電化學(xué)儲能技術(shù)助力可再生能源發(fā)展

涂強(qiáng)1 左麗梅1 彭盼2

（1. 天津財(cái)經(jīng)大學(xué)金融學(xué)院  2.中國科學(xué)院大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院）

電化學(xué)儲能是一種利用電化學(xué)原理來儲存和釋放能量的技術(shù)，主要通過電池或電化學(xué)電容器等設(shè)備實(shí)現(xiàn)能量的儲存和轉(zhuǎn)換。作為一種主流儲能技術(shù)，電化學(xué)儲能具有能量密度高、響應(yīng)速度快、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、可重復(fù)使用等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于電動車、電網(wǎng)儲能、可再生能源儲存等多個(gè)領(lǐng)域。經(jīng)過多年培育發(fā)展，電化學(xué)儲能技術(shù)已經(jīng)成為我國新型儲能的主流技術(shù)。隨著全球能源轉(zhuǎn)型持續(xù)推進(jìn)，可再生能源裝機(jī)量持續(xù)上升，能源系統(tǒng)對電化學(xué)儲能的需求日益增強(qiáng)。2024年我國電化學(xué)儲能裝機(jī)仍保持高速增長態(tài)勢，2024年1—6月，全國電力安全生產(chǎn)委員會19家企業(yè)成員單位新增投運(yùn)電站142座，總裝機(jī)10.37吉瓦/24.18吉瓦時(shí)，同比增長40%。電網(wǎng)側(cè)獨(dú)立儲能新增裝機(jī)6.85吉瓦，同比增長100%以上；電源側(cè)新能源配儲新增裝機(jī)3.37吉瓦。

一、電化學(xué)儲能技術(shù)促進(jìn)可再生能源發(fā)展的潛力巨大

我國是世界上最大的能源生產(chǎn)國和消費(fèi)國，也是全球可再生能源快速大規(guī)模增長的領(lǐng)先者。電化學(xué)儲能作為解決可再生能源間歇性和不穩(wěn)定性的重要手段，其技術(shù)進(jìn)步對于促進(jìn)可再生能源發(fā)展具有重要意義。

（一）電化學(xué)儲能技術(shù)發(fā)展促進(jìn)可再生能源集成

近年來，風(fēng)電和光伏等間歇性可再生能源已成為我國新增裝機(jī)的主導(dǎo)力量。截至2024年6月，我國風(fēng)電、光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量分別突破5億千瓦和7億千瓦。可再生能源的大規(guī)模利用對電力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力提出更高要求。電化學(xué)儲能系統(tǒng)能夠在能源產(chǎn)出高峰期儲存過剩能量，并在能源產(chǎn)出低或需求高的時(shí)段釋放這些能量，以有效維護(hù)能源生產(chǎn)與消費(fèi)間的平衡，促進(jìn)可再生能源集成。截至2024年6月，我國投運(yùn)的電化學(xué)儲能電站達(dá)到1100座（在運(yùn)1002座、總裝機(jī)34.80吉瓦/73.88吉瓦時(shí)，停用98座、總裝機(jī)0.57吉瓦/1.16吉瓦時(shí)）；此外還有在建電站267 座，總裝機(jī)13.61吉瓦/26.66吉瓦時(shí)。2024年，清潔能源消費(fèi)量在能源總消費(fèi)量中的比重超過27%，未來仍會持續(xù)上漲，電化學(xué)儲能促進(jìn)可再生能源消納的潛力也將進(jìn)一步擴(kuò)大。據(jù)中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟（CNESA）估計(jì)，理想場景下，預(yù)計(jì)2030年新型儲能累計(jì)裝機(jī)規(guī)模將達(dá)到313.9吉瓦，2024—2030年復(fù)合年均增長率（CAGR）為37.1%，年平均新增儲能裝機(jī)規(guī)模為39.9吉瓦。

（二）電化學(xué)儲能技術(shù)發(fā)展保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定

電化學(xué)儲能技術(shù)具有布置靈活和應(yīng)用場景廣泛的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)從分布式部署到集成至較大電力系統(tǒng)的多樣化配置。電化學(xué)儲能電站的功率覆蓋范圍從千瓦級至百兆瓦級，可直接部署于能源消費(fèi)點(diǎn)或可再生能源生成點(diǎn)附近，有助于減少能量在傳輸過程中的損失，提高能源的整體利用效率，并能有效地適應(yīng)及平衡局部電網(wǎng)的需求與供給，從而優(yōu)化區(qū)域電力供應(yīng)結(jié)構(gòu)。電化學(xué)儲能同時(shí)具有較高的能量密度和功率密度，其代表技術(shù)如鋰離子電池儲能、鈉離子電池的系統(tǒng)效率最高均可達(dá)到95%。相比于其他儲能方式，電化學(xué)儲能調(diào)頻需要的調(diào)控容量更少，調(diào)頻效率更高，其調(diào)頻效率約為火電機(jī)組的6至25倍。電化學(xué)儲能系統(tǒng)能在幾毫秒至幾秒內(nèi)響應(yīng)電網(wǎng)需求變化，提供或吸收功率，這一點(diǎn)是傳統(tǒng)儲能方式如抽水蓄能無法比擬的。這種快速響應(yīng)性為電網(wǎng)頻率控制提供了更高的效率和精確度，使得電化學(xué)儲能系統(tǒng)特別適合管理可再生能源的短期波動，大幅增強(qiáng)了電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。

二、電化學(xué)儲能促進(jìn)可再生能源發(fā)展的挑戰(zhàn)

盡管電化學(xué)儲能促進(jìn)可再生能源發(fā)展的潛力巨大，但是電化學(xué)儲能的應(yīng)用在當(dāng)前階段仍面臨著許多嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

（一）電化學(xué)儲能度電成本相對較高，電池原材料供應(yīng)具有不確定性

成本問題是制約電化學(xué)儲能商業(yè)化、規(guī)模化發(fā)展的主要瓶頸之一。在已投運(yùn)電化學(xué)儲能項(xiàng)目中，鋰離子電池占據(jù)主導(dǎo)地位。截至2024年6月底，新型儲能項(xiàng)目規(guī)模在我國儲能裝機(jī)總規(guī)模中占比達(dá)到46.6%，其中鋰離子電池在新型儲能中占比為96.4%，鋰離子電池的度電成本約為0.30～0.65元/千瓦時(shí)，這一成本明顯高于抽水蓄能成本（0.21～0.25元/千瓦時(shí)）。此外，電化學(xué)儲能在原材料供應(yīng)上高度依賴鋰資源。鋰元素在地殼中豐度僅為0.0017%，目前全球探明的可供開采的鋰資源儲量僅能滿足14.8億輛電動車。我國鋰資源儲量在全球占比僅為7.62%，所需的鋰原料60%以上依賴進(jìn)口。隨著全球電氣化進(jìn)程的加快以及電化學(xué)儲能裝機(jī)容量的持續(xù)增長，鋰資源的短缺壓力將進(jìn)一步加劇。

（二）儲能電池產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化亟待推進(jìn)，安全隱患突出，回收再利用難度大

當(dāng)前，大容量電芯競爭激烈，市場上儲能電池產(chǎn)品的尺寸、形狀、容量、電壓各異，不具有通用性。這不僅增加了儲能電站在選型和采購過程中的困難，也制約了儲能電池企業(yè)的規(guī)模化生產(chǎn)及成本優(yōu)化。2024年1—6月，全國累計(jì)發(fā)布了309款新型儲能產(chǎn)品，涵蓋了容量從280安時(shí)到314安時(shí)甚至到500安時(shí)、600安時(shí)等各不相同的29款電芯產(chǎn)品，其中陜西奧林波斯電力能源有限公司發(fā)布的自主研發(fā)的3777安時(shí)的電芯，成為全球容量最大的磷酸鐵鋰單體電池。對儲能電站而言，這種產(chǎn)品規(guī)格的不一致性和不通用性，會導(dǎo)致系統(tǒng)的容量基礎(chǔ)衰減和使用周期縮短；對儲能電池制造商而言，會制約電池的規(guī)模化生產(chǎn)及成本優(yōu)化。不一致的產(chǎn)品規(guī)格還會增加生產(chǎn)過程中質(zhì)量控制的難度，不僅提高了檢測成本，還可能因?yàn)橘|(zhì)量問題增加產(chǎn)品的安全風(fēng)險(xiǎn)。例如液流電池、鉛酸電池在水溶液過壓電解后會產(chǎn)生析氫爆炸，鋰離子電池工作溫度達(dá)到極限時(shí)，氧化劑和還原劑均易與電解液發(fā)生大量生熱的化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生爆炸現(xiàn)象。電池種類繁多，也將加大退役電池回收再利用的難度。

三、相關(guān)對策建議

（一）支持供應(yīng)鏈優(yōu)化和技術(shù)創(chuàng)新，推動電化學(xué)儲能成本進(jìn)一步降低

可再生能源滲透率的上升要求電化學(xué)儲能突破成本瓶頸，進(jìn)一步商業(yè)化、規(guī)模化發(fā)展。一要加大對鋰資源的勘查力度，更有效地協(xié)調(diào)資源開發(fā)與生態(tài)保護(hù)的平衡，增強(qiáng)對鋰礦勘探的激勵措施，通過組織管理創(chuàng)新，全面推動鋰礦勘探技術(shù)和電化學(xué)儲能效率的突破。二要針對高性能、高安全性、低成本的電池材料開展關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，增加對替代電池材料的研發(fā)投資，例如鈉離子電池。三要鼓勵產(chǎn)學(xué)研合作，在工業(yè)應(yīng)用背景下開展科學(xué)研究，加速前沿技術(shù)和成果的商業(yè)化進(jìn)程，以實(shí)現(xiàn)電化學(xué)儲能技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。

（二）聚焦電化學(xué)儲能安全管理，完善電化學(xué)儲能行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

科學(xué)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系對于增強(qiáng)電池安全性和兼容性、實(shí)現(xiàn)電化學(xué)儲能全生命周期成本與收益的最大化至關(guān)重要。一要推動電化學(xué)儲能行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化，加強(qiáng)主管部門與行業(yè)協(xié)會間合作，科學(xué)制定涵蓋電化學(xué)儲能技術(shù)行業(yè)政策、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、評價(jià)體系的國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、團(tuán)隊(duì)標(biāo)準(zhǔn)。二要精確掌握標(biāo)準(zhǔn)介入的時(shí)機(jī)，主管部門及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化工作組織應(yīng)積極與技術(shù)開發(fā)者、制造商進(jìn)行溝通，開展標(biāo)準(zhǔn)預(yù)研工作，為標(biāo)準(zhǔn)制定和修訂做好充分準(zhǔn)備，特別是在技術(shù)即將大規(guī)模應(yīng)用的初期，及時(shí)介入相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定，確保新技術(shù)的安全性。三要持續(xù)更新儲能標(biāo)準(zhǔn)體系，加強(qiáng)電化學(xué)儲能標(biāo)準(zhǔn)體系與現(xiàn)行能源電力系統(tǒng)和相關(guān)安全要求的銜接，保證新技術(shù)與現(xiàn)有系統(tǒng)的高效整合。

（三）促進(jìn)儲能電池回收再利用，提高資源循環(huán)利用率

鋰離子的回收和再利用不僅能最大限度地減少對環(huán)境的負(fù)面影響，還能進(jìn)一步促進(jìn)電化學(xué)儲能應(yīng)用。一要完善電池回收制度，明確電池生產(chǎn)商的回收責(zé)任，如實(shí)施生產(chǎn)者責(zé)任延伸制度，要求電池制造商對其產(chǎn)品全生命周期的環(huán)境影響負(fù)責(zé)。二要構(gòu)建電池回收利用體系，加強(qiáng)電池回收技術(shù)研發(fā)資金投入，攻克當(dāng)前電池回收過程中的技術(shù)難題，提高回收效率和安全性。三要加強(qiáng)電池回收利用相關(guān)知識普及和宣傳教育，進(jìn)一步推動電池回收體系的有效運(yùn)作。