储能产业聚势前行系列报道②：储能技术谁主沉浮？

  [中国石油新闻中心2022-08-30]
  油气行业迎来储能技术攻关储备“黄金期”
  在“3060”目标下，油气企业在推进传统主业的同时，加快形成绿色发展增长极。在油区大力发展新能源电力业务是油气公司绿色低碳转型的必经之路。储能技术作为新能源电力稳定并网、构建新型电力系统、建设智慧油气田的关键支撑技术，在油气行业具有广泛的应用场景。
  储能将在能源系统扮演重要角色
  当前，全球能源向低碳、零碳方向推进，构建清洁低碳、安全高效的能源体系，是我国实现碳达峰碳中和，落实“四个革命、一个合作”能源安全新战略的有力保障。
  我国油气公司在“三北”地区油区面积大，具有丰富的太阳能、风能资源。在油区内加快部署集中式与分布式风能、太阳能发电，推动油气田终端电气化并实现绿电供能，是实现清洁替代的重要途径。然而，新能源发电“靠天吃饭”，具有间歇性、随机性、波动性、季节性特征，大规模接入将对电网安全稳定运行带来巨大挑战。储能可有效平抑新能源电力波动，促进电源和负荷之间的平衡，减少弃风、弃光，是新能源发电的关键支撑技术。我国大力推动风光配储，截至2022年8月，已有9个省市能源局对风光发电配套储能提出了明确要求，配比为5%—30%。
  储能除可实现能量存储外，还具有能量转换、调度、供给、保障等多种功能，在油气行业绿色发展的进程中具有广泛的应用场景。集中式储能电站将成为能源核心中枢，可与风电、光伏发电、地热发电、电解水制氢、燃料电池发电等新能源业务紧密结合，发挥桥梁作用；分布式、移动式风光储一体化技术可为野外勘探、油气田监测、钻完井、压裂、井下工具等装备供能，替代燃油、燃气发电，降低碳排放；长时储热、储电、储氢技术将在未来综合能源体系中起到调峰、调度等作用，为能源稳定、安全供应提供有力支撑。
  多种储能技术协同发展优势互补
  储能行业技术方向繁多，呈现出螺旋式上升发展态势。每种储能技术适用于不同的应用场景，特定场景须选择最适合的技术路线。与抽水蓄能相比，新型储能技术凭借响应快、配置灵活、建设周期短等优势，与新能源开发消纳匹配性好，成为增长最快、最具潜力的储能方式。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的阶段，国家发改委、能源局印发的《“十四五”新型储能发展实施方案》中，明确提出要推动多元化储能技术开发，包括钠离子电池、新型锂离子电池、铅炭电池、液流电池、压缩空气、氢（氨）储能、热（冷）储能等。同时将上述多项前沿技术列入示范，并鼓励利用废弃矿坑储能等试点示范，鼓励推动多时间尺度新型储能技术试点示范。对于正在向新能源领域加速转型的油气公司而言，油气行业目前正处于特色储能技术攻关储备的“黄金期”。
  目前，锂离子电池几乎占据了风光发电配套储能的垄断地位。近五年来，在消费数码行业、新能源汽车行业的推动下，锂离子电池能量密度提高了1倍以上、循环寿命提高了2至3倍、应用成本下降超过60%，成为成本最低的储能手段。据专家预计，通过进一步提升电池循环寿命、能量效率等技术参数，到“十四五”末，储能的度电成本有望降至0.1—0.2元。然而，锂离子电池仍面临安全性问题，尤其是储能电站规模达到100兆瓦级后，亟须进一步通过电池材料体系的优化，智能监测与控制、标准体系完善等渠道提高其安全性。
  目前来看，对于油气田矿区部署大规模储能配套大型风光电站而言，锂离子电池仍是相对成熟的储能技术，短期内将发挥重要作用。但长期来看，受限于锂金属矿产资源限制、安全性瓶颈等制约因素，锂离子电池很难满足油气行业储能爆发式增长的需要。对于油气装备电气化储能配套而言，锂离子电池以其高质量能量密度、高体积能量密度，将长期作为分布式储能的最优选择。油气公司具有电池隔膜、碳材料等关键材料制备原料与技术优势，同时在气田水中有卤水锂资源优势，可为锂电行业提供高附加值原材料。
  液流电池通过电解液内离子的价态变化实现电能存储和释放，相对于锂离子电池而言，属于本质安全的储电技术，具有功率和容量可独立设计、安全性高、寿命长、规模大等优点，但其能量密度低、成本高，更适用于油气田大中型4—10个小时的储能场景。我国全钒液流电池研究总体处于国际领先水平，正在开展100兆瓦级电化学储能国家示范，铁铬液流、锌溴液流等电池技术处于小规模示范应用阶段，系统成本、稳定性成为制约其推广应用的关键因素。油气公司装备制造企业、炼化企业在液流电池装备开发、管路设计、流体控制、膜材料研发与生产等环节具有相关技术积累，可以通过自主研发攻关液流电池技术，推动液流电池商业化进程。
  压缩空气储能以压缩空气的方式储存能量，包括补燃式和非补燃式，具有容量大、寿命长、安全性高等优点，可以应用于削峰填谷、平衡负荷、频率调制、分布式储能和发电备用等，是极具发展潜力的长时大规模储能技术。现阶段压缩空气储能仍面临地上储罐成本高、地下空间分布受地域限制、系统效率低等问题。发展传统压缩空气储能，需依赖储气洞穴、天然气等化石燃料，对于电力、盐矿行业相关企业来说存在发展瓶颈，而油气公司拥有丰富的地下空间资源，成熟的储气库设计与建设技术，成熟的钻完井工程技术以及完善的气体压缩机、燃气发电机装备开发技术，发展压缩空气储能具有得天独厚的优势。
  热储能以储热材料为媒介，将太阳能光热、地热、工业余热、低品位废热等热能储存起来，可用于清洁供热、火电调峰、清洁能源消纳等领域。主要储热方式包括显热储热、潜热储热（相变储热）、热化学反应储热三种，其中显热储热较为成熟。高性能廉价的蓄热材料开发，储热体系的灵活、高效、合理化设计及开发是热储能领域的主要研究方向。油气行业在地热开发、稠油开采、管道伴热、炼油化工等领域有较大的热储能需求，同时具备装备开发与实践能力，因此具有发展热储能的显著优势。
  氢储能作为一种化学储能技术，具有电—氢、氢—电转换的灵活性，既涵盖大规模长时储电，也包括储氢及其衍生物（如氨、甲醇）。氢储能具有能量密度高、运维成本低、过程无污染、长时间存储等诸多优点，适用于大规模储能和长周期能量调节。未来，氢能将与电能耦合互补，共同成为我国终端能源体系的重要消费主体。但目前氢储能在系统成本、关键材料和核心部件可靠性、电氢耦合运行控制、燃料电池发电等多个环节仍存在可靠性和耐久性与国外产品差距大等问题，亟待进一步研究突破。油气公司在制氢、储氢、运氢、用氢等领域具有关键材料、核心工艺、装备系统等各方面的长期经验与技术积累，具备发展氢储能的核心优势。
  国际石油公司加快推进储能布局
  近年来，储能“风口”已吸引众多石油公司的目光，不少国际油气巨头看准时机加大收并购力度，积极通过合作合资来扩大应用覆盖、扩展海外业务，加紧全球储能市场布局。例如，壳牌2019年收购了制造锂离子电池的德国储能公司Sonnen，支撑其风光发电业务；2021年收购了美国大型地面太阳能电站和储能开发商Savion公司。bp在2018年和特斯拉能源业务部门合作完成美国风电场储能项目，同时其合资企业Lightsource?BP已成为全球大型太阳能与储能项目开发和管理的领导者。道达尔能源也在谋划电力储能领域，2017年收购了电池开发制造商Saft公司；2019年与中国天能集团成立合资公司强化锂电池的生产和销售；2020年启动法国最大锂离子电池储能项目；2022年收购美国第五大可再生能源公司Clearway?Energy?Group?50%的股份，在美国可再生能源和储能市场确立了重要地位。雪佛龙投资了液态有机氢载体公司Hydrogenious和废物制氢公司Raven?SR?Inc，并将收购三菱电力在犹他州的绿色氢气中心ACES?Delta?LLC公司。
  在“双碳”目标和全球能源转型背景下，我国石油公司应当充分利用自身资源优势与技术基础条件，适当借鉴国际石油公司转型实践经验，加快储能产业布局。应根据应用场景分类、储能技术类型的适用性、技术需求的紧迫性等关键因素，梳理储能技术发展路径，兼顾多种新型储能技术路线，突破技术瓶颈，解决实际问题，开发具有自主知识产权的储能装备。主要建议如下：对适用于清洁替代的成熟锂离子电池、先进钠离子电池等技术，建议采用收并购或合资开发模式，快速获得产品并推广应用；对独占发展优势的储能技术，如基于化工原料的锂电材料开发、压缩空气储能、热储能、氢储能等，加强自主研发攻关，形成特色储能装备，尽快完成示范应用；超前开发并储备高安全、低成本、环境友好的大规模长时储能技术，承担起未来可再生能源时代的能源安全保障责任。
  除技术优选与发展规划外，石油公司应加强油气行业储能技术与产品的标准制定、运行监管等体制机制建设。目前，电力储能技术标准体系已初步建立，但针对油气田使用储能装备安全方面的技术标准亟须建立。可借鉴芯片行业通过专门的“封测”企业保证芯片生产质量安全的经验，设立专门的储能安全检测认证部门，执行基于安全标准的认证机制，提高油气田行业储能装备准入门槛和产品质量。
  我国石油企业进入储能市场仍需寻找好突破口，在立足自身优势开展研发的同时，借助外部优质资源，开发适用于油气行业的特色储能技术与装备，建立健全使用规范、行业标准、监管体系，重视安全性与可持续发展，充分利用油区光伏、风电、地热等可再生能源，加快储能配套新能源产业布局，完成油田生产用能的清洁替代，推动低碳转型发展，助力国家实现“双碳”目标。（王晓琦?熊俐慧?中国石油勘探开发研究院）
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  以储能为抓手，推动能源转型和新型电力系统发展，是实现新能源革命的重要技术路径之一。当前，多种储能方式协同共存，正在共同推动可再生能源实现跨越式发展。为使读者了解储能在迈向碳中和世界中扮演的角色，把脉储能技术的未来发展趋势，记者连线了明阳智能天津瑞源电气有限公司储能事业部总经理赵家欣，敬请关注。
  1.储能在低碳转型中将扮演怎样的角色？
  储能具备高可控性、灵活性等特征，可有效解决电力系统变负荷、新能源间歇性随机波动等问题，是新能源稳定出力的最优选择。同时，储能可以有效保持电网高效安全运行和电力供需平衡，是促进新型电力系统发展的关键因素。
  通过储能产业和互联网技术深度融合，国内一些清洁能源技术开发企业，例如明阳智慧能源集团股份公司（以下简称“明阳智能”），借助“互联网+”、云计算等先进技术平台，定制化推出“储能+新能源”“储能+海上平台”“储能+工商业综合能源”等不同形式的“储能＋”系列解决方案，通过推动多应用场景，实现清洁能源消纳更大化和传统能源消费模式变革。
  2.我国储能技术的发展现状如何？
  近年来，从国家到地方，一系列储能利好政策相继出台。在此背景下，储能装机呈现高速增长态势。截至2021年，我国已投运储能项目累计装机规模达到46吉瓦，2021年当年新增装机10.5吉瓦，接近此前4年的新增装机总量。储能方式也更加多样，除了传统的抽水蓄能，锂电池、液流电池等电化学储能形式，压缩空气储能、飞轮储能等物理储能也百花齐放。
  国内企业纷纷锚定绿色能源发展目标，布局包括电化学、水储、液流、压缩空气等在内的多种储能技术。同时，围绕两个一体化，面向海洋能源、高能耗行业和风光储氢等领域，推动应用场景创新。明阳智能近两年在这一领域就取得了飞速发展，大到320兆瓦/960兆瓦时的国内最大规模通辽风光储一体化项目以及100兆瓦/400兆瓦时的新疆光储项目，小到250千瓦/600千瓦时的工商业储能项目，均实现高效、安全运行。通过多应用场景的实践，以明阳智能为代表的中国储能企业技术水平已经迈入世界领先行列。
  3.储能技术的未来发展方向如何？
  储能技术呈现多元化发展格局，技术类别繁多。按照储存介质分类，储能可分为机械储能、热储能、化学储能、电化学储能和电磁储能五大类。每种储能技术都有它的优势和不足，有其独特的适用场景。其中抽水蓄能目前应用最为成熟，占据了2021年我国80%以上的储能装机容量；其他储能形式中，电化学储能是目前技术比较成熟，发展最快的储能技术，也是目前已公布项目中计划应用最多的技术形式。在研究的过程中，国内企业也在不断探索技术创新，让电化学储能的优势得到更大发挥，总体技术发展呈现如下3个趋势。
  一是开发大容量、长寿命储能系统。鉴于储能项目的大量推进，越来越多客户及储能系统供应商出于对成本、可靠性等方面的考虑，会对大容量、长寿命的储能更加青睐。明阳智能就对于电化学储能中电池容量、循环寿命的研究倾注了更多力量。
  二是强调系统协同控制。系统协同控制关系到提升系统整体的效率，因此，储能系统内部各个设备、子系统之间的高效协同，应作为企业关注的重点。明阳智能就通过开展对包括储能核心产品、系统集成、控制逻辑等软硬件的系统性研究，完成了各个子系统之间逻辑闭环的搭建，更好地实现了系统性、整体性的控制目标。
  三是构建智慧型储能系统。智慧型储能系统有助于解决清洁能源推广进程中出现的棘手问题，使储能系统能够满足在推进以新能源为主体的新型电力系统改革过程中，连接源、网、荷等方面能源网络，构建面向用户的智慧能源“枢纽”的要求。明阳智能就基于自学习算法、边缘计算、数字孪生等相关技术手段，以具有自主知识产权的PCS、EMS、BMS系统作为应用基础进行了智慧型电化学储能系统集成方案的设计。
  4.储能技术存在哪些亟待突破的瓶颈？
  从行业层面来讲，目前已经有超过20个省市自治区发布了新能源强制配储的相关政策，较大程度推动了储能产业的快速发展，但储能特别是电化学储能仍存在成本高，缺乏成熟的市场竞争机制和商业模式等问题。
  在控制成本方面，电池、PCS作为电化学储能中成本占比最高的两个部分，是降本的重要渠道。而用户对于安全性的担忧也是影响电化学储能发展的因素之一。通过对全球储能电站事故进行分析，我们将储能电站事故致因总结为以下四个方面：电池系统缺陷、应对电气故障的保护系统不周、运营环境管理不足、储能系统综合管理体系欠缺。解决安全性问题应从防、预、消三个方面入手，例如明阳智能就通过安全设计主动防御、安全分析及时预警、消防装置被动防御进行系统安全总体设计，将安全管理从电气安全管理、预警分析控制算法管理、能量管理系统安全控制策略配置，到BMS系统预测性智能化改造、热仿真温控管理、立体消防布局进行了全覆盖。（记者马睿）
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  工信部：推进先进储能技术应用加强新型储能电池产业化技术攻关
  8月25日，工信部公开征求对《关于推动能源电子产业发展的指导意见（征求意见稿）》的意见。

  征求意见稿提出，加强新型储能电池产业化技术攻关，推进先进储能技术及产品规模化应用。研究突破超长寿命高安全性电池体系、?大规模大容量高效储能、交通工具移动储能等关键技术，加快研发固态电池、钠离子电池、氢储能/燃料电池等新型电池。推广智能化生产工艺与装备、先进集成及制造技术、性能测试和评估技术。提高锂、镍、钴、铂等关键资源保障能力，?加强替代材料的开发应用。推广基于优势互补功率型和能量型电化学储能技术的混合储能系统。支持建立锂电等全生命周期溯源管理平台，开展电池碳足迹核算标准与方法研究，探索建立电池产品碳排放管理体系。