【科学强国】新型储能未来将走向何方？

如今，新型储能作为实现“双碳”目标的重要抓手，正在各行各业大规模推广和应用。

图源：hellorf

数据显示，到2030年，国内新型储能总投资规模将近9000亿元，市场空间巨大。挑战与机遇并存，诸多行业迎来前所未有的发展机会。如何加快推动新型储能发展？这成为摆在众多专家学者和业内人士面前的一大课题。

优势明显，应用广泛

国家能源局将新型储能定义为“除抽水蓄能外以输出电力为主要形式，并对外提供服务的储能项目”。新型储能所包括的技术类型众多，按照能量存储方式的不同主要分为物理储能和化学储能两大类。物理储能主要包括压缩空气、飞轮储能、重力储能、相变储能等；化学储能主要包括锂离子电池、矾液流电池、铁铬液流电池、钠离子电池以及氢（氨）储能等。

近年来，新能源的快速发展以及用电负荷的波动，让储能成为新能源消纳与保供、保稳不可或缺的重要环节。中国科学院过程工程研究所副研究员王会长期从事相变储能材料方向相关研究及应用，她在接受《小康》杂志、中国小康网采访时表示，“传统抽水蓄能技术成熟，容量大，成本低，但受自然条件约束较大，建设周期长。相对于传统抽水蓄能而言，新型储能比如锂离子电池、压缩空气储能、熔盐/相变储热等，具有配置灵活、建设周期短、应用场景多元化等特点，可以和传统储能技术形成良好的优势互补，与新能源开发消纳匹配性较高，是构建以新能源为主体新型电力系统的重要支撑技术。”

而在零碳未来（重庆）能源发展有限公司董事长、重庆市经济管理学会“双碳”专家委员会委员刘琪看来，新型储能不仅可促进新能源大规模、高质量发展，且以多种储能形式（电化学储能、氢储能、冷热储能）应用服务于多种场景。“另外，新型储能作为能源革命核心技术和战略必争高地，会形成一个技术含量高、增长潜力大的全新产业，成为新的经济增长点。”他告诉《小康》杂志、中国小康网。

近年来，国家加大了新型储能规模化应用的力度，重点推动多时间尺度储能规模化应用、多类型储能协同运行，在缓解新能源发电特性与负荷特性不匹配导致的短时、长时平衡调节能力和提升电力系统的调整能力等方面做了大量的工作，主要解决了新能源发电与常规电力系统动态平衡等问题。据悉，新型储能在电力系统应用场景分为三大部分，一是电源侧，主要应用于风力、光伏等绿色电站以及火电、核电的储能。二是电网侧，主要应用于调峰、调频、顶峰、备用的储能。三是负荷侧，主要应用于分布式光伏、风电以及工商业用户的电力储能和应急备用电源等。“当前，随着全国各省市分时电价政策的落实和峰谷电价差拉大等因素的影响，用户侧储能需求明显增多，主要表现在储冷、储热等方面。”刘琪介绍，工商业用户利用夜间谷电时段低电价制冷、制热，以相变材料为介质储存冷热量，峰电时释放，可有效降低能源使用成本和实现电力的错峰运行，缓解电力系统顶峰用电。同时，储冷、储热逐渐在风力、光伏中发挥重要的储能作用。基于电力部门鼓励用户自发自用、余电上网的经营策略，风、光电力可直接转换为冷、热并以相变材料为介质进行储存，提高了能源利用效率和新能源消纳的能力。

我国在新型储能领域的建设和发展可以追溯到2009年发布的《节能与新能源汽车产业发展规划》，将新能源汽车和新型储能技术列为重点发展领域。随后，相继出台了一系列政策和计划，以促进新型储能技术的发展。2010年，启动了国家科技重大专项“先进储能技术与产业创新”，加大对新型储能技术的研发和支持力度。2013年，发布了《储能技术发展路线图》，明确了储能技术发展的目标和路径。“十三五”以来，我国新型储能行业整体处于由研发示范向商业化初期过渡阶段，在技术装备研发、示范项目建设、商业模式探索、政策体系构建等方面取得了实质性进展，市场应用规模稳步扩大。

新型储能在推动能源领域碳达峰碳中和过程中发挥着显著作用。国家发改委、国家能源局印发的《关于加快推动新型储能发展的指导意见》中强调，要明确新型储能市场主体地位、健全新型储能价格机制、健全"新能源+储能"项目激励机制。“由此可见，新型储能已经确立了时间表、路线图和任务目标。”刘琪表示。

他还介绍道，新型储能中，锂离子电池占据绝对主导地位，比重达97%，此外，压缩空气储能、液流电池、钠离子电池、飞轮、热（冷）储能等技术路线应用模式逐渐增多。“另据《中国户储产业发展白皮书》数据显示，2022年新型储能新增装机应用场景分别为：集中式新能源配储37.9%，电网侧储能23.9%，共享储能18.8%，电网侧调峰/调频10.8%,用户侧储能3.5%，其他储能3.1%，分布式微电网储能1.7%，蓄热蓄冷新增装机量约69.5MW，占比约0.3%。”

王会分析称，我国目前新型储能技术应用最广泛、占主导地位的领域是电动交通领域。“锂离子电池是电动汽车的主要储能技术。政府一直致力于推动电动汽车产业发展，并通过政策支持和补贴措施促进电动汽车的普及。”可再生能源领域也是我国应用新型储能技术的重要领域之一。“我国是全球最大的可再生能源生产国和消费国，尤其在风能和太阳能领域具有巨大的潜力和优势。储能技术在可再生能源集成中起到了关键的作用，解决了可再生能源波动性和间歇性的问题。”此外，微电网和紧急电源领域也对新型储能技术有广泛的应用。“由于我国地域广阔，部分偏远地区的电力供应存在困难，微电网和储能系统成为解决电力供应问题的有效手段。在一些农村和岛屿地区，储能系统被广泛应用，为当地居民提供可靠的电力供应。”

新赛道，新空间

据中国化学与物理电源行业协会储能应用分会公开资料显示，2022年我国新型储能新增物理储能装机规模分别为：蓄热蓄冷新增装机容量为69.6MW，压缩空气储能新增装机容量为115MW,飞轮储能新增装机容量为17.4MW。化学储能新增装机规模分别为：锂离子电池储能新增装机容量5.4GW，占电化学储能比例高达96.4%，液流电池储能累计投运装机容量为132.2MW，占新增储能装机总量的0.6%。

刘琪称，从新增规模以及目前市场应用前景分析，锂离子电池是当前储能领域中新增规模最快、应用范围最广的储能产品。除锂离子电池外，物理储能中蓄冷、蓄热增长规模较2020年相比，增长超过51%为69.6MW。“随着新能源的快速发展，清洁能源消纳、清洁采暖、分时电价政策、用户侧储能等旺盛的市场需求，热（冷）储能将迎来新的快速发展期。”他表示，由于热（冷）储能技术可应用于用户冷热电综合能源、海水淡化等场所，在冷热能直接利用中拥有比储电技术更高的能量转换效率，促进了热（冷）储能的快速发展。“据预测，2023年—2025年间，我国冷热储能新增装机规模分别为80MW、140MW、250MW，冷热储能或将是继锂离子电池后增长最快的储能市场。”

王会的观点也不谋而合。“热（冷）储能技术在火电灵活性改造、需求侧管理、可再生能源消纳及其他形式的应用具有重要的作用。随着储热技术未来成本下降以及政策的支持，大规模储热供热发展将迎来机遇。”

刘琪同时介绍，相变材料技术的突破，对推动热（冷）储能产业的快速发展具有重要的现实意义。“传统热（冷）储能技术由于投资成本高、能效低、单位体积焓值小、占地面积大等因素制约了行业的发展。当前，随着科技的发展，相变储能材料研发取得了较大的突破，相变温度在-20℃～300℃范围内的材料逐渐进入规模化应用，潜热值也从70kj/kg提高到280kJ/kg，部分高温相变材料潜热值已经达到或超过350kJ/kg。”

当前国家出台的一系列新型储能政策，给相关企业带来了较大的发展空间和市场机遇。如零碳未来（重庆）能源发展有限公司，一直致力于热（冷）储能的技术研究，已经在山东新泰、四川绵阳、江西南城建立了新型储能产业化基地，三大生产基地建成投产后，年产相变材料约15万吨，产值超过30亿元。“为推动新型储能产业发展，江西南城县委、县人民政府出台了一系列支持鼓励政策，通过产业资金扶持、生产基地建设、产业引导等‘一企一策’的政策措施，在企业落户、工厂建设、供应链金融、产业引导资金等方面给与了大力的支持，为企业快速发展注入了强大的活力。”刘琪表示，新型储能已经得到了政府、市场的广泛认可，对培育和壮大储能产业发展具有重要的意义。

“起飞”仍需时间

前不久召开的2023中关村论坛传出消息，国内新型储能市场正在进入规模化的新阶段。电化学储能、压缩空气储能、飞轮储能等新技术正在各地加速落地，今年市场规模有望突破480亿元。对此，刘琪表示，“新阶段”可以从几个层面来理解。一是储能规模发展进入新的阶段。随着“双碳”目标的临近，减污降碳需求大幅度增加，新能源已经进入了新的发展阶段，储能作为新能源的“伴侣”，势必伴随着规模化发展进入“新阶段”。二是储能技术进入新的发展阶段。除抽水蓄能以外，化学储能在储能领域中占有主导地位，化学储能在安全性、稳定性、充储效率等方面有进一步提升的空间。同时化学储能电池的回收和处理有待进一步的技术研究，新型储能技术研发和科技成果转化也势必会进入“新阶段”。三是装机成本有望大幅度降低。经过近10年的发展，新型储能从研发期、应用期，再到2025年的规模化发展期，产业发展迅猛，原料成本、技术成本、生产工艺等进一步优化，新型储能产品的降本增效势必也会进入“新阶段”。

王会介绍道，随着新型储能技术的应用和推广，公众对新型储能的认可度和接受度越来越高，市场需求和规模在不断扩大。而经过多年的研发和实践，新型储能技术在能量密度、循环寿命、安全性和成本效益等方面也取得了重要突破；其成本更是在下降，平均每年单位成本下降10%~15%，并且这一趋势还在继续。“此外，新型储能的应用场景更加多样化。除了传统的电网调峰、电压支撑和频率调节等应用领域，新型储能技术还广泛应用于电动汽车、可再生能源储能、工业应用和智能微电网等领域。”

尽管新型储能技术在近年来取得了显著进展，但仍需要应对来自各个方面的挑战。王会指出，一是高成本的挑战，比如储热领域，目前面临材料成本高，限制了其大规模应用。二是循环寿命和稳定性的挑战，比如部分新型电池、储热材料等在循环寿命和稳定性方面还存在挑战。三是资源依赖和环境影响，某些新型储能技术对特定材料或稀有资源的依赖较高，这可能引发供应风险和环境问题，例如锂离子电池需要大量的锂资源。四是缺乏标准和规范，目前标准和规范相对不完善，部分新型储能技术缺乏统一的测试方法、安全标准和性能评价方法，这给技术推广和市场发展带来了一定的不确定性。此外，相关法律法规不完善、储能系统安全问题等仍需进一步攻关。“通过技术创新、政策支持和产业合作，相信可以逐步克服这些问题，推动新型储能技术实现更广泛的应用和商业化发展，为可持续能源系统的建设和“双碳”目标的实现提供重要支持。”她表示。

在刘琪看来，加快推动新型储能发展，首先离不开政策的支持和规范的标准体系。“各级政府应根据本地区的储能需求和资源禀赋，制定符合本地区的新型储能支持政策，建立健全新型储能标准体系，完善管理体系、交易体系、质量控制体系等。尤其要对大规模电化学储能电站的审批制度、生产与质量控制、设计咨询、施工验收、并网调度、运行维护、退役管理、应急管理与事故处置等规范标准进行完善。”其次是加快新型储能多元化应用。各级政府应积极引导新型储能进入建筑、交通、智慧城市、乡村振兴、清洁供暖、跨季节蓄冷、蓄热、基础设施建设等领域，拓展应用发展空间。“一方面，政府应加大技术研发的支持力度，重点开展长时规模化储能的技术研究、材料的基础研究、材料的替代研究：另一方面培育和延伸新型储能上下游产业，依托具有自主知识产权和核心竞争力骨干企业，积极推动新型储能全产业链的建设，促进新型储能产业实现规模化、市场化高质量发展。”

王会认为，通过政策引导和技术创新，我国积极推动新型储能技术的应用，为清洁能源转型和可持续发展做出了贡献。接下来，要加强学科建设和人才培养，逐步完善新型储能技术人才培养专业学科体系，深化新型储能专业人才和复合型人才培养；强化技术攻关和示范应用，加强储能材料、关键技术装备研发，推动储能技术进步和成本下降，进一步带动产业链建设和完善；完善技术标准体系。从储能材料、关键储能装备、新型储能项目建设、生产运行全流程以及安全环境、设计管理等方面建立健全相关标准。

来源：《小康》·中国小康网

作者：赵狄娜

编辑：于靖园

审核：龚紫陌