伴隨能源轉(zhuǎn)型加速，全球可再生能源占比突破30%，如何破解風(fēng)、光發(fā)電的“看天吃飯”難題？海上平臺，石油鉆機(jī)升降起落，如何回收再利用大量勢能？基礎(chǔ)設(shè)施薄弱地區(qū)發(fā)展，如何保障家庭、工廠的電力穩(wěn)定供應(yīng)……
這些問題都能從新型儲能中找到答案。新型儲能是指除抽水蓄能外，以輸出電力為主要形式的儲能技術(shù)。國際上常稱儲能為能源轉(zhuǎn)型的“瑞士軍刀”，以形容其功能的全面性，還有不少人稱呼它為“超級充電寶”。
2024年，“發(fā)展新型儲能”首次寫入中國政府工作報(bào)告。2025年2月，工業(yè)和信息化部等八部門又發(fā)文推動新型儲能制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。新型儲能為何受到關(guān)注？“新”在何處？有哪些應(yīng)用場景？記者就此進(jìn)行了采訪。
鋰電池儲能：讓電網(wǎng)更有“彈性”
2024年夏天，酷暑高溫，江蘇省迎來一場儲能“大考”。當(dāng)時(shí)的情況，協(xié)鑫能源科技股份有限公司（以下簡稱“協(xié)鑫”）的副總裁牛曙斌還歷歷在目。
“多重因素疊加下，情況十分緊迫。”他告訴記者，“一是江蘇遇到65年來最強(qiáng)持續(xù)高溫，電力需求遠(yuǎn)超預(yù)期；二是江蘇電網(wǎng)中新能源占比逐步升高，歷史性首次超過煤電，而風(fēng)力、光伏發(fā)電受自然條件影響，不可避免地具有間歇性、波動性、分布不均等問題。”
換句話說，新能源占比越大，電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定越受到挑戰(zhàn)，也越需要完善以新型儲能為代表的電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)機(jī)制。
江蘇作為制造業(yè)大省，一旦電力供應(yīng)不穩(wěn)導(dǎo)致拉閘限電，社會生產(chǎn)與居民生活將受嚴(yán)重影響，損失難以估量。為此，在江蘇省充放電價(jià)差、頂峰補(bǔ)貼、調(diào)用次數(shù)保障等系列政策下，多家企業(yè)承諾：在7月15日前建成投產(chǎn)一批電網(wǎng)側(cè)鋰電池儲能項(xiàng)目。而協(xié)鑫攬下11個(gè)項(xiàng)目，沖在保供隊(duì)伍最前面。
“工期只有短短4個(gè)月，我們緊鑼密鼓，成立專項(xiàng)小組，安排不同項(xiàng)目滾動推進(jìn)，經(jīng)驗(yàn)相互借鑒……”牛曙斌回憶。
經(jīng)過努力，高溫襲來前，所有儲能項(xiàng)目如期并網(wǎng)投運(yùn)。一座座鋰電池儲能電站像“超級充電寶”，用電波谷時(shí)段蓄電、用電波峰時(shí)段放電，每天“兩充兩放”，順利完成電力保供。
“能打贏這場迎峰度夏的攻堅(jiān)戰(zhàn)，儲能起到了‘定海神針’的作用。”牛曙斌感嘆。有了鋰電池儲能電站的調(diào)節(jié)，讓電網(wǎng)“更具彈性”。
大顯神通的儲能鋰電池究竟長什么樣子？如何發(fā)揮作用？
記者來到位于鎮(zhèn)江市的江蘇遠(yuǎn)信儲能技術(shù)有限公司（以下簡稱“江蘇遠(yuǎn)信”）廠區(qū)，在這里，一塊塊鋰電池被集成、封裝，經(jīng)過嚴(yán)密的安全測試，最終裝進(jìn)一排排集裝箱式的儲能艙，完成系統(tǒng)調(diào)試后交付運(yùn)輸。
“以我們5兆瓦時(shí)的液冷儲能系統(tǒng)為例，每個(gè)儲能柜內(nèi)會用到4992塊電池。”江蘇遠(yuǎn)信總經(jīng)理田維強(qiáng)告訴記者。據(jù)他介紹，這些電池和新能源汽車動力電池的材料和工藝相似，但儲能更加注重電池的高安全性、低成本和長壽命。
“為此，我們?yōu)槊總€(gè)電池包配備了液冷、消防、電池管理、能量管理等系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控每一塊電池的健康狀態(tài)，確保電池的工作環(huán)境，提高系統(tǒng)循環(huán)壽命。”田維強(qiáng)說。
“動力電池經(jīng)過多年發(fā)展已走向成熟，無限接近標(biāo)準(zhǔn)品，往往是批量生產(chǎn)；但儲能多屬于定制化產(chǎn)品——像我們已經(jīng)成功交付的新疆和田、西藏崗巴的光伏配儲項(xiàng)目，都要根據(jù)海拔、空氣濕度、占地面積、應(yīng)用場景等要素定制方案。”田維強(qiáng)補(bǔ)充說。
不只布局國內(nèi)的“用電大省”與新能源富集的“沙戈荒”地區(qū)，在市場需求、盈利空間等因素的驅(qū)動下，中國鋰電池儲能廠商還紛紛將視野投向海外。
2024年5月，江蘇遠(yuǎn)信與南非可再生能源集團(tuán)Veers Group共同成立合資企業(yè)，在南非開發(fā)和部署創(chuàng)新的可再生能源解決方案；2024年12月，遠(yuǎn)景儲能與法國電力公司EDF簽約，將為南非3個(gè)儲能項(xiàng)目提供電池儲能系統(tǒng)；同月，陽光電源與菲律賓上市企業(yè)簽下迄今為止東南亞最大儲能系統(tǒng)訂單；2025年1月，協(xié)鑫入選沙特電力采購公司儲能項(xiàng)目招標(biāo)合格名單……全球儲能鋰電池出貨量，中國企業(yè)占比高達(dá)90%。
“儲能是一個(gè)全球‘同頻共振’的行業(yè)。”田維強(qiáng)說，“想要推進(jìn)能源轉(zhuǎn)型，儲能是必備的配套產(chǎn)業(yè)，因此無論國內(nèi)外都保持強(qiáng)勁的增長勢頭。”
壓氣儲能：“空氣充電寶”的擴(kuò)容探索
湖北應(yīng)城郊外，8個(gè)直徑約19米的巨大球罐整齊排列。每個(gè)球罐下方的井筒，都連接著地下600米處，利用天然鹽穴建造的70萬立方米的儲氣庫，每小時(shí)最多可容納2880噸空氣出入，約等于48節(jié)高鐵車廂的重量。
儲電、發(fā)電，就在這巨量的“一呼一吸”間完成。
空氣看不見摸不著，到底如何儲存能量？中國能源建設(shè)集團(tuán)有限公司（以下簡稱“中國能建”）一級管理專家李峻給記者打了個(gè)生動的比方：“用電低谷時(shí)，富余的電能驅(qū)動‘打氣筒’，將空氣壓縮至‘輪胎’里形成高壓狀態(tài)。”
這里的“輪胎”，就是鹽穴、人工硐室等密封儲氣庫。空氣壓縮過程中產(chǎn)生的熱量，則以熱水、熔鹽等形態(tài)儲存在地面的儲熱罐中。用電高峰時(shí)，儲氣庫會釋放所儲存的高壓空氣、儲熱罐釋放所儲存的熱量。這時(shí)，高壓空氣被加熱，使其具有極大的膨脹力來驅(qū)動空氣透平發(fā)電機(jī)組，就像吹動風(fēng)電機(jī)組的“大風(fēng)車”一樣，產(chǎn)生電能向電網(wǎng)供電。
正是在應(yīng)城，今年1月9日，中國能建投資建設(shè)的全球首座300兆瓦壓縮空氣儲能示范工程“能儲一號”全容量并網(wǎng)發(fā)電，創(chuàng)下單機(jī)功率、儲能規(guī)模和轉(zhuǎn)換效率三個(gè)世界紀(jì)錄。
單機(jī)功率300兆瓦是什么概念？“我們把‘能儲一號’當(dāng)成一個(gè)巨大的充電寶，可以給一整個(gè)中小型城市持續(xù)供電5小時(shí)。”李峻解釋。在此之前，壓氣儲能的建設(shè)規(guī)模徘徊在幾十兆瓦區(qū)間，已投入商運(yùn)最高的是60兆瓦的江蘇金壇項(xiàng)目。300兆瓦的項(xiàng)目在設(shè)備定制、工程施工等方面，全世界均無先例可供參考。
談起為何主動選擇“啃硬骨頭”，研發(fā)如此大功率、大容量的壓氣儲能項(xiàng)目，李峻告訴記者：想要調(diào)節(jié)整個(gè)區(qū)域電網(wǎng)的電力波動，需要儲能達(dá)到一定規(guī)模。而同樣作為長時(shí)大容量儲能，壓氣儲能比抽水蓄能選址更靈活、建設(shè)周期更短；且300兆瓦級可有效降低工程造價(jià)、提升轉(zhuǎn)換效率、帶動傳統(tǒng)裝備制造轉(zhuǎn)型升級，特別是便于電網(wǎng)靈活性調(diào)配。
值得一提的是，目前世界上大部分已投運(yùn)的鹽穴型壓氣儲能電站，在發(fā)電環(huán)節(jié)都需要額外的化石能源來加熱空氣，這個(gè)過程叫“補(bǔ)燃”，污染以及熱量損失不可避免。而“能儲一號”在熱量收集利用環(huán)節(jié)集中攻關(guān)，首次通過內(nèi)循環(huán)實(shí)現(xiàn)了“非補(bǔ)燃”，不需要任何化石燃料，因此不產(chǎn)生任何污染——走進(jìn)湖北應(yīng)城廠區(qū)，看不到粉塵漫天，“都是干干凈凈的”。
“不僅無污染，大自然空氣進(jìn)入我們電站系統(tǒng)，經(jīng)過溫度壓力的變化，甚至還能得到過濾，去掉一些粉塵雜質(zhì)。”中國能建數(shù)科集團(tuán)總經(jīng)濟(jì)師李軍告訴記者，“相當(dāng)于一個(gè)‘大型空氣凈化器’！”
作為多領(lǐng)域攻關(guān)成果的聚合，“能儲一號”的優(yōu)勢還不止于此。
湖北應(yīng)城作為中部地區(qū)最大鹽業(yè)儲備基地，地下鹽穴溶腔有4000余萬立方米。過去為保持地質(zhì)穩(wěn)定，需要注水實(shí)現(xiàn)壓力平衡。“現(xiàn)在，我們將鹽礦開采留下的廢棄空腔開發(fā)成儲氣庫，”中國能建數(shù)科集團(tuán)技術(shù)總監(jiān)商浩亮指出，“既降低了安全風(fēng)險(xiǎn)與維護(hù)成本，也是將傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)‘再激活’。”
據(jù)了解，天然鹽穴在湖北、江蘇、山東、江西、云南等省份都有廣泛分布，傳統(tǒng)開發(fā)的鹽穴儲氣庫，多采用單井單腔模式，但中國的實(shí)際情況是90%以上鹽穴資源屬于水平對接和壓裂連通類型，地質(zhì)條件更為復(fù)雜。“能儲一號”的成功驗(yàn)證，極具推廣價(jià)值，可有效推動我國90%以上的鹽穴資源再利用。“這是重大的突破，相當(dāng)于把沉睡的資源盤活了！”商浩亮說。
而在天然鹽穴較少的地區(qū)，專家們探索出建造地下人工硐室儲氣、熔鹽參與儲熱的解決方案。在甘肅酒泉，同樣300兆瓦裝機(jī)容量，另一個(gè)世界首創(chuàng)——全球首個(gè)地下人工硐室型壓縮空氣儲能項(xiàng)目正在施工。
如今，壓氣儲能技術(shù)路線逐漸打通，在能源清潔化、低碳化的全球浪潮下，壓氣儲能的市場前景無限寬廣。李軍向記者透露：并網(wǎng)以來，已經(jīng)有美國、荷蘭、南非等國投資方或能源主管部門對“能儲一號”表達(dá)了興趣；雖然多國有過相關(guān)研究與實(shí)踐，但真正讓“非補(bǔ)燃”的先進(jìn)技術(shù)路線工程化落地，中國還是頭一個(gè)。
“未來，我們希望以技術(shù)為核心，向世界輸出包含上下游產(chǎn)業(yè)鏈的整體方案，讓壓氣儲能成為中國綠色能源的一張名片。”他說。
飛輪儲能：短時(shí)高頻，穩(wěn)壓節(jié)能
長時(shí)大容量儲能是能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵，短時(shí)高頻次儲能同樣擁有豐富的應(yīng)用場景。其中的代表就是飛輪儲能。
武漢光谷生態(tài)大走廊，一列通體湛藍(lán)的列車“光子號”懸在軌道下方平穩(wěn)滑過，宛如科幻電影中的未來載具。每當(dāng)列車減速駛?cè)胝九_，一套看不見的“能量魔術(shù)”就悄然上演。
制動時(shí)，慣性產(chǎn)生的電能涌入配電室內(nèi)的飛輪儲能裝置，碳纖維材料制成的飛輪轉(zhuǎn)子以每分鐘36000轉(zhuǎn)的驚人速度疾旋，將電能轉(zhuǎn)化為動能暫存；而當(dāng)列車再次啟動，飛輪變?yōu)榘l(fā)電機(jī)模式，將暫存的動能轉(zhuǎn)化為電能，為列車供電。
“這是全球首條全線應(yīng)用飛輪儲能型再生制動能量地面系統(tǒng)的空軌線路。”“光子號”所使用飛輪儲能系統(tǒng)的開發(fā)廠商——盾石磁能科技有限責(zé)任公司（以下簡稱“盾石磁能”）的市場銷售負(fù)責(zé)人李蕊介紹。
“作為空中懸掛式軌道，如果供電系統(tǒng)故障，乘客困在空中無法撤離，飛輪儲存的能量可以牽引列車到臨近車站疏散乘客，給安全運(yùn)營提供更多保障”。
除了“光子號”，盾石磁能開發(fā)的飛輪儲能系統(tǒng)還在北京地鐵房山線、六號線等地面軌道得到應(yīng)用，飛輪儲能系統(tǒng)能夠響應(yīng)距離20公里內(nèi)軌道線路上的整體網(wǎng)壓波動，進(jìn)行持續(xù)頻繁快速的充放電，起到節(jié)能減排、穩(wěn)定網(wǎng)壓的作用。
“在飛輪儲能應(yīng)用之前，業(yè)內(nèi)一般用電阻，將列車制動時(shí)產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉，但噪聲擾民問題嚴(yán)重，還存在火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。”李蕊解釋，“后來又采用了中壓能饋技術(shù)，將吸收的能量反饋到交流電網(wǎng)，雖然有了一定的節(jié)能作用，但同時(shí)帶來了對交流電網(wǎng)的諧波污染問題，也無法為用電方節(jié)省電費(fèi)支出。”
而投入飛輪儲能裝置后，據(jù)盾石磁能公開數(shù)據(jù)，北京地鐵房山線1MW飛輪儲能系統(tǒng)每天大約可節(jié)約1500度電，平均節(jié)電率23%；電壓波動也從應(yīng)用前的700伏到928伏，變?yōu)橥度腼w輪后的750伏到900伏，穩(wěn)壓效果明顯。
為何飛輪儲能在軌道交通中得到越來越多的應(yīng)用？
“首先，不同于大家更熟悉的長時(shí)間、大容量的電化學(xué)儲能等，飛輪儲能屬于功率型儲能，也就是短時(shí)高頻次充放電。”李蕊解釋。地鐵等軌道交通發(fā)車頻率高，幾分鐘一趟，電網(wǎng)波動頻繁，這要求儲能裝置每小時(shí)要完成幾百次充放電，長時(shí)儲能難以勝任。
此外，飛輪儲能作為物理儲能技術(shù)，安全性更為突出。“現(xiàn)有儲能技術(shù)里，飛輪儲能是唯一沒有火災(zāi)、爆炸、有毒風(fēng)險(xiǎn)的儲能技術(shù)，更加可靠環(huán)保”。
據(jù)李蕊介紹，不同于行業(yè)內(nèi)更多廠家使用的鋼制轉(zhuǎn)子，盾石磁能的飛輪產(chǎn)品轉(zhuǎn)子用了質(zhì)量更輕、韌性更高的碳纖維復(fù)合材料，采用先進(jìn)的被動磁懸浮軸承。這樣一來，碳纖維復(fù)合材料轉(zhuǎn)子的飛輪產(chǎn)品通過提升轉(zhuǎn)速而非質(zhì)量來增加存儲能量，響應(yīng)速度、安全性、使用壽命以及安裝難度、維護(hù)保養(yǎng)各方面特性優(yōu)勢更加突出，更適用于軌道交通領(lǐng)域。
除了軌道交通，飛輪儲能還可應(yīng)用于其他對電能穩(wěn)定性有高要求的場景，包括數(shù)據(jù)中心的UPS（不間斷）電源，防止計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)丟失，還有石油鉆井平臺的鉆機(jī)勢能回收再利用等。
當(dāng)前，儲能行業(yè)迎來快速發(fā)展階段，各種新型儲能技術(shù)遍地開花，不同功能的“超級充電寶”正八仙過海、各顯其能。“任何一種儲能技術(shù)都有適用的場景，”李蕊告訴記者，“關(guān)鍵在于根據(jù)場景選擇合適的技術(shù)。”