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(tái)，石油鉆機(jī)升降起落，如何回收再利用大量勢(shì)能？基礎(chǔ)設(shè)施薄弱地區(qū)發(fā)展，如何保障家庭、工廠(chǎng)的電力穩(wěn)定供應(yīng)……
這些問(wèn)題都能從新型儲(chǔ)能中找到答案。新型儲(chǔ)能是指除抽水蓄能外，以輸出電力為主要形式的儲(chǔ)能技術(shù)。國(guó)際上常稱(chēng)儲(chǔ)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(chēng)呼它為“超級(jí)充電寶”。
2024年，“發(fā)展新型儲(chǔ)能”首次寫(xiě)入中國(guó)政府工作報(bào)告。2025年2月，工業(yè)和信息化部等八部門(mén)又發(fā)文推動(dòng)新型儲(chǔ)能制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。新型儲(chǔ)能為何受到關(guān)注？“新”在何處？有哪些應(yīng)用場(chǎng)景？記者就此進(jìn)行了采訪(fǎng)。
鋰電池儲(chǔ)能：讓電網(wǎng)更有“彈性”
2024年夏天，酷暑高溫，江蘇省迎來(lái)一場(chǎng)儲(chǔ)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(jiǎn)稱(chēng)“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(lái)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(guò)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(dòng)性、分布不均等問(wèn)題。”
換句話(huà)說(shuō)，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(chǔ)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(huì)生產(chǎn)與居民生活將受?chē)?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(chǔ)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(zhuān)項(xiàng)小組，安排不同項(xiàng)目滾動(dòng)推進(jìn)，經(jīng)驗(yàn)相互借鑒……”牛曙斌回憶。
經(jīng)過(guò)努力，高溫襲來(lái)前，所有儲(chǔ)能項(xiàng)目如期并網(wǎng)投運(yùn)。一座座鋰電池儲(chǔ)能電站像“超級(jí)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(chǎng)迎峰度夏的攻堅(jiān)戰(zhàn)，儲(chǔ)能起到了‘定海神針’的作用。”牛曙斌感嘆。有了鋰電池儲(chǔ)能電站的調(diào)節(jié)，讓電網(wǎng)“更具彈性”。
大顯神通的儲(chǔ)能鋰電池究竟長(zhǎng)什么樣子？如何發(fā)揮作用？
記者來(lái)到位于鎮(zhèn)江市的江蘇遠(yuǎn)信儲(chǔ)能技術(shù)有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“江蘇遠(yuǎn)信”）廠(chǎng)區(qū)，在這里，一塊塊鋰電池被集成、封裝，經(jīng)過(guò)嚴(yán)密的安全測(cè)試，最終裝進(jìn)一排排集裝箱式的儲(chǔ)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(chǔ)能系統(tǒng)為例，每個(gè)儲(chǔ)能柜內(nèi)會(huì)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(chē)動(dòng)力電池的材料和工藝相似，但儲(chǔ)能更加注重電池的高安全性、低成本和長(zhǎng)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(shuō)。
“動(dòng)力電池經(jīng)過(guò)多年發(fā)展已走向成熟，無(wú)限接近標(biāo)準(zhǔn)品，往往是批量生產(chǎn)；但儲(chǔ)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(chǔ)項(xiàng)目，都要根據(jù)海拔、空氣濕度、占地面積、應(yīng)用場(chǎng)景等要素定制方案。”田維強(qiáng)補(bǔ)充說(shuō)。
不只布局國(guó)內(nèi)的“用電大省”與新能源富集的“沙戈荒”地區(qū)，在市場(chǎng)需求、盈利空間等因素的驅(qū)動(dòng)下，中國(guó)鋰電池儲(chǔ)能廠(chǎng)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(kāi)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(chǔ)能與法國(guó)電力公司EDF簽約，將為南非3個(gè)儲(chǔ)能項(xiàng)目提供電池儲(chǔ)能系統(tǒng)；同月，陽(yáng)光電源與菲律賓上市企業(yè)簽下迄今為止東南亞最大儲(chǔ)能系統(tǒng)訂單；2025年1月，協(xié)鑫入選沙特電力采購(gòu)公司儲(chǔ)能項(xiàng)目招標(biāo)合格名單……全球儲(chǔ)能鋰電池出貨量，中國(guó)企業(yè)占比高達(dá)90%。
“儲(chǔ)能是一個(gè)全球‘同頻共振’的行業(yè)。”田維強(qiáng)說(shuō)，“想要推進(jìn)能源轉(zhuǎn)型，儲(chǔ)能是必備的配套產(chǎn)業(yè)，因此無(wú)論國(guó)內(nèi)外都保持強(qiáng)勁的增長(zhǎng)勢(shì)頭。”
壓氣儲(chǔ)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(wàn)立方米的儲(chǔ)氣庫(kù)，每小時(shí)最多可容納2880噸空氣出入，約等于48節(jié)高鐵車(chē)廂的重量。
儲(chǔ)電、發(fā)電，就在這巨量的“一呼一吸”間完成。
空氣看不見(jiàn)摸不著，到底如何儲(chǔ)存能量？中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“中國(guó)能建”）一級(jí)管理專(zhuān)家李峻給記者打了個(gè)生動(dòng)的比方：“用電低谷時(shí)，富余的電能驅(qū)動(dòng)‘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(chǔ)氣庫(kù)。空氣壓縮過(guò)程中產(chǎn)生的熱量，則以熱水、熔鹽等形態(tài)儲(chǔ)存在地面的儲(chǔ)熱罐中。用電高峰時(shí)，儲(chǔ)氣庫(kù)會(huì)釋放所儲(chǔ)存的高壓空氣、儲(chǔ)熱罐釋放所儲(chǔ)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(lái)驅(qū)動(dòng)空氣透平發(fā)電機(jī)組，就像吹動(dòng)風(fēng)電機(jī)組的“大風(fēng)車(chē)”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(guó)能建投資建設(shè)的全球首座300兆瓦壓縮空氣儲(chǔ)能示范工程“能儲(chǔ)一號(hào)”全容量并網(wǎng)發(fā)電，創(chuàng)下單機(jī)功率、儲(chǔ)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(chǔ)一號(hào)’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(chǔ)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(wú)先例可供參考。
談起為何主動(dòng)選擇“啃硬骨頭”，研發(fā)如此大功率、大容量的壓氣儲(chǔ)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(dòng)，需要儲(chǔ)能達(dá)到一定規(guī)模。而同樣作為長(zhǎng)時(shí)大容量?jī)?chǔ)能，壓氣儲(chǔ)能比抽水蓄能選址更靈活、建設(shè)周期更短；且300兆瓦級(jí)可有效降低工程造價(jià)、提升轉(zhuǎn)換效率、帶動(dòng)傳統(tǒng)裝備制造轉(zhuǎn)型升級(jí)，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(chǔ)能電站，在發(fā)電環(huán)節(jié)都需要額外的化石能源來(lái)加熱空氣，這個(gè)過(guò)程叫“補(bǔ)燃”，污染以及熱量損失不可避免。而“能儲(chǔ)一號(hào)”在熱量收集利用環(huán)節(jié)集中攻關(guān)，首次通過(guò)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(chǎng)區(qū)，看不到粉塵漫天，“都是干干凈凈的”。
“不僅無(wú)污染，大自然空氣進(jìn)入我們電站系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)溫度壓力的變化，甚至還能得到過(guò)濾，去掉一些粉塵雜質(zhì)。”中國(guó)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(chǔ)一號(hào)”的優(yōu)勢(shì)還不止于此。
湖北應(yīng)城作為中部地區(qū)最大鹽業(yè)儲(chǔ)備基地，地下鹽穴溶腔有4000余萬(wàn)立方米。過(guò)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(kāi)采留下的廢棄空腔開(kāi)發(fā)成儲(chǔ)氣庫(kù)，”中國(guó)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(kāi)發(fā)的鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)，多采用單井單腔模式，但中國(guó)的實(shí)際情況是90%以上鹽穴資源屬于水平對(duì)接和壓裂連通類(lèi)型，地質(zhì)條件更為復(fù)雜。“能儲(chǔ)一號(hào)”的成功驗(yàn)證，極具推廣價(jià)值，可有效推動(dòng)我國(guó)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(pán)活了！”商浩亮說(shuō)。
而在天然鹽穴較少的地區(qū)，專(zhuān)家們探索出建造地下人工硐室儲(chǔ)氣、熔鹽參與儲(chǔ)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(chǔ)能項(xiàng)目正在施工。
如今，壓氣儲(chǔ)能技術(shù)路線(xiàn)逐漸打通，在能源清潔化、低碳化的全球浪潮下，壓氣儲(chǔ)能的市場(chǎng)前景無(wú)限寬廣。李軍向記者透露：并網(wǎng)以來(lái)，已經(jīng)有美國(guó)、荷蘭、南非等國(guó)投資方或能源主管部門(mén)對(duì)“能儲(chǔ)一號(hào)”表達(dá)了興趣；雖然多國(guó)有過(guò)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(xiàn)工程化落地，中國(guó)還是頭一個(gè)。
“未來(lái)，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(chǔ)能成為中國(guó)綠色能源的一張名片。”他說(shuō)。
飛輪儲(chǔ)能：短時(shí)高頻，穩(wěn)壓節(jié)能
長(zhǎng)時(shí)大容量?jī)?chǔ)能是能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵，短時(shí)高頻次儲(chǔ)能同樣擁有豐富的應(yīng)用場(chǎng)景。其中的代表就是飛輪儲(chǔ)能。
武漢光谷生態(tài)大走廊，一列通體湛藍(lán)的列車(chē)“光子號(hào)”懸在軌道下方平穩(wěn)滑過(guò)，宛如科幻電影中的未來(lái)載具。每當(dāng)列車(chē)減速駛?cè)胝九_(tái)，一套看不見(jiàn)的“能量魔術(shù)”就悄然上演。
制動(dòng)時(shí)，慣性產(chǎn)生的電能涌入配電室內(nèi)的飛輪儲(chǔ)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(dòng)能暫存；而當(dāng)列車(chē)再次啟動(dòng)，飛輪變?yōu)榘l(fā)電機(jī)模式，將暫存的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，為列車(chē)供電。
“這是全球首條全線(xiàn)應(yīng)用飛輪儲(chǔ)能型再生制動(dòng)能量地面系統(tǒng)的空軌線(xiàn)路。”“光子號(hào)”所使用飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)廠(chǎng)商——盾石磁能科技有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“盾石磁能”）的市場(chǎng)銷(xiāo)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(wú)法撤離，飛輪儲(chǔ)存的能量可以牽引列車(chē)到臨近車(chē)站疏散乘客，給安全運(yùn)營(yíng)提供更多保障”。
除了“光子號(hào)”，盾石磁能開(kāi)發(fā)的飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)還在北京地鐵房山線(xiàn)、六號(hào)線(xiàn)等地面軌道得到應(yīng)用，飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠響應(yīng)距離20公里內(nèi)軌道線(xiàn)路上的整體網(wǎng)壓波動(dòng)，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(chǔ)能應(yīng)用之前，業(yè)內(nèi)一般用電阻，將列車(chē)制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉，但噪聲擾民問(wèn)題嚴(yán)重，還存在火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。”李蕊解釋?zhuān)昂髞?lái)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(lái)了對(duì)交流電網(wǎng)的諧波污染問(wèn)題，也無(wú)法為用電方節(jié)省電費(fèi)支出。”
而投入飛輪儲(chǔ)能裝置后，據(jù)盾石磁能公開(kāi)數(shù)據(jù)，北京地鐵房山線(xiàn)1MW飛輪儲(chǔ)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(dòng)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(chǔ)能在軌道交通中得到越來(lái)越多的應(yīng)用？
“首先，不同于大家更熟悉的長(zhǎng)時(shí)間、大容量的電化學(xué)儲(chǔ)能等，飛輪儲(chǔ)能屬于功率型儲(chǔ)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(chē)頻率高，幾分鐘一趟，電網(wǎng)波動(dòng)頻繁，這要求儲(chǔ)能裝置每小時(shí)要完成幾百次充放電，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能難以勝任。
此外，飛輪儲(chǔ)能作為物理儲(chǔ)能技術(shù)，安全性更為突出。“現(xiàn)有儲(chǔ)能技術(shù)里，飛輪儲(chǔ)能是唯一沒(méi)有火災(zāi)、爆炸、有毒風(fēng)險(xiǎn)的儲(chǔ)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(chǎng)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(dòng)磁懸浮軸承。這樣一來(lái)，碳纖維復(fù)合材料轉(zhuǎn)子的飛輪產(chǎn)品通過(guò)提升轉(zhuǎn)速而非質(zhì)量來(lái)增加存儲(chǔ)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?xún)?yōu)勢(shì)更加突出，更適用于軌道交通領(lǐng)域。
除了軌道交通，飛輪儲(chǔ)能還可應(yīng)用于其他對(duì)電能穩(wěn)定性有高要求的場(chǎng)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(tái)的鉆機(jī)勢(shì)能回收再利用等。
當(dāng)前，儲(chǔ)能行業(yè)迎來(lái)快速發(fā)展階段，各種新型儲(chǔ)能技術(shù)遍地開(kāi)花，不同功能的“超級(jí)充電寶”正八仙過(guò)海、各顯其能。“任何一種儲(chǔ)能技術(shù)都有適用的場(chǎng)景，”李蕊告訴記者，“關(guān)鍵在于根據(jù)場(chǎng)景選擇合適的技術(shù)。”