新能源最大瓶颈，中国正加速突破 | 科技袁人_风闻
风云之声-风云之声官方账号-2022-08-21 14:27
导言：
展望2022年，中国的抽水蓄能、锂离子电池、压缩空气、液流电池、钠离子电池等多种技术将快速发展，百兆瓦级大规模集成示范项目将成为常态。在双碳战略的持续推动下，中国储能技术有望继续“加速跑”。
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本视频发布于2022年7月5日，点赞量已达5k
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关心风电、光电等新能源的人，会知道新能源的瓶颈其实很大程度上在于储能。风、光的能量本身都很丰富，但十分不稳定，例如不刮风的时候就没有风电，不出太阳的时候就没有光电。要把这样不稳定的电力接入电网，就是一个巨大的困难。2021年9月，国内许多地方曾经拉闸限电，部分原因就是一些放了大量风力发电机的地方刚好连续几天不刮风，把电网拖到了崩溃的边缘。因此，新能源最大的问题不是发不了电，而是存不下来。如果有高效安全的储能技术，把这些不稳定的能量供应储存起来，然后再平稳地使用，就能大大提高新能源的利用率。
那么，中国的储能技术在世界上处于什么水平？最近，我看到一篇非常详细的综述文章《2021年中国储能技术研究进展》（【文章推荐】陈海生等.2021年中国储能技术研究进展），作者是中国科学院工程热物理所研究员、中国能源研究会储能专委会主任陈海生博士等人。他们通过对基础研究、关键技术和集成示范三方面的回顾和分析，总结了2021年中国储能技术的主要进展，包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能、铅蓄电池、锂离子电池、液流电池、钠离子电池、超级电容器、新型储能技术、集成技术和消防安全技术等。下面摘录几点。
在基础研究方面，可以统计Web of Science数据库中以“Energy Storage”即储能为主题词的论文数。2021年，全世界共发表这样的论文26510篇。其中中国发表11949篇，独占45%，高居第一，遥遥领先于第二位美国的3336篇和第三位印度的2420篇，超过从第二到第七的总和！在这个意义上，中国已经成为全球储能技术基础研究最活跃的国家。
再来看分项技术，在抽水蓄能、压缩空气、储热、飞轮、铅电池、锂离子电池、钠离子电池、液流电池、超级电容器、液态金属、金属离子电池和水系电池等所有单项技术中，中国在2021年发表的论文数都居世界第一。
还可以看论文数随时间的变化。从2010年到2021年，所有主要国家在储能领域发表的论文数均大幅增加，如美国从1223篇增加到3336篇，中国从684篇增加到11949篇。2010年中国的论文数只有美国的一半，但2013年超过了美国，然后是爆炸式的增长，远远甩开了其他国家。2017年以后，美国每年的论文数基本稳定在3500篇左右，而中国仍然在大幅增长，这同中国政府和企业在“十二五”和“十三五”期间加大对储能技术研发支持力度的情况是完全吻合的。
论文的表1总结了2021年我国在各种储能技术中的关键技术进展和集成示范进展，例如抽水蓄能方面的“世界装机容量最大的抽水蓄能电站”，以及压缩空气储能方面的“山东肥城国际首套10 MW盐穴先进压缩空气储能商业示范电站并网发电”。
这些技术路线可以分为三类。
第一类是基本成熟的技术，主要包括抽水蓄能、铅蓄电池和储热储冷。它们研发的重点在于在原有技术基础上进一步改进性能。
第二类是集成示范为主的技术，主要包括锂离子电池、液流电池、压缩空气储能和飞轮储能。它们研发的重点在于突破从集成示范到产业化应用的特定关键技术。在这四种技术中，锂离子电池技术的研发最为活跃，示范项目也最多，也是最接近技术成熟和产业链完整的技术。
第三类是关键技术研发为主的技术，主要包括钠离子电池、超级电容器、液态金属、金属离子电池和水系电池技术。它们研发的重点在于突破材料、单体、模块的关键技术，实现从实验室技术到集成示范的转变。这五种技术中，钠离子电池取得了多项技术进展，也在2021年实现了1 MW·h示范，是最受关注的新兴储能技术；超级电容的研究也非常活跃，且在2021年实现了规模储能的示范应用，也值得重点关注。
论文的图5显示，各种储能技术在装机容量方面可以分为四个梯队。第一梯队为抽水蓄能，单机规模100 MW以上，占2021年全国储能新增装机的79%。第二梯队为锂离子电池、压缩空气储能、液流电池、铅蓄电池和储热储冷，单机规模可达10～100 MW。其中锂离子电池新增装机达到18%，未来有可能形成单独的一个梯队。第三梯队为钠离子电池、飞轮储能和超级电容器，目前单机规模可以达到MW级。其中钠离子发展受关注最多，经过一段时间的发展有可能未来进入第二梯队。第四梯队为液态金属、金属离子电池和水系电池等新型储能技术，需要进一步的研发，以尽早实现集成示范和产业化应用。
论文的图6是我见到的最有趣的一个图，在每一条技术路线上画出了国际水平和国内水平的对比。一眼可以看到，在大多数技术路线上，国际跟国内水平很接近，只有飞轮储能、超级电容和抽水蓄能的差距较大。另一方面，在一些领域国内水平比国际高，包括压缩空气储能、液流电池和钠离子电池。
最后来摘录几段展望。基本的总结是：中国已经成为世界储能技术基础研究最活跃的国家，也已成为世界储能技术研发和示范的主要核心国家之一。
在抽水蓄能方面，我国在超高水头、超大容量抽水蓄能电站施工建设、设计制造、安装调试等方面实现跨越式发展。在定速抽水蓄能技术方面实现了从跟跑、并跑到领跑的转变，达到了世界领先水平；在变速抽水蓄能技术方面，我国仍处于探索研究阶段，目前虽然取得了一些成果，和国外技术尚有较大差距。
在压缩空气储能方面，我国在10～100 MW压缩空气储能系统方面取得了多个里程碑式的进展。特别是中国科学院工程热物理所的张家口国际首套100 MW先进压缩空气储能国家示范项目并网带电调试，标志我国在压缩空气储能领域已达到国际引领水平。
在锂离子电池方面，我国在正负极材料、快充技术、固态电池技术等关键技术取得重要突破，锂补偿技术、无模组技术和刀片电池技术是今年的技术进展亮点。
在钠离子电池方面，作为最接近锂离子电池的电池技术，我国在钠离子电池基础研究、技术水平和集成示范方面均取得重要进展，已处于国际领先地位。
在超级电容器方面，我国在关键材料、单体技术、成组管控、系统集成与应用和使役性能进行了全链条技术攻关，并实现在规模储能领域的示范。
展望2022年，中国的抽水蓄能、锂离子电池、压缩空气、液流电池、钠离子电池等多种技术将快速发展，百兆瓦级大规模集成示范项目将成为常态。在双碳战略的持续推动下，中国储能技术有望继续“加速跑”。