赵天寿院士：目前储能方面最缺的是长时储能技术

　　储能中国网获悉，10月31日，2023国际储能技术和装备及应用(上海)大会暨展览会在上海开幕。中国科学院院士赵天寿围绕“长时储能”作了主题分享。他表示，目前储能方面最缺的是长时储能技术。

　　以下为现场实录：

　　赵天寿：主要从储能技术的层面给大家汇报三点内容：首先新型电力系统需要大规模、高安全、不同时长的储能技术;第二，现有储能技术仍有局限性，各有各的优势，还不能满足行业需求;第三，电化学流体电池本身具有很多的优势，比较适合于大型储能的场景。

　　大家都知道，过去十几年来，光伏和风机的技术发展非常迅速，成本快速降低，特别是光电已经达到1.2毛/度的报价，同时风电也能平价上网，所以风光发电技术确实得到了快速发展，但是由于太阳能和风能的局限性，它的不稳定性、间歇性带来了挑战，常常为了电力系统稳定、可靠的运行，不得不弃风、弃光，这样限制了风光实际利用的水平。

　　解决这种问题的方法其中比较有效的是要发展储能技术，储能装备能够平移能量的波动，实现能量，特别是电力的平滑稳定的付出。所以我们必须重视储能技术的发展，助力电力系统的转型。

　　储能装备会在新型电力系统的各个环节，从发电侧、电网侧、用户侧发挥作用，提高整个风电和光电利用的水平。从需求上来说，目前来说，能源结构，特别是电力系统，风光的比例还是比较小的，真正要实现碳中和的目标，新型电力系统在碳中和时代会达到70%以上，有的预测还要高，意味着风光装机容量将是巨大的。相应的，必须重视储能技术的发展，必须配储。通常来讲，风光这样的比例，在电力系统比例越大的时候，对电网的冲击越大，越需要增加配储的比例。如果说按照20%-50%的比例来配储，未来在碳中和时代，对于储能的需求量是巨大的。

　　要建立新型的电力系统对储能技术的要求是苛刻的，是多方面的，特别是高安全。储能电站是必须保证它的安全，据报道，9月份的下旬，全球就有10起爆炸、着火的事故，但是我们国家没有报道，主要是报道国外的，有10起非常重大的事故。所以安全是非常非常重要的。当然，成本、规模化、效率、寿命都是非常重要的。另外一点必须强调，储能装备的选址比较灵活，装备的材料方面尽量减少对资源的限制。要考虑所有的要求，可以看出储能技术的发展还是有很大的挑战性。

　　因为新型电力系统将来是可再生的作为主导，这个时候供需的调配要靠储能装备来调配，所以长时储能非常的重要，否则的话会出现供电间断的事故，所以长时储能在未来可再生能源占比为主导的情况下是非常非常重要。

　　目前来说，我们有不同的技术，特别是抽水蓄能，是非常成熟的技术，它的优势很多。限制上主要是选址的问题，在风光资源丰富的地方不一定有水，也不一定具备水时差的地理环境，所以选址是抽水蓄能主要的障碍、局限性。我们国家过去十几年的发展也是非常快，目前来说在抽水蓄能占主导，在整个储能的市场里面，未来怎么解决选址的问题。

　　还有一种技术是压缩空气，它和抽水蓄能相似，它的优势是能规模化、寿命比较长，最大的技术问题是相对抽水蓄能效率比较低，所以要进一步提高效率。特别是也面临选址的挑战，因为空气的能量密度相对比较低，需要很大储气的空间，气压非常高，这时候需要坚实的储气空间，给选址带来一定的困难。我们国家在过去十几年压缩空气方面发展也非常快，目前说还是要进一步提高效率，才能真正促进产业的发展。效率和成本是息息相关的。

　　还有一种市场上用到的锂离子电池，最大的优势能量密度高，响应快。我们必须注意到锂离子电池用到储能的场景，最大关注的问题有两个，一个是安全性，有机电解液易爆易燃的特性会带来安全的问题。我们还得关注锂资源的优势，锂离子电池有很多的优势，没有地缘限制。但却是有安全的问题，我们必须重视问题，同时要利用锂作为储能材料的时候发展其他的固态电池等等，同时必须要注意锂资源的限制问题。

　　目前来说，我们有不同的技术，各有各的局限性，适合于不同的时长。要构建新型的电力系统，实现双碳目标，我们最缺的还是长时储能技术。长时储能技术必须给足够的重视。

　　我刚才讲了三种技术：抽水蓄能、压缩空气储能、锂离子储能，我们比较一下，抽水蓄能水可以流动，能长时储能，水的时长靠水的容量大小来决定的，容量和功率是解耦的，能实现这个解耦，是因为水是可以流动的，它具有这样的特性。抽水蓄能有地域选址的问题。压缩空气储能能量载体是空气，空气也是可以流动的，所以也能够使容量与功率解耦，相对灵活，适合长时储能。压缩空气储能也面临着一些问题是要进一步解决，特别是成本、选址的问题。锂离子电池最大的优势是响应快，能量密度高，但是锂离子电池主要的问题不像抽水蓄能和压缩空气蓄能，它的能量载体在锂离子电池是固态的，不可流动的，这就限制了时长。通常我们说锂离子电池小于4个小时，主要是因为能量载体是固态材料，不可流动的，在时长上不够灵活。电化学反应好处，相对能量转化过程是有序的，所以效率高，所以我们要重视电化学储能的领域。

　　怎么能够实现电化学的反应，同时又具有时长灵活的特性呢?从刚才的比较中看出有两大要素，1，它的能量载体可以流动;2，要配相应的能量转换装置。目前来说，现有可流动的能量载体，比如说有氢气、甲醇、氨、电解液等等，这些能够载体都是可以流动的。相应的能量转换装置有电解池、燃料电池、液流电池等等，我们统称为流体电池。流体电池最大的特点是时长灵活，因为可以实现容量和功率解耦。所以要发展这种技术，因为这种技术能够大规模、高安全实现储能的目标。

　　比如说氢能，今天我们也有氢能燃料电池的内容，氢能真正要实现靠流体电池，有电解池、燃料电池，整个过程是无碳排放的，所以是非常绿色的一种技术。特点是非常非常明显的，能量密度高，因为它的时长是非常灵活的，可以大规模的储能。

　　我们国家，特别是日本非常重视储能技术的发展，但是我们必须知道，目前来说我们必须解决它的储氢和运氢成本的问题，因为要解决安全，就会影响到成本，所以成本还是最关键的一个瓶颈。

　　另一种技术是液流电池，液流电池不同于传统的锂离子电池和其他的电池，它的能量储存在电解液中，能量在电池外面的液灌中储存，这种特点使得它非常具有优势，能量和功率是解耦的，是非常安全的，像发动机，永远是不会爆炸的，通常是油箱着火。液流电池也具有这样的特点，通常水系的液流电池永远不会爆炸，由于容量和功率的解耦，是液流电池最重要的特征，使它非常非常安全。同时它易规模化、易扩展，容量靠液灌的大小，功率靠电池的多少来实现，所以非常容易扩展。它的生命通常来说是锂离子电池的3倍，对于大型的纯电站来说是非常重要的。目前来说，液流电池有不同的电堆、材料都在发展，整体是最大的障碍，我们要进一步降低它的成本。我们国家过去也是非常重视这个发展，特别是近年来技术全钒液流电池是比较接近市场的，目前来说还是要降低成本。

　　我个人过去一直做流体电池、液流电池等等，我们对液流电池的研究一直在想办法降低它的成本，我们降低它的成本的技术路线是提高电堆的电流密度，电流密度的提高就可以提高功率密度，功率密度提高就可以降低电堆所需要材料的量，这是一个方面。另外，电流密度的提高可以提高电解液的内容率，比如电解液是是制成的，钒的利用率可以提高。

　　我个人各区研究的领域，我1995年开始做燃料电池方面的研究，我们的方法把两种电化学和热物理领域的知识相融合、交叉，来应对流体电池，包括燃料电池、电解是、液流电池等等关键瓶颈的问题。我们的研究思路是用交叉研究的方法，特别是研究燃料电池机理性的方法，形成一种方法，用理论的指引突破电池的性能，降低它的成本。我们在全钒液流电池方面取得的进展，特别是关键材料、关键系统部件都取得了进步。必须保证它的电池负极非常高，同时没有负反应，我们有特别的工艺。在电极结构方面，面积高，流阻小，对其他关键的部件，我们用一些新的方法理性来设计流道，也使电流密度得到了提高。电池的循环寿命也客观达到2万圈以上，电堆的电流密度可以达到400毫安/平方厘米，这意味着电堆的材料需要的量会降低，电解液的利用率会提高，这样综合来说，就可以降低它的成本。

　　我们还有其他的一些技术，比如说在线的能量、效率和容量的恢复方法，使运行成本都可以降低。我们研制出新型的液流电池，首先是安全的，因为这是液流电池共同的特征，水系、能量和功率解耦保证它的安全性。同时它是绿色的，我们是储绿电的，关键用的材料没有回收的问题，可以永远用下去，特别是对于无极的材料来说是可以永远用下去的。电流密度高，经济性得到很大的提高。

　　总体来说，首先我们必须要实现双碳目标，储能技术也是要多元发展，支撑未来多种能源的需求。目前来说从储能方面最缺的还是长时储能技术，因为长时储能技术在可再生能源占比作为主导的时候，必须要靠储能装备来调配电力的供需。特别强调的是电化学流体电池，包括燃料电池、液流电池，其他流动的电池，有它的优势，能够适合于大规模、高安全的储能场景。

　　最后，因为过去十几年来我们光伏和风机的发展非常迅速，相对来说储能的技术研发比较滞后，对双碳目标提出了很大的挑战。储能技术进一步的发展也是一个机遇，我们必须重视储能技术的发展，特别是要让它安全、时长灵活等等各方面。只有这样，我们才能够迎接碳中和时代新的未来。谢谢大家!