新型电力系统建设要求新型储能具备更高的技术安全性。安全问题始终是储能行业面临的一大挑战。储能系统的整体安全性包括电气安全、火灾安全、化学安全和机械安全等多方面内容。不同储能技术路线所对应的安全风险不同,例如锂离子电池储能、钠硫电池储能以及氢储能需要重点关注火灾安全,液流电池重点关注化学安全,飞轮储能需要重点关注机械安全等。以目前应用较为广泛的锂离子电池储能为例,据不完全统计,2018年以来各国储能电站共发生火灾事故三十余次。为适应未来新型储能规模化发展需求,新型储能安全性能亟需突破。
新型电力系统建设需要更为灵活的新型储能布局。新型电力系统下,源、网、荷各侧都将对新型储能具有广泛的应用需求,需以系统实际需求为导向进行灵活布局。在源侧,新型储能将成为支撑新能源可靠替代化石电源的重要手段,作为配套的优质调节电源,支撑大型风光基地的开发和外送。在网侧,新型储能在保障输电通道安全可靠绿色运行、提升电力可靠供应能力、提升系统调节能力等方面都将发挥重要作用。在荷侧,新型储能是支撑分布式系统运行、实现源网荷储一体化发展、提升需求侧响应能力的重要支撑。
新型储能规模化发展需要具备较好的能量密度特性。伴随着新能源的大规模发展,并逐步向主体电源转变,新型储能作为提升系统调节能力的重要举措,也将加快步入规模化发展的窗口期。根据电力规划设计总院前期相关研究,预计2030年,新型储能需求规模约2亿千瓦;到2060年,新型储能规模需求将超过12亿千瓦。新型储能的能量密度特性将成为影响其占地空间、布局灵活性、工程成本的重要因素,为此,需要新型储能具备高能量密度,支撑规模化发展。
二、适应新型电力系统发展需求的新型储能技术路线研判
(一)不同新型储能技术路线与系统建设需求的匹配性分析
新型储能按照技术类别可以分为机械储能、电化学储能、电磁储能、热储能和氢储能。其中,机械储能主要包括压缩空气储能、飞轮储能、二氧化碳储能、重力储能等;电化学储能主要包括锂离子电池、钠离子电池、铅蓄电池、液流电池等;电磁储能主要包括超导储能、超级电容器等;热储能主要包括显热储能、潜热储能及热化学储能。结合上述分析的新型电力系统建设对新型储能的技术要求,对各类新型储能技术与系统建设需求的匹配性进行分析比较。
机械储能具有类比于常规火电机组的主动支撑能力,且能够满足长时储能需求。尤其是机械储能中的压缩空气储能技术逐渐成熟,将成为未来极具发展潜力的新型储能。常规基于天然盐穴的压缩空气储能受盐穴资源限制,建设局限性较大,三北沙漠、戈壁、荒漠,东部沿海负荷中心等地区不具备建设条件,基于人工硐室压缩空气储能利用基岩造穴,我国大部分地区基岩条件及深度适宜,理论上全国均可选址,布局较为灵活,未来发展前景广阔。