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      萬億級儲能市場殺出壓縮空氣“黑馬”

        成熟的產業本應包括六大價值鏈,即原材料、生產、倉儲、分配、輸送和消費,但為何電力系統“儲”的環節發展如此緩慢?
        在可再生能源大規模替代火力發電后,發電側與用戶側勢必會存在劇烈波動,屆時,國家的電力穩定又該如何保障?
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        持續發問的,是中國科學研究院工程熱物理研究所100MW壓縮空氣儲能技術的產業化公司——中儲國能(北京)技術有限公司的CEO紀律。
       萬億級儲能市場殺出壓縮空氣“黑馬”
        彼時還是2005年,中國火力發電正在“大干快上”,風光發電尚且剛剛起步,全國電力還未出現產能過剩問題,各界專家也未將儲能系統做充分重視。不過,中科院工程熱物理研究所儲能技術團隊還是決定著眼于長遠,立足于大規模儲能領域,啟動了新型壓縮空氣儲能技術的研發工作。
        2013年,中科院工程熱物理研究所在河北廊坊建成了國際首個1.5MW先進壓縮空氣儲能國家示范項目,系統效率達到52.1%,被評價為“我國壓縮空氣儲能的一項重要突破,達到國際領先水平”。
        2016年,中科院工程熱物理研究所在貴州畢節建成了目前國際唯一的10MW級新型壓縮空氣儲能國家示范項目,系統效率達到60.2%,是目前全球系統效率最高的壓縮空氣儲能系統。
        2018年,歷經對新型壓縮空氣儲能技術十余年的沉淀,中科院工程熱物理研究所100MW先進壓縮空氣儲能技術產業化公司——中儲國能正式成立。
        “今年年底,我們在河北張家口的國際首套100MW先進壓縮空氣儲能示范項目便會建成,系統效率達70%。”中儲國能CEO紀律說道:“這意味著,壓縮空氣儲能技術基本達到了抽水蓄能的性能指標,跨越了服務于電力系統的大規模長時儲能的門檻。”
       萬億級儲能市場殺出壓縮空氣“黑馬”
        從兆瓦、十兆瓦,到如今百兆瓦及以上,中科院工程熱物理研究所研發的先進壓縮空氣技術一路勢如破竹,產業化前景初顯崢嶸。
        根據光大證券測算,2025年儲能投資市場空間約為0.45萬億,2020年-2025年累計市場空間為1.6萬億;2030年市場投資可達1.3萬億,累計規模達6萬億;2060年市場投資為5萬億,累計規模達122萬億。
        對于這倍數增長的萬億級市場空間,紀律預計:“未來壓縮空氣儲能作為極有競爭力的長時大規模儲能技術,在儲能整體市場里面至少會占據30%的份額,地位舉足輕重。”
       
        賽道:長時大規模,對標抽水蓄能
        壓縮空氣儲能電站最早出現于1978年的德國,在德國和美國均有100MW以上規模的商業化應用。但此類應用皆是脫胎于燃氣輪機技術,屬于傳統壓縮空氣儲能系統,其缺陷非常明顯——需要依賴燃燒化石燃料提供熱源,不符合國際低碳發展的要求;依賴大型天然儲氣洞穴,對于地理條件有要求;且轉換效率相對較低,僅有50%左右。
        正因如此,當下全球各國都在著力開發新型壓縮空氣儲能系統,而中國科學院工程熱物理所正是其中的佼佼者。
        中科院工程熱物理研究所創新性地提出了先進超臨界壓縮空氣儲能技術原理,同時解決了傳統壓縮空氣儲能依賴大型儲氣室、依賴化石燃料、系統效率低三個主要技術瓶頸,令系統布置更加靈活、儲放電全程無污染、系統效率更高。
       萬億級儲能市場殺出壓縮空氣“黑馬”
        “預計當新型壓縮空氣儲能系統做到單機300MW規模時,電對電效率將進一步逼近75%-80%的物理儲能技術的極限效率。”紀律說道。
        由于技術優勢顯著,2020年,中儲國能獲得了由中科創星、株洲動力谷產投領投的1.6億元天使輪投資。如今伴隨中儲國能在河北張家口的國際首套100MW先進壓縮空氣儲能示范項目建設進展順利,尋求合作的投資商更是絡繹不絕,他們皆敏銳的發覺——極有發展潛力的新型長時大規模儲能技術出現了。
        進入2021年以來,《十四五規劃》、《推進電力源網荷儲一體化和多能互補發展的指導意見》、《關于加快推動新型儲能發展的指導意見(征求意見稿)》等政策文件接連發布,不斷為儲能行業提供強有力的支持。
        電化學儲能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能、蓄熱/蓄冷儲能等新型儲能形式開始受到廣泛關注,但無論新型儲能表現的如何“熱鬧”,已有百余年歷史的抽水蓄能仍然是裝機體量最大、技術最為成熟的儲能形式。
        根據中國能源研究會儲能專委會(CNESA)統計,截至2020年12月底,中國儲能項目裝機共計35.6GW,其中抽水蓄能裝機規模31.8GW,裝機功率占比89.3%。
        “抽水蓄能受限于地理條件。”紀律說道:“目前適合抽水蓄能的選址越來越有限,后續裝機規模的增長空間因此受限,此外還有工程周期長、移民搬遷、生態影響等困難,使抽水蓄能已不能完全滿足大規模儲能的市場需求。”
        在此種情況下,同樣聚焦于大規模長時儲能、可承擔電網調峰、調頻(二次)、調相、應急響應、黑啟動等任務的壓縮空氣儲能便顯露出極大的發展優勢,有望成為長時大規模儲能的主流技術路線。
        新型壓縮空氣儲能系統的發電原理與抽水蓄能類似,皆為機械式,因此單機規??梢宰龅桨僬淄呒?,多臺設備合并,即可將儲能系統規模提升至GW級,從而與抽水蓄能一樣起到為電網調峰的作用。
        其次,壓縮空氣儲能系統的儲能介質為空氣,儲能成本低,目前100MW系統的單位投資成本約為1000元/kWh,即初裝成本約為1元/Wh,這已經與抽水蓄能基本持平。另根據美國能源部《2020年儲能大挑戰成本和性能評估》報告,眼下壓縮空氣儲能的度電成本已是所有儲能技術路線中最低的,“根據規模的不同,目前新型壓縮空氣儲能系統的度電成本在0.2/kWh左右,未來可以把度電成本降至0.15元/kWh以內。”紀律說道。
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        此外,先進壓縮空氣儲能系統可以做到長時間儲能和發電,4小時、8小時、12小時及以上均可,這是其他新型儲能技術難以企及的。先進壓縮空氣儲能系統的使用壽命高達30至50年,運行期間清潔無污染,安全性好,還有不受地理條件限制、建設周期較短等優勢。從系統布置靈活性與建設周期上來說,先進壓縮空氣儲能已經優于抽水蓄能。
        “十四五期間,國家仍要開工建設二十余座抽水蓄能電站,因此可以看出大規模長時儲能的市場需求有多強烈。”紀律說道:“我們在和不少發電集團、電網公司對接時發現,他們對大規模長時儲能都有迫切需求。”
        根據國家發改委、國家能源局發布的《關于加快推動新型儲能發展的指導意見(征求意見稿)》,到2030年,我國要實現新型儲能全面市場化發展,標準體系、市場機制、商業模式要成熟健全,儲能裝機規模要基本滿足新型電力系統的相應需求。新型儲能要成為碳達峰、碳中和的關鍵支撐技術。
        從實際需求到政策支持,先進壓縮空氣儲能的市場潛力都極為誘人。“當儲能系統做到單機100MW級以上,競爭對手就已經很少了。在我們的賽道上,目前可見的競爭者只有抽水蓄能,這也是我們為何估算壓縮空氣儲能未來將至少占據30%儲能市場份額的原因。”紀律表示。
       
        未來:走向綜合性儲能電站
        近年來,伴隨儲能行業的蓬勃發展,電化學儲能一度成為了業界“網紅”,《儲能產業研究白皮書2021》指出,“十四五”期間,電化學儲能累積規模復合增長率為57.4%,將呈現快速增長趨勢。
        先進壓縮空氣儲能的定位是大規模、低成本、長時儲能,與電化學儲能并不在同一賽道,但電化學儲能卻可以與壓縮空氣儲能形成良好的互補關系。
        “先進壓縮空氣儲能系統從啟動到滿負荷運行是分鐘級,而電化學儲能可以做到秒級或毫秒級響應。”紀律介紹道:“因此壓縮空氣儲能適合做大容量的能量管理,比如調峰,電化學儲能適合中小容量的輔助服務工作,飛輪儲能適合短時高頻的調頻服務等。因此,未來大概率會出現綜合性的儲能電站,根據電力系統多種多樣的需求,搭配不同的儲能技術。”
        而這,正是中儲國能的戰略規劃落腳點。中儲國能作為中科院工程熱物理研究所的產業化公司,可接手研究所開發出的最新儲能技術和設備的產業化任務,包括新型的抽水蓄能和飛輪儲能技術等。“未來中儲國能不止會專注壓縮空氣儲能技術,我們還會和電化學儲能企業合作,將公司的業務拓展為多項儲能技術并舉,去建設綜合性的儲能電站,成為儲能行業的龍頭企業。”紀律表示。
       萬億級儲能市場殺出壓縮空氣“黑馬”
       萬億級儲能市場殺出壓縮空氣“黑馬”
        “我們最早預想儲能市場真正達到萬億級是在2040年到2050年,現在來看,隨著雙碳目標的提出,很多規劃都應該向前提,儲能行業的發展速度要比我們預想的快很多。”紀律說道:“我們的項目已經非常充實了,機會很好,壓力也很大,我們要抓緊時間推動先進壓縮空氣儲能系統的應用、推廣,真正為‘雙碳’目標的實現、新型電力系統建設及能源變革提供支撐和助力。”
        從2005年開啟先進壓縮空氣儲能系統的研究,到如今百兆瓦示范項目即將建成,16年來,中科院工程熱物理研究所一百余人的研發團隊只專注做這一件事,堅持在漫長的研發道路中探索,直至把事情做成。如此行為,絕非一句簡單的市場驅動便可以解釋,其背后還有更強大的使命感及理想信念給予支撐。
        “中國科學院是國家戰略科技力量,我們做的事一定要立足長遠,要站在國家的角度上,去解決一些關鍵卡脖子問題,去研究一些門檻比較高、需要長期積累才能做成的項目。”紀律表示道,“所以中科院做技術研發,從來不是謀求短平快的,往往是需要十年甚至更長時間積累才能做成的事情。”
        “對于新型壓縮空氣儲能系統,我們從技術各項基礎研究做起,到關鍵核心技術突破,再到示范項目落地,最終實現產業化,這一條完整的研發歷程我們都要走完。”紀律表示道:“現在全球正處于能源變革的關鍵階段,能源變革的周期很長,高達幾十年甚至近百年,目前是歷史性的機遇點,我們一定要把握好。
        在外人眼中,先進壓縮空氣儲能也許只是一匹“黑馬”,是具備極大成長空間的新興事物,但對于這項技術的締造者——中科院工程熱物理研究所及中儲國能來說,先進壓縮空氣儲能則是推動能源革命、促進“雙碳”目標實現、構建新型電力系統的關鍵支撐技術。格局如此,未來可期!
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