電化學儲能技術助力可再生能源發(fā)展

涂強1 左麗梅1 彭盼2

（1. 天津財經(jīng)大學金融學院  2.中國科學院大學經(jīng)濟與管理學院）

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

一、電化學儲能技術促進可再生能源發(fā)展的潛力巨大

我國是世界上最大的能源生產(chǎn)國和消費國，也是全球可再生能源快速大規(guī)模增長的領先者。電化學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，其技術進步對于促進可再生能源發(fā)展具有重要意義。

（一）電化學儲能技術發(fā)展促進可再生能源集成

近年來，風電和光伏等間歇性可再生能源已成為我國新增裝機的主導力量。截至2024年6月，我國風電、光伏發(fā)電累計裝機容量分別突破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)出低或需求高的時段釋放這些能量，以有效維護能源生產(chǎn)與消費間的平衡，促進可再生能源集成。截至2024年6月，我國投運的電化學儲能電站達到1100座（在運1002座、總裝機34.80吉瓦/73.88吉瓦時，停用98座、總裝機0.57吉瓦/1.16吉瓦時）；此外還有在建電站267 座，總裝機13.61吉瓦/26.66吉瓦時。2024年，清潔能源消費量在能源總消費量中的比重超過27%，未來仍會持續(xù)上漲，電化學儲能促進可再生能源消納的潛力也將進一步擴大。據(jù)中關村儲能產(chǎn)業(yè)技術聯(lián)盟（CNESA）估計，理想場景下，預計2030年新型儲能累計裝機規(guī)模將達到313.9吉瓦，2024—2030年復合年均增長率（CAGR）為37.1%，年平均新增儲能裝機規(guī)模為39.9吉瓦。

（二）電化學儲能技術發(fā)展保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定

電化學儲能技術具有布置靈活和應用場景廣泛的特點，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點或可再生能源生成點附近，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)域電力供應結構。電化學儲能同時具有較高的能量密度和功率密度，其代表技術如鋰離子電池儲能、鈉離子電池的系統(tǒng)效率最高均可達到95%。相比于其他儲能方式，電化學儲能調(diào)頻需要的調(diào)控容量更少，調(diào)頻效率更高，其調(diào)頻效率約為火電機組的6至25倍。電化學儲能系統(tǒng)能在幾毫秒至幾秒內(nèi)響應電網(wǎng)需求變化，提供或吸收功率，這一點是傳統(tǒng)儲能方式如抽水蓄能無法比擬的。這種快速響應性為電網(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，大幅增強了電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。

二、電化學儲能促進可再生能源發(fā)展的挑戰(zhàn)

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

（一）電化學儲能度電成本相對較高，電池原材料供應具有不確定性

成本問題是制約電化學儲能商業(yè)化、規(guī)模化發(fā)展的主要瓶頸之一。在已投運電化學儲能項目中，鋰離子電池占據(jù)主導地位。截至2024年6月底，新型儲能項目規(guī)模在我國儲能裝機總規(guī)模中占比達到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，這一成本明顯高于抽水蓄能成本（0.21～0.25元/千瓦時）。此外，電化學儲能在原材料供應上高度依賴鋰資源。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%以上依賴進口。隨著全球電氣化進程的加快以及電化學儲能裝機容量的持續(xù)增長，鋰資源的短缺壓力將進一步加劇。

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

當前，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，全國累計發(fā)布了309款新型儲能產(chǎn)品，涵蓋了容量從280安時到314安時甚至到500安時、600安時等各不相同的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，會導致系統(tǒng)的容量基礎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，還可能因為質(zhì)量問題增加產(chǎn)品的安全風險。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到極限時，氧化劑和還原劑均易與電解液發(fā)生大量生熱的化學反應而產(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、相關對策建議

（一）支持供應鏈優(yōu)化和技術創(chuàng)新，推動電化學儲能成本進一步降低

可再生能源滲透率的上升要求電化學儲能突破成本瓶頸，進一步商業(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)保護的平衡，增強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和電化學儲能效率的突破。二要針對高性能、高安全性、低成本的電池材料開展關鍵技術攻關，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)學研合作，在工業(yè)應用背景下開展科學研究，加速前沿技術和成果的商業(yè)化進程，以實現(xiàn)電化學儲能技術的快速發(fā)展和廣泛應用。

（二）聚焦電化學儲能安全管理，完善電化學儲能行業(yè)標準

科學的行業(yè)標準體系對于增強電池安全性和兼容性、實現(xiàn)電化學儲能全生命周期成本與收益的最大化至關重要。一要推動電化學儲能行業(yè)標準化，加強主管部門與行業(yè)協(xié)會間合作，科學制定涵蓋電化學儲能技術行業(yè)政策、規(guī)范標準、評價體系的國家標準、行業(yè)標準、團隊標準。二要精確掌握標準介入的時機，主管部門及相關標準化工作組織應積極與技術開發(fā)者、制造商進行溝通，開展標準預研工作，為標準制定和修訂做好充分準備，特別是在技術即將大規(guī)模應用的初期，及時介入相關標準的制定，確保新技術的安全性。三要持續(xù)更新儲能標準體系，加強電化學儲能標準體系與現(xiàn)行能源電力系統(tǒng)和相關安全要求的銜接，保證新技術與現(xiàn)有系統(tǒng)的高效整合。

（三）促進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)境的負面影響，還能進一步促進電化學儲能應用。一要完善電池回收制度，明確電池生產(chǎn)商的回收責任，如實施生產(chǎn)者責任延伸制度，要求電池制造商對其產(chǎn)品全生命周期的環(huán)境影響負責。二要構建電池回收利用體系，加強電池回收技術研發(fā)資金投入，攻克當前電池回收過程中的技術難題，提高回收效率和安全性。三要加強電池回收利用相關知識普及和宣傳教育，進一步推動電池回收體系的有效運作。