01、中國工程院院士高翔：液流電池正步入GW級時代，可以發(fā)展耦合長時儲能的新型電廠

中國工程院院士、浙江工業(yè)大學(xué)校長高翔，長期致力于能源與環(huán)境領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵技術(shù)及工程應(yīng)用研究，在清潔能源、碳污減排、資源循環(huán)等方向取得系列創(chuàng)新成果。

當(dāng)前，我國構(gòu)建新型儲能體系需要破除哪些障礙?國內(nèi)規(guī)模化的長時儲能研究進(jìn)展如何?

記者：綠色低碳轉(zhuǎn)型離不開儲能技術(shù)的發(fā)展，您認(rèn)為構(gòu)建新型儲能體系需要破除哪些障礙?

高翔：風(fēng)電、光伏等可再生能源具有間歇性、波動性的特征，我們需要基于不同儲能技術(shù)的時間尺度、能量品位特征，綜合考慮儲能功率與儲能容量的匹配，發(fā)展規(guī)?；?、高安全、長壽命、低成本的混合儲能系統(tǒng)，以滿足多時間尺度、多應(yīng)用場景的儲能需求，構(gòu)建支撐可再生能源規(guī)?；瘧?yīng)用的混合儲能技術(shù)體系。

記者：談及規(guī)?；拈L時儲能，目前國內(nèi)的研究進(jìn)展如何?形成了哪些相對成熟的解決方案?

高翔：近年來，我國在儲能尤其是長時儲能領(lǐng)域取得了較好進(jìn)展，并正在加快推進(jìn)大容量、長時間尺度的電儲能、熱(冷)儲能、氫(氨/醇)儲能等技術(shù)研發(fā)及示范應(yīng)用，探索出了一些相對成熟的解決方案。如電儲能技術(shù)進(jìn)入了商業(yè)化發(fā)展的新階段，如液流電池正步入GW級時代;熱儲能技術(shù)已在火電靈活性改造、光熱發(fā)電等場景中實(shí)現(xiàn)應(yīng)用;氫儲能可以儲電，也可以儲氫及其衍生物(如氨、醇等)，已作為燃料在工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域得到了初步應(yīng)用，其中綠色甲醇燃料在杭州亞運(yùn)會主火炬得到了應(yīng)用。

未來，可以發(fā)展耦合長時儲能的新型電廠，通過煤電與風(fēng)光等可再生能源多能互補(bǔ)耦合儲能發(fā)電，結(jié)合碳捕集、綠色燃料制取、高效摻燒等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)低碳供電/供熱?？傮w上，大多數(shù)的長時儲能技術(shù)仍處于研發(fā)或示范應(yīng)用階段，離大規(guī)模應(yīng)用仍有差距，需要不斷迭代。

02、液流電池隨著混合儲能應(yīng)用快速滲透

近期，工信部發(fā)布《新型儲能制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展行動方案(征求意見稿)》，提出鼓勵結(jié)合應(yīng)用需求探索開發(fā)多類型混合儲能技術(shù)。

據(jù)了解，混合儲能系統(tǒng)采用兩種或兩種以上具有不同性能特點(diǎn)的儲能技術(shù)組合，以提高系統(tǒng)整體性能。在業(yè)內(nèi)人士看來，該模式能夠在彌補(bǔ)單一儲能技術(shù)缺陷、提升系統(tǒng)效率的同時，推動多種新興電池技術(shù)發(fā)展，前景廣闊。

混合儲能通過互補(bǔ)性能強(qiáng)、功能多、風(fēng)險分散和綜合效率高等優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)“1+1>2”的效果，因此備受業(yè)內(nèi)關(guān)注。2022年，國家發(fā)改委、國家能源局印發(fā)的《“十四五”新型儲能發(fā)展實(shí)施方案》提到，結(jié)合系統(tǒng)需求推動多種儲能技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用，開展復(fù)合型儲能試點(diǎn)示范。

在項目示范方面，國家能源局今年初發(fā)布《新型儲能試點(diǎn)示范項目名單》，共56個項目入選，其中包括山東省利津縣795MW/1600MWh、山西省朔州市平魯區(qū)100MW/200MWh、新疆維吾爾自治區(qū)哈密市伊州區(qū)256.5MW/1000MWh在內(nèi)的7個混合儲能項目。入選的混合儲能項目之多成為此次新型儲能試點(diǎn)示范的一大亮點(diǎn)。

整體來看，混合儲能形式多樣，以“磷酸鐵鋰+”為主，包括“磷酸鐵鋰+液流電池”“磷酸鐵鋰+飛輪”等。業(yè)內(nèi)分析認(rèn)為，當(dāng)前，我國電化學(xué)儲能以磷酸鐵鋰電池為主，而混合儲能能夠解決單一磷酸鐵鋰技術(shù)路線存在的短板。并且，在某一儲能技術(shù)發(fā)生故障或失效時，其他技術(shù)仍可以繼續(xù)提供能源存儲和釋放。

混合儲能技術(shù)在能源系統(tǒng)應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)

(1)優(yōu)化配置技術(shù)

合理的優(yōu)化配置是長短周期混合儲能優(yōu)化調(diào)控運(yùn)行的前提，能夠提升電力系統(tǒng)的靈活性和穩(wěn)定性，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，提高經(jīng)濟(jì)效益，并促進(jìn)能源的可持續(xù)發(fā)展。然而儲能設(shè)備種類多樣，在性能參數(shù)、成本效益、環(huán)境影響、市場需求和技術(shù)成熟度等方面差異顯著，需要根據(jù)不同的場景需求并綜合上述差異特征選擇合適的儲能設(shè)備，且同一種儲能設(shè)備也存在不同的功率/容量規(guī)?？梢赃x擇。此外，新能源接入電力系統(tǒng)的電壓等級、電氣位置及地理分布也對儲能系統(tǒng)的選址提出了更高的要求。因此，長短周期混合儲能系統(tǒng)的優(yōu)化配置主要涉及3個方面：選型、選址和定容。

針對儲能系統(tǒng)優(yōu)化配置軟件和平臺的開發(fā)，國內(nèi)外已有多個機(jī)構(gòu)進(jìn)行了嘗試并取得了一定的成果，但仍存在功能單一且操作復(fù)雜、模型的普適性和適應(yīng)性不足、技術(shù)集成和創(chuàng)新能力有待提升等問題，未來的儲能優(yōu)化配置平臺開發(fā)應(yīng)注重提升功能的綜合性和適應(yīng)性，增強(qiáng)技術(shù)集成和創(chuàng)新能力，提供更加準(zhǔn)確、高效和便捷的儲能系統(tǒng)優(yōu)化配置服務(wù)，推動儲能技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

(2)協(xié)同控制技術(shù)

由于長短周期儲能運(yùn)行控制特性不同，高效可靠的協(xié)同控制策略是確保長短周期儲能系統(tǒng)高效管理能量及優(yōu)化目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵前提。長短周期混合儲能的協(xié)同控制一般接收來自上層的控制信號，通過控制算法對底層變流器進(jìn)行差異化控制，以保證儲能單元、逆變器在系統(tǒng)中的協(xié)調(diào)運(yùn)行。協(xié)同控制技術(shù)可分為經(jīng)典策略和智能策略，兩者主要區(qū)別在于經(jīng)典策略通常需要準(zhǔn)確的系統(tǒng)模型，并對參數(shù)變化敏感，而智能策略不需要準(zhǔn)確的模型并且對參數(shù)變化具有魯棒性，包括非線性控制、模型預(yù)測控制、模糊邏輯控制及人工智能控制等策略。

圖1 長短周期混合儲能協(xié)同控制策略分類

(3)能量管理技術(shù)

能量管理在長短周期混合儲能系統(tǒng)中同樣扮演著至關(guān)重要的角色，其核心任務(wù)是在遵循各類運(yùn)行約束條件的基礎(chǔ)上，充分考慮各類儲能的工作特性、循環(huán)壽命以及耐久性限制，結(jié)合源荷預(yù)測和調(diào)節(jié)需求，合理分配各儲能單元的輸出功率。目前，按照實(shí)現(xiàn)方式可以分為基于系統(tǒng)規(guī)則、基于優(yōu)化算法和基于智能算法等三大類能量管理技術(shù)。

圖2 能量管理技術(shù)相關(guān)優(yōu)化算法

不過，盡管混合儲能頗具優(yōu)勢，項目建設(shè)也已取得一定進(jìn)展，但要實(shí)現(xiàn)更廣泛的商業(yè)化應(yīng)用仍存在挑戰(zhàn)。據(jù)了解，目前，混合儲能產(chǎn)業(yè)鏈尚不完善，且不同類型的儲能設(shè)備之間存在相互作用和協(xié)作的關(guān)系，管理復(fù)雜。

在業(yè)內(nèi)人士看來，未來儲能應(yīng)用將朝著多場景、多技術(shù)路線和多元化方向發(fā)展。綜合優(yōu)化儲能成本和性能將是當(dāng)前和未來電力系統(tǒng)儲能布局的重點(diǎn)方向。通過混合儲能，充分利用不同儲能技術(shù)的長處，將實(shí)現(xiàn)更高效、更靈活的能源存儲和管理。

今年以來，眾多混合儲能項目進(jìn)入并網(wǎng)期。業(yè)內(nèi)有分析認(rèn)為，伴隨著越來越多的混合儲能項目走向?qū)嶋H運(yùn)行驗證，混合儲能將迎來跨越式增長，未來幾年內(nèi)有望在特定市場領(lǐng)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)更廣泛的商業(yè)化應(yīng)用。

另外，業(yè)內(nèi)也有觀點(diǎn)認(rèn)為，混合儲能的發(fā)展，將為各類新型電池技術(shù)帶來更多應(yīng)用空間和市場機(jī)遇。液流電池、飛輪儲能等部分新型儲能成本較高、規(guī)模尚小，或隨著混合儲能應(yīng)用實(shí)現(xiàn)快速滲透。