型储能：能量型储能技术以0. 5C 或1C 型磷酸铁锂电池为主，已经进入商业应用阶段，是目前锂离子电池应用于电力储能的主要类型。未来该场景也有可能会成为功率型和容量型混合储能的应用场景。
（4）备用型储能：备用型储能技术要求具有低的自放电率、响应时间短、性能稳定、安全可靠，铅蓄电池、梯级利用电池、飞轮储能等都可满足使用需求。
新型储能技术亟待突破的共性关键技术集中在寿命、回收和安全三个方面，例如循环寿命的预测及测试评价技术、低成本修复延寿技术、退役电池的梯次利用技术、绿色回收再生技术、本质安全技术、安全检测及预警防护技术等。储能技术未来发展的重点是围绕“长效设计、低碳制造、安全运维和绿色回收”的理念，加快技术创新和迭代升级，结合不同应用场景需求建立和完善标准体系。
（1）寿命：相关技术包括寿命提升和寿命检测两个方面。通过材料体系优化、结构创新设计、修复再生等方式可以提高储能系统使用寿命，进而降低度电成本，减少资源浪费，这是新型储能技术开发的重要内容。另一方面，由于储能系统的复杂性，使用寿命受到运行环境、运行方式、电池一致性等较多因素的影响，而目前寿命预测大多停留于实验室阶段，因此亟需结合实际工况开发面向用户的储能系统寿命有效预测及测试评价技术。
（2）回收：双碳目标的提出和上游资源供应的波动推动了储能电池回收产业的发展。储能电池回收后的处理主要包括修复再生、梯次利用和材料回收。修复再生技术的开发有助于减少回收压力，同时推动具有低成本可修复再生特性的新型储能材料及器件的资源循环利用，推广从生产源端就考虑易回收的电池长效设计理念。梯次利用的性能评估和质量控制技术有待突破，如果安全性不能得到保障，梯次利用电池将无法规模应用于储能领域。材料回收方面主要是提高电池自动化拆解和材料分选技术水平，降低回收环节的能耗和碳排放，提高回收率，发展绿色回收技术和产品的生态设计，促进循环经济的发展。
（3）安全：多起锂离子电池储能电站安全事故的发生为行业发展敲响了警钟。《“十四五”新型储能发展实施方案》中提出要突破储能全过程安全技术，包括电池本质安全控制、电化学储能系统安全预警、系统多级防护结构及关键材料、高效灭火及防复燃、储能电站整体安全性设计等关键技术，以及多元新型储能接入电网系统的控制保护与安全防御技术。其中，新型锂离子电池的本质安全技术开发至关重要，关系到未来锂电长时储能的规模发展。
4、总结
“高安全、低成本、可持续”是所有新型储能技术发展的共同目标。新型储能技术从促进可再生能源消纳到降低可再生能源利用成本，需要结合不同储能场景需求进行创新设计，推动多元化技术发展。随着新能源发电比例的快速提升，大容量长时储能技术和长寿命大功率储能器件的开发成为储能产业亟需的重要攻关方向。
储能是保障可再生能源大规模发展和电网稳定运行的关键环节。在支撑能源可再生发展的同时，储能产业自身的可再生发展也至关重要。因此，在全球能源和资源紧张的背景下，储能技术开发应站在全产业链和全生命周期的角度，进行安全、成本和可持续发展能力的综合评估，发展新型储能的可再生技术和循环经济商业模式，加快建立以企业为主体、市场为导向、产学研用相结合的绿色储能技术创新体系2。
作者：陈永翀1，2 冯彩梅1 刘丹丹1 刘勇2
1、中国科学院电工研究所储能技术组
2、中国化学与物理电源行业协会储能应用分会
参考文献：
1、陈永翀，储能电池技术多元化发展探讨, 中华新能源，2018, 24, 36-41
2、陈永翀，构建市场应用导向的绿色储能技术创新体系，新华网，2020年04月26日
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