在BEC 2023 | 第10届中国（深圳）电池新能源产业国际高峰论坛上，南方科技大学碳中和能源研究院院长赵天寿作了题为《长时电池储能技术》的主题演讲，分享了我国新型储能装机规模、不同储能技术发展前景、长时电池储能技术研究进展，电池网摘选了其部分精彩观点，以飨读者：

“过去二十年来，能够通过光伏和风机，把太阳能和风能直接转化为电力，这种转化的技术目前来说可以做到规模化、高效、低成本，但是同时面临的问题是要克服太阳能和风能的缺陷，即它是分散的、间歇的、不可控，这样才能有效提高风电和光电利用的水平。其中，最有效的方法是通过储能，因为储能可以平抑能量的波动，提高电力系统调节对新型能源消纳的能力，助力电力系统的转型。”赵天寿在论坛上表示，太阳能和风能分散、间歇、不可控，现有能源系统对风光消纳能力有限，不得不弃风、弃光，亟需储能增加消纳能力。

新型储能多元化发展

储能可以提高电力系统调节和对新能源的消纳能力，助力电力系统转型，将成为保障能源安全的核心技术之一，新型电力系统需要不同时长的规模化、高安全储能技术，尤为重要的是长时储能技术。

储能在新型电力系统各个环节均发挥重要作用，例如可再生能源并网、提供尖峰负荷、避免供电间断等发电侧储能；缓解输配电阻塞、降低输配电增容成本、增强电网韧性等电网侧储能；降低用电成本、提高用电质量、作为备用电源等用户侧储能。

赵天寿表示，“从战略需求来说，目前太阳能和风能在电力系统的占比是14%。到碳中和时代，2060年，新型电力系统需要把太阳能和风能的占比提高至70%以上。这意味着风光的装机容量会达到50亿千瓦，这是非常大的量。大家都知道，随着风光电占比的增大，对电网冲击的影响越来越大，储能的配比随之增大。如果按照20%-50%配储能，储能的装机容量会达到10-20亿千瓦，这已经超出了目前煤发电的总量，行业年产值超过万亿。”

赵天寿同时强调，新型电力系统对储能技术要求苛刻，包括高安全、规模化、低成本、高效率、长寿命、选址灵活、无资源限制等。“另外，新型电力系统中的可再生能源，太阳能和风能占比将成为主导，这时候必须要重视长时储能的发展，以应对气候和天然气带来的电力间歇。”

什么是长时储能？赵天寿解释说，储能装备能够维持在额定功率下释能的时间长度，通常要达到4小时以上甚至跨周围、跨季节的长时储能技术，这样才能保证电力系统的安全稳定运行。

在目前的储能技术中，赵天寿介绍，抽水蓄能、锂离子电池储能、压缩空气储能装机快速增长。

其中，抽水蓄能技术成熟可靠、全生命周期成本低，可长时、大规模储能。但是，抽水蓄能需要当地同时配有自然的资源，要有水、有山，这就给选址带来一定困难。另外，抽水蓄能建设周期长，而且需要环评的审批。过去十几年我们国家在抽水蓄能领域发展非常快，但目前已经有饱和的趋势，进一步选址是一个关键。

压缩空气储能具有和抽水蓄能相似的技术优势，规模大、储能时间长、寿命长，但是效率有待进一步提高。“它需要一个非常大的储气空间，这就给选址带来一定困难，通常需要补燃提高整个循环效率。过去十几年我们国家在这方面的发展也非常快，目前是推广应用的初期发展阶段。”赵天寿补充道。

锂离子电池储能最大技术优势是能量密度高、响应快，配置灵活，不受地域限制。但就储能的应用场景来说，安全性是必须要关注的一个问题。在大型储能场景中，锂电池成本、寿命都需要进一步加强。

长时储能缺口较大

“目前储能的现状是，过去十几年来特别是最近几年，装机容量迅速提高，但是我们必须注意到，储能利用率是非常低的，这里面原因很复杂，安全性是一个关键原因。”赵天寿介绍，“总体来说，目前储能装置的技术，中短时相对比较成熟，当然各有各的优势，各有各的局限。目前来说最缺的是长时储能，长时储能是下一个阶段必须重视的重要方向。”

电化学储能如何像抽水蓄能和压缩空气储能一样实现长时？赵天寿分析称，其中最关键的两个要素，首先能量载体可以流动，同时要有相应的能量转换装置。

“现有的能量载体有氢气、甲醇、氨等燃料以及电解液，相应的能量转换装置有电解池、燃料电池、液流电池等等，这些电池有共同的结构、共同的原理和共同的科学问题，所以我们把它统称为流体电池。”赵天寿认为，流体电池储能体系，例如燃料储能、液流电池储能，容量与功率解耦，具有储能时长灵活、易规模化、无地域限制等优势，是较理想的长时储能技术，有望满足新型电力系统对储能的所有要求。

具体来看，在电化学流体电池中，氢燃料储能无地域限制、能量密度高，可长时、大规模储能，但面临成本高、储氢运氢难度大、安全风险、综合效率低等挑战。

液流电池储能具有本征安全、寿命长等优势，适合长时、大规模储能，但同样面临系统成本高、能量密度低、功率密度低等技术挑战。

“我过去十几年来深入在各种流体电池的研发，特别是钒液流电池，目标是通过技术的革新降低成本。目标非常清楚，就是提高电堆的电流密度，电流密度的提高意味着功率密度的提高，功率密度的提高意味着电堆的建造成本降低，同时电堆在高的电流密度下运行，就能提高电解液的利用率，也就是钒材料的利用率。所以，多年来我们一直在提高电堆的电流密度，我们的方法是学科交叉的方法，通过电化学和工程热物理两个学科交叉的方法，应对流体电池方面的各个调整。”赵天寿分析称，目前，不同体系液流电池技术逐步进入示范阶段，全钒体系成熟度高，可靠性高、寿命长，发展前景广阔，但面临成本瓶颈。例如，电堆与电解液占全钒液流电池储能系统成本80%以上。提升电池电流密度，提升电解液利用率是降低系统成本，推动其产业化的关键。

最后，赵天寿总结说，构建新型电力系统需要促进新型储能多元化发展，支撑多能互补能源体系建设；长时储能技术存在较大缺口，是储能技术的重要发展方向；电化学流体电池易模块化、时长灵活、安全、无地理限制，适合于长时、大规模储能，通过技术创新突破储能瓶颈，是抢抓产业机会的关键。

（以上观点根据论坛现场速记整理，未经发言者本人审阅。）