大容量储能在可再生能源发电侧的应用

／本刊记者 才秀敏／

2020年4月15日，国家能源局发布了《国家能源局综合司关于做好可再生能源发展 “十四五” 规划编制工作有关事项的通知》。通知显示，至2021年3月底前，将形成国家《可再生能源发展 “十四五”规划（送审稿）》，经合法性审查等程序后上报或印发。规划编制的一个重点，优先开发当地分散式和分布式可再生能源资源，大力推进分布式可再生电力、热力、燃气等在用户侧直接就近利用，结合储能、氢能等新技术，提升可再生能源在区域能源供应中的比重。可见，氢能将作为可再生能源的一个储能手段发挥潜在的价值空间。

现阶段全国虽然很多企业在制氢领域开始试探，但是落地较慢，主要原因还是光伏产业本身项目落地周期较长，成本问题以及大规模制氢可参考项目不多造成的。随着国内以风电，太阳能为主的可再生能源快速增长，可再生能源消纳能力不足和并网困难等问题愈发突出，大规模储能系统被证实是解决该问题的有效方法。“氢储能可以用于调频辅助服务市场和调峰辅助服务市场，相对来说调峰辅助服务市场规模比较大，未来占电力市场的15% ～20%，而且电量的转移规模也比较大。在新能源快速增长的这个背景下，火电机组调峰制氢储能具有规模化发展的潜力。”国家能源集团北京低碳清洁能源研究院（简称“低碳院”）缪平在接受采访时表示。

电器工业：最近几年我国能源结构发生了一些变化，请谈谈关于发电侧大容量储能的重要性。

缪平：随着能源四个革命的不断推进，我国可再生能源发展规模已跃居世界前列。在我国整个电力市场中，火电所占比重已下降到不到6成，但火电依然是我国的主体能源， 在任何情况下，至少在未来的30年内，我们都不能，也不可能忽视火电的主体能源作用以及火电可持续发展的技术革命迫切需求，包括储能技术的大规模利用。当然，可再生能源的迅猛发展更加离不开储能技术的应用，储能作为战略性新兴产业，是增强能源系统供应安全性、灵活性、综合效率的重要环节，是支撑能源转型的关键技术之一。

看看火电、风电、水电、光伏的发电小时数就知道大规模储能有多重要。这是一个关键的经济指标。2020年第一季度火电发电小时数低于1000小时，水电在600小时左右，风电利用小时数大约550小时，光伏2019年全年只有1200小时。所以发展大规模储能来提升各类能源发电效率是非常必要的。

电器工业：突破储能行业发展的瓶颈，就要建立生态创新的能源体系，请从这个角度谈谈储能的挑战以及怎么应对。

缪平：储能的挑战在哪些方面？一是储能的政策、法规和准则与行业的深度融合还欠缺完善的顶层设计，表现在政策、法规和准则的连续性不畅，一致性不好，因果性不强而且不可持续，因此造成能源行业和储能行业的波动。二是储能在可持续发展的能源生态体系中的作用没有被充分的认识到，需要从理论上进行系统性的研究。三是储能的市场地位尚未确立，在目前的能源生产、输送、使用中还不是非它不可。

能源生态系统中存在四大矛盾，即化石能源与可再生能源之间的矛盾，集中式和分布式能源之间的矛盾，一次能源和二次能源之间的矛盾，电力能源和化工能源之间的矛盾。其实，只有储能才能破解这四大矛盾，从而达到碳平衡智能能源生态，可称之为“五行”能源生态系统。五行指风、光、水、火、氢五大能源元素，其中，氢能除了其能源属性以外，还具有另外两个属性。一是氢的化学属性，二是非常重要的储能属性，氢能用来储电，所以我们认为氢能在能源生态系统里面占据了一个中心的位置，但关键是五大能量元素能够“储存”起来。

电器工业：那么，发电侧大容量储能的现状如何？

缪平：我国储能发展的历程可以分为这样四个阶段。“十一五”期间主要聚焦于储能设备的开发，“十二五”期间聚焦储能系统的集成，“十三五”期间，人们开始聚焦储能业务模式的研究，接下来的“十四五”期间，我们认为储能将走向融合创新的模式，从而形成一个智能化可持续的产业生态。

储能产业发展并非一帆风顺， 虽然国家出台了一系列鼓励储能的政策，比如，我国“十三五”国民经济和社会发展规划、能源发展规划、电力发展规划、可再生能源发展规划中，就已明确提出推动储能技术示范应用。《能源发展战略行动计划（2014-2020年）》中将储能列入9个重点创新领域和20个重点创新方向。《中国制造2025》将储能列入大力推动突破发展的10个重点领域之一。《能源技术革命创新行动计划（2016-2030年）》将先进储能技术创新列为15个重点任务之一。《关于新能源微电网示范项目名单的通知》中，28个示范项目中有26个配套应用储能。但回顾过去的三年，2018年电网侧储能发展得非常快，但是此后由于输配电价政策调整而发展放缓。2019年其实是储能的冬天，储能在电网侧和用户侧都遇到不小的困难。2020年，国家层面和一些省、市、自治区出台了相关的政策鼓励发展储能，优先支持新能源加储能项目，一些地方对储能配置和时长也提出了明确的要求，储能产业发展环境得到改善。

2020年，新能源加储能看起来发展比较快。但是在快速发展的情况下也产生了很多问题，例如低价竞标的乱象、储能电站的低利用率、储能电站身份地位问题、安全问题、质量问题、技术粗糙等问题都暴露出来，这些问题副作用非常大，需要政府、行业协会、相关利益方认真对待，改善储能的行业生态，完善储能的标准，引导行业的健康安全发展。

电器工业：低碳院正在牵头国际科技合作专项 “高温联合电制气” 的研究。请介绍一下电制气或氢储能前景。

缪平：电制氢代表大容量、长周期储能的技术发展方向。一方面，利用可再生能源弃电制氢储能是可再生能源弃电消纳的优选方案，另一方面，火电机组调峰制氢是燃煤发电行业、化工行业和可再生能源行业的纽带，是提高燃煤发电资产利用率和收益率的重要方式之一。我们和丹麦科技大学、中国矿业大学等单位合作承担的项目是利用可再生电高温联合共电解CO2和水制氢储能，也可以进一步转换成甲烷/甲醇等化学物质进行储能，可以实现碳中和甚至负碳效果，这也契合我国2030年碳达峰和2060年碳中和的减排目标。核心的技术包括高温固体氧化物电解电池技术和电氢化耦合系统集成技术。这样的技术值得探讨，如果成功，可以实现可再生电、氢、化工协同发展。

氢储能可以用于火电机组调频和调峰辅助服务市场，在产业上有一定的价值，可以优化机组的运行，减少机组的考核费用，降低机组度电煤耗，实现燃煤发电和化工行业的耦合发展。相对来说调峰辅助服务市场规模比较大，未来占电力市场的15%～20%，而且电量的转移规模也比较大。所以我们认为，在新能源快速增长的背景下，火电机组制氢调峰具有规模化发展的潜力，也能够获得一定的经济性。

国家能源集团在燃煤发电、风力发电，煤化工领域产业规模全球最大，在氢能领域竞争力比较强，具备上游和下游之间的协调互动的能力，而且这个协调能力非常强。所以， 我们低碳院正和集团内部相关企业合作，推动火电制氢储能的技术的开发。

电器工业：请介绍一下国家能源集团的储能项目和存在意义。

缪平：国家能源集团是全球规模最大的燃煤发电、风力发电、煤炭、煤化工企业。发展储能是我们集团业务的“刚需”。集团积极布局储能技术的研发和大规模储能示范项目， 比如位于鄂尔多斯的“风光火储氢”千万千瓦级综合能源基地、位于巴彦淖尔中蒙跨境“风光火储”千万千瓦级综合能源基地的建设，意味着国家能源集团向建设世界一流的清洁能源企业目标又迈进了一步。其他项目，包括在赤峰的梯次电池储能示范项目和在南通的海陆风光储项目，都是为了验证低碳院开发的梯次电池和液流电池技术。另外，我们牵头的国家重点研发专项“大规模风光互补制氢关键技术研究和示范”项目，主要建成6兆瓦的风电，2兆瓦光伏制氢电站，开发1200Nm3/H制氢电解槽，建成风、光、储、氢多能综合监控中心。主要目的是打造具有国际领先水平的高效率、高安全性和高可靠性的大规模风光耦合制、储、输、用氢系统综合的示范工程，构建风光储耦合制氢从系统优化集成、关键装备设计制造、全环节综合监控与安全防护到全链条运营的完整技术体系，探索大规模可再生能源制氢商业模式。

电器工业：最后请谈谈低碳院是如何构建生态能源系统的？

缪平：低碳院是通过聚焦清洁低碳能源的供应、转化、存储和智能化综合利用，研发和示范能源全价值链上关键核心技术来构建生态能源系统的。理论研究方面，我们和院士专家一起，构建泛能源大数据理论体系，我们也积极参与了四网四流融合产业白皮书的编制，已经发布。技术上，我们建立了煤炭的清洁转化利用、氢能源、储能、工业人工智能的研发平台。在储能方面，我们的研发方向聚焦于可再生能源发电侧大规模储能系统技术、储能核心设备技术和储能材料技术。目前我们布局的研发技术包括液流电池储能技术，梯次电池能量管理和系统集成技术，储能电力电子技术，可再生能源制氢监控安全保护系统技术、高温联合电制气技术，多能互补微网智能管控技术，区域能源系统模型等技术。通过这些项目的布局和实施，我们正在从整体上构建国家能源集团能源新生态。