聚焦雙碳目標(biāo)和新型電力系統(tǒng)
加快推進(jìn)新型儲(chǔ)能技術(shù)高質(zhì)量發(fā)展
規(guī)劃編制新型儲(chǔ)能專業(yè)組
新型儲(chǔ)能是除抽水蓄能以外以輸出電力為主要形式的儲(chǔ)能技術(shù)，具有精準(zhǔn)控制、快速響應(yīng)、靈活配置和四象限靈活調(diào)節(jié)功率的特點(diǎn)，能夠?yàn)殡娏ο到y(tǒng)提供多時(shí)間尺度、全過程的平衡能力、支撐能力和調(diào)控能力，是構(gòu)建以新能源為主體新型電力系統(tǒng)的重要支撐技術(shù)。新型儲(chǔ)能通過與數(shù)字化、智能化技術(shù)深度融合，將成為電、熱、冷、氣、氫等多個(gè)能源子系統(tǒng)耦合轉(zhuǎn)換的樞紐，可以促進(jìn)能源生產(chǎn)消費(fèi)開放共享和靈活交易、實(shí)現(xiàn)多能協(xié)同，支撐能源互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建，促進(jìn)能源新業(yè)態(tài)發(fā)展。
《“十四五”能源領(lǐng)域科技創(chuàng)新規(guī)劃》（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)劃》）聚焦雙碳戰(zhàn)略目標(biāo)，著力提升能源電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力、綜合效率和安全保障能力，支撐新型電力系統(tǒng)建設(shè)和能源綠色、低碳、高效轉(zhuǎn)型。《規(guī)劃》緊扣“十四五”新型儲(chǔ)能功能定位，結(jié)合新型儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，圍繞能量型/容量型儲(chǔ)能技術(shù)裝備及系統(tǒng)集成技術(shù)、功率型/備用型儲(chǔ)能技術(shù)裝備與系統(tǒng)集成技術(shù)、儲(chǔ)能電池共性關(guān)鍵技術(shù)、分布式儲(chǔ)能與分布式電源協(xié)同聚合技術(shù)等方面進(jìn)行重點(diǎn)任務(wù)的部署，確定了4項(xiàng)集中攻關(guān)、3項(xiàng)示范試驗(yàn)和1項(xiàng)應(yīng)用推廣，并制定了技術(shù)路線圖，加快新型儲(chǔ)能規(guī)?；⒏哔|(zhì)量發(fā)展。
一、新型儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展成就
（一）新型儲(chǔ)能本體技術(shù)發(fā)展迅速，呈現(xiàn)出“百花齊放”的良好態(tài)勢(shì)。
電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)中，鋰離子電池性能大幅提升，電池能量密度提高1倍，循環(huán)壽命提高2～3倍；成本下降迅速，儲(chǔ)能系統(tǒng)建設(shè)成本降至1200～1800元/ kWh；平準(zhǔn)化度電成本降至0.58～0.73元/ kWh（按照儲(chǔ)能每天充放電循環(huán)一次），產(chǎn)業(yè)鏈持續(xù)完善，基本實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，已初步具備規(guī)?；虡I(yè)化發(fā)展條件。液流電池方面已攻克全釩液流電池卡脖子技術(shù)，基本能夠?qū)崿F(xiàn)關(guān)鍵材料、部件、單元系統(tǒng)和儲(chǔ)能系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)化，循環(huán)壽命超過16000次，儲(chǔ)能系統(tǒng)建設(shè)成本降至2500～3900元/ kWh，正在建設(shè)百兆瓦級(jí)項(xiàng)目試驗(yàn)示范。鉛碳電池取得較大進(jìn)步，循環(huán)壽命達(dá)5000次，儲(chǔ)能系統(tǒng)建設(shè)成本降至1200元/kWh，實(shí)現(xiàn)了兆瓦到數(shù)十兆瓦級(jí)應(yīng)用。其他電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)如下一代鋰離子電池、鈉離子電池、液態(tài)金屬電池、金屬空氣電池尚不具備實(shí)用化價(jià)值。機(jī)械儲(chǔ)能技術(shù)中，壓縮空氣儲(chǔ)能方面開展了新型壓縮空氣儲(chǔ)能研究，并在關(guān)鍵技術(shù)上取得較大突破，實(shí)現(xiàn)10MW級(jí)先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)試驗(yàn)示范。飛輪儲(chǔ)能方面自主掌握了飛輪、磁懸浮、電機(jī)系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了鉆機(jī)動(dòng)力調(diào)峰、動(dòng)態(tài)UPS、電能質(zhì)量管理的示范應(yīng)用。電磁儲(chǔ)能技術(shù)中，超級(jí)電容儲(chǔ)能方面混合型電容實(shí)現(xiàn)較大突破，能量密度已達(dá)到40Wh/kg以上，功率密度已達(dá)到1kW/kg以上，充放電循環(huán)次數(shù)50000次以上。儲(chǔ)熱、氫儲(chǔ)能技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了原理樣機(jī)突破。
（二）新型儲(chǔ)能應(yīng)用技術(shù)不斷突破，應(yīng)用規(guī)模穩(wěn)步提升，應(yīng)用場(chǎng)景不斷拓展，建成了一批試點(diǎn)示范項(xiàng)目。
“十三五”期間，我國(guó)儲(chǔ)能應(yīng)用技術(shù)初步突破儲(chǔ)能容量配置、儲(chǔ)能電站能量管理、源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)協(xié)同控制等關(guān)鍵技術(shù)，先后開展了大容量?jī)?chǔ)能提升新能源并網(wǎng)友好性、儲(chǔ)能機(jī)組二次調(diào)頻、大容量?jī)?chǔ)能電站調(diào)峰、分布式儲(chǔ)能提升微電網(wǎng)運(yùn)行可靠性、儲(chǔ)能電站共享等多樣性示范工程，多個(gè)示范工程相關(guān)核心技術(shù)指標(biāo)也達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。截至2020年底，我國(guó)新型儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模約330萬千瓦，排名世界第一。除了少數(shù)示范項(xiàng)目采用壓縮空氣和飛輪儲(chǔ)能技術(shù)，其余采用電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)，其中，鋰離子電池規(guī)模占比約89%，鉛蓄電池規(guī)模占比約10%，液流電池裝機(jī)規(guī)模占比約0.7%，超級(jí)電容儲(chǔ)能規(guī)模占比約0.1%。除了總規(guī)模的提升，單個(gè)儲(chǔ)能項(xiàng)目的裝機(jī)規(guī)模在不斷突破，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)裝機(jī)規(guī)模在50MW及以上的新型儲(chǔ)能項(xiàng)目約7個(gè)，10MW到50MW之間的新型儲(chǔ)能項(xiàng)目約48個(gè)，大部分采用鋰離子電池技術(shù)。在投運(yùn)項(xiàng)目中，電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)的儲(chǔ)能規(guī)模占比分別為47%、18%和35%，“新能源+儲(chǔ)能”、常規(guī)火電配置儲(chǔ)能、“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源、智能微電網(wǎng)、共享儲(chǔ)能等多元化應(yīng)用場(chǎng)景不斷涌現(xiàn)，其中2020年青海、河北、福建、江蘇、廣東共8個(gè)項(xiàng)目入選國(guó)家首批科技創(chuàng)新（儲(chǔ)能）試點(diǎn)示范項(xiàng)目，涵蓋可再生能源發(fā)電、火電輔助調(diào)頻、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)等主要場(chǎng)景。
二、新型儲(chǔ)能技術(shù)面臨形勢(shì)
美國(guó)、歐盟和日本等在2017～2018年先后發(fā)布了儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展路線圖，將鋰離子電池、液流電池、超級(jí)電容、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能等確定為重點(diǎn)關(guān)注的技術(shù)類型，并加大了技術(shù)研發(fā)投資。美國(guó)于2020年發(fā)布了儲(chǔ)能大挑戰(zhàn)路線圖，還對(duì)金屬納基電池、鋅基技術(shù)、可逆燃料電池、液體空氣儲(chǔ)能、氫儲(chǔ)能等進(jìn)行了探討，更加重視技術(shù)創(chuàng)新引領(lǐng)和產(chǎn)業(yè)鏈完善。
電化學(xué)儲(chǔ)能方面，我國(guó)鋰離子電池儲(chǔ)能處于國(guó)際先進(jìn)水平，基本實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，但是自動(dòng)化程度有待提升，部分核心部件如高精度膜頭依賴國(guó)外進(jìn)口，在高精度高速極片熱復(fù)合設(shè)備、大面積高速真空鍍鋰設(shè)備、干法極片設(shè)備等新裝備方便開發(fā)較少。液流電池方面，我國(guó)全釩液流電池儲(chǔ)能總體處于國(guó)際領(lǐng)先水平，少數(shù)釩電堆關(guān)鍵材料如質(zhì)子交換膜主要由國(guó)外廠商掌握核心知識(shí)產(chǎn)權(quán)，雙極板和電極由于產(chǎn)業(yè)鏈不完善尚未擺脫國(guó)外市場(chǎng)的制約，國(guó)外目前在加緊布局鐵鉻液流、鋅溴液流電池。其他電池方面，鈉硫電池技術(shù)被日本NGK壟斷，鈉氯化鎳電池方面我國(guó)通過引進(jìn)美國(guó)GE公司技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化。機(jī)械儲(chǔ)能方面，我國(guó)先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)研發(fā)處于國(guó)際領(lǐng)先水平，但是大功率電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)和制造水平較為欠缺，仍需依賴國(guó)外進(jìn)口。飛輪儲(chǔ)能方面，美國(guó)處于國(guó)際領(lǐng)先水平，我國(guó)的大儲(chǔ)能量飛輪、高速電機(jī)、磁懸浮等關(guān)鍵技術(shù)積累不充分，總體技術(shù)水平和國(guó)外相比差距約10年。電磁儲(chǔ)能方面，我國(guó)的混合型電容器處于國(guó)際領(lǐng)先水平，雙電層電容器和贗電容器處于跟跑水平，但是高進(jìn)度涂敷模頭等高精度部件和碳粉、隔膜、鋁箔等核心材料尚依賴國(guó)外進(jìn)口。
三、新型儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
“十四五”期間我國(guó)年新增新能源裝機(jī)預(yù)計(jì)將達(dá)到1～1.2億千瓦左右，相比“十三五”年新增新能源裝機(jī)規(guī)模翻番，將對(duì)電力系統(tǒng)接網(wǎng)消納能力造成前所未有的挑戰(zhàn)，亟須以新型儲(chǔ)能等技術(shù)為物理基礎(chǔ)，結(jié)合數(shù)字化智能化等技術(shù)，構(gòu)建新型電力系統(tǒng)。即使考慮新能源發(fā)展布局充分優(yōu)化、火電靈活性改造等措施到位、新能源利用率考核適當(dāng)放開的情況下，我國(guó)新型儲(chǔ)能裝機(jī)需求不低于3000萬千瓦，是“十三五”末新型儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模的10倍左右，客觀上要求新型儲(chǔ)能發(fā)展必須提速，實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。
然而，當(dāng)前新型儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展水平仍面臨一些瓶頸問題亟待突破。
一是新型儲(chǔ)能技術(shù)成熟度有待進(jìn)一步提升。電化學(xué)儲(chǔ)能方面，鋰離子電池需進(jìn)一步提高電池循環(huán)壽命和日歷壽命，在低產(chǎn)熱功率、高能量效率、高安全儲(chǔ)能用電池和模塊技術(shù)開發(fā)等方面加強(qiáng)攻關(guān)。鐵鉻液流電池技術(shù)進(jìn)展較慢，關(guān)鍵材料的全國(guó)產(chǎn)化和批量化制備、以及大功率電堆的高效智能組裝技術(shù)有待于開發(fā)。鉛炭電池模塊化、集成化、智能化程度仍需進(jìn)一步提升。機(jī)械儲(chǔ)能方面，面向應(yīng)用場(chǎng)景的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與變工況調(diào)控、高效高負(fù)荷壓縮/膨脹機(jī)、陣列式蓄熱換熱器、電力系統(tǒng)耦合控制等關(guān)鍵本體技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)仍需攻關(guān)。電磁儲(chǔ)能方面，混合型電容器儲(chǔ)能技術(shù)已經(jīng)完成研發(fā)，但技術(shù)成熟度仍需實(shí)證檢驗(yàn)。
二是目前新型儲(chǔ)能成本仍然偏高，距全面商業(yè)化應(yīng)用還有較大差距。以電池儲(chǔ)能為例，非電池部分成本仍占到儲(chǔ)能系統(tǒng)成本的50%，降低非電池部分成本將是未來重要任務(wù)。
三是儲(chǔ)能系統(tǒng)安全性問題亟待解決，近年來國(guó)內(nèi)外電化學(xué)儲(chǔ)能電站的安全事故頻發(fā)，引發(fā)社會(huì)和業(yè)界廣泛關(guān)注和擔(dān)憂，系統(tǒng)安全防護(hù)與消防滅火技術(shù)水平尚不能完全滿足儲(chǔ)能規(guī)?；瘧?yīng)用需求，亟須開展單體、模組、系統(tǒng)等級(jí)別多層安全防護(hù)策略研究，做好安全技術(shù)提升及消防方案開發(fā)，研究高效熱設(shè)計(jì)及管理策略，做好功率規(guī)模達(dá)百兆瓦級(jí)及以上的系統(tǒng)安全可靠性技術(shù)開發(fā)。
四是儲(chǔ)能運(yùn)行控制策略有待優(yōu)化，目前受數(shù)據(jù)采集方式、響應(yīng)速度、控制精度等方面限制，考慮不同儲(chǔ)能時(shí)間尺度和響應(yīng)特性、多點(diǎn)分散布局聚合控制、以及與多種電源品種協(xié)調(diào)優(yōu)化的儲(chǔ)能電站調(diào)度控制策略有待進(jìn)一步提升，實(shí)際運(yùn)行中儲(chǔ)能設(shè)施對(duì)電力系統(tǒng)的各項(xiàng)效益尚未充分發(fā)揮，特別是未來隨著儲(chǔ)能與新能源發(fā)電的深度協(xié)調(diào)融合發(fā)展，電網(wǎng)風(fēng)光儲(chǔ)協(xié)同控制技術(shù)可能成為制約儲(chǔ)能系統(tǒng)價(jià)值創(chuàng)造的瓶頸。
五是儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈尚未形成閉環(huán)，儲(chǔ)能廢舊設(shè)施回收利用環(huán)節(jié)仍有待建立完善。
四、新型儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)任務(wù)和展望
《規(guī)劃》針對(duì)電網(wǎng)削峰填谷、集中式可再生能源并網(wǎng)等儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景，部署了能量型/容量型儲(chǔ)能技術(shù)裝備及系統(tǒng)集成研究。在集中攻關(guān)方面，部署研發(fā)長(zhǎng)壽命、低成本、高安全的鋰離子電池，突破鉛碳電池專用模塊均衡和能量管理技術(shù)，開展高功率液流電池關(guān)鍵材料、電堆設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)模塊的集成設(shè)計(jì)等研究，研發(fā)鈉離子電池、液態(tài)金屬電池、鈉硫電池、固態(tài)鋰離子電池、儲(chǔ)能型鋰硫電池、水系電池等新一代高性能儲(chǔ)能技術(shù)，開發(fā)儲(chǔ)熱蓄冷、儲(chǔ)氫、機(jī)械儲(chǔ)能等儲(chǔ)能技術(shù)。在示范試驗(yàn)方面，開展GWh級(jí)鋰離子電池、大規(guī)模壓縮空氣儲(chǔ)能電站和高功率液流電池儲(chǔ)能電站系統(tǒng)設(shè)計(jì)與示范。力爭(zhēng)到2025年，完成大型空氣壓縮儲(chǔ)能技術(shù)及鐵-鉻液流電池技術(shù)示范。
《規(guī)劃》針對(duì)增強(qiáng)電網(wǎng)調(diào)頻、平滑間歇性可再生能源功率波動(dòng)以及容量備用等儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景，部署了功率型/備用型儲(chǔ)能技術(shù)裝備與系統(tǒng)集成研究。在集中攻關(guān)方面，開展超導(dǎo)、電介質(zhì)電容器等電磁儲(chǔ)能技術(shù)攻關(guān)，研發(fā)電化學(xué)超級(jí)電容器、高倍率鋰離子電池等各類功率型儲(chǔ)能器件；研發(fā)大功率飛輪材料以及高速軸承等關(guān)鍵技術(shù)，突破大功率飛輪與高慣性同步調(diào)相機(jī)集成關(guān)鍵技術(shù)，以及50MW級(jí)基于飛輪的高慣性同步調(diào)相機(jī)技術(shù)。在示范試驗(yàn)方面，推動(dòng)10MW級(jí)超級(jí)電容器、高功率鋰離子電池、兆瓦級(jí)飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用示范。力爭(zhēng)到2025年，完成慣性旋轉(zhuǎn)備用儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用示范。
《規(guī)劃》針對(duì)“十四五”期間新能源側(cè)和電網(wǎng)側(cè)大規(guī)模配置電化學(xué)儲(chǔ)能的形勢(shì)，部署了儲(chǔ)能電池共性關(guān)鍵技術(shù)研究。在集中攻關(guān)方面，開展基于儲(chǔ)能電池單體和模組短時(shí)間測(cè)試數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)長(zhǎng)日歷壽命的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和模擬仿真研究，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能電池25年以上的循環(huán)壽命及健康狀態(tài)快速監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)；開展低成本可修復(fù)再生的新型儲(chǔ)能電池技術(shù)研究，研發(fā)退役電池剩余價(jià)值評(píng)估、單體電池自動(dòng)化拆解和材料分選技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電池修復(fù)、梯次利用、回收與再生；推動(dòng)儲(chǔ)能單體和系統(tǒng)的智能傳感技術(shù)研究；推動(dòng)儲(chǔ)能電池全壽命周期的安全性檢測(cè)、預(yù)警和防護(hù)研究；開展基于正向設(shè)計(jì)，適合梯次利用的動(dòng)力電池設(shè)計(jì)與制造，以及梯次利用場(chǎng)景分析、快速分選、系統(tǒng)集成和運(yùn)維等關(guān)鍵技術(shù)研究。在示范試驗(yàn)方面，研發(fā)電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)安全預(yù)警、系統(tǒng)多級(jí)防護(hù)結(jié)構(gòu)及材料等關(guān)鍵技術(shù)，示范大型鋰電池儲(chǔ)能電站的整體安全性設(shè)計(jì)、能量智能管控及運(yùn)維、先進(jìn)冷卻及消防等關(guān)鍵技術(shù)。力爭(zhēng)到2025年，推廣應(yīng)用大型儲(chǔ)能電站系統(tǒng)集成技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用。
《規(guī)劃》針對(duì)“十四五”大力發(fā)展分布式新能源和“源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化建設(shè)趨勢(shì)，部署了分布式儲(chǔ)能與分布式電源協(xié)同聚合技術(shù)研究。在集中攻關(guān)方面，開展分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)協(xié)同聚合研究，提出多點(diǎn)布局儲(chǔ)能系統(tǒng)的聚合方法，掌握多點(diǎn)布局儲(chǔ)能系統(tǒng)聚合調(diào)峰、調(diào)頻及緊急控制系列理論與成套技術(shù)，實(shí)現(xiàn)廣域布局的分布式儲(chǔ)能、儲(chǔ)能電站的規(guī)模化集群協(xié)同聚合；開展島嶼可再生能源開發(fā)與智能微網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。在應(yīng)用推廣方面，突破分布式儲(chǔ)能與分布式電源協(xié)同控制和區(qū)域能源調(diào)配管理技術(shù)，提高配電網(wǎng)對(duì)分布式光伏的接納；研發(fā)基于區(qū)塊鏈技術(shù)的分布式儲(chǔ)能多元市場(chǎng)化交易平臺(tái)，推廣基于區(qū)塊鏈共享儲(chǔ)能應(yīng)用技術(shù)。
