趙天壽院士建議惠州加強長時儲能技術研發 搶占產業新高地
時間：2023-08-28 09:31:09
●人物名片
趙天壽，中國科學院院士、能源科學與工程熱物理專家。現任南方科技大學碳中和能源研究院院長、講席教授，美國機械工程師學會（ASME）會員、英國皇家化學學會（RSC）會員、中國化學會會士。曾任香港科技大學能源研究院創院院長、工程及環境學冠名講席教授。曾獲香港裘槎基金資深研究成就獎、何梁何利基金科學與技術進步獎、國家自然科學二等獎、香港科大工程學杰出研究成就獎。入選科睿唯安（Clarivate）/湯森路透（Thomson Reuters）全球高被引科學家和最有影響力科學思想名錄。任國際期刊傳熱傳質雜志主編、能源與環境科學顧問編委。趙天壽教授持續研究新能源儲能理論、技術及應用30余年，以熱物理與電化學學科交叉為主線，建立了流體電池熱質傳遞-電化學反應耦合理論，提出了液態電能載體儲能新方法，取得了系統的創新成果。
在“雙碳”戰略實施大背景下，大力發展風電、太陽能發電，構建以新能源為主體的新型電力系統成為一條必經之路，新型儲能產業規模不斷擴大。然而其供能間歇、不穩定等問題也隨之凸顯，新型儲能技術的發展和應用成為了破解瓶頸的關鍵。
(資料圖)
8月24日上午，惠州西湖科學講壇（第二十一講）在豐湖書院澄觀樓舉行。中國科學院院士、南方科技大學碳中和能源研究院院長趙天壽以“面向碳中和的儲能技術”為主題作專題報告，結合研究實踐，探討、講解了實現碳中和目標對儲能技術的要求，分析不同種類新型儲能技術發展現狀與面臨挑戰，闡述儲能領域技術發展方向與產業機會。他認為，目前長時儲能技術是重要發展方向。惠州在發展新型儲能產業方面具有優勢，要結合本地實際加強長時儲能技術研發力度，搶占產業制高點。
趙天壽。惠州日報記者楊建業 攝
新型儲能產業有著巨大發展前景
為應對氣候變化挑戰，2020年我國明確了碳減排目標：中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和。
“實現碳中和目標的根本在于能源轉型、規模化利用太陽能風能。”在報告中，趙天壽開門見山地說，數據顯示，目前我國太陽能和風電在電力系統的占比只有14%。要實現碳中和目標，太陽能和風電的電力占比要達到70%。雖然現在光伏和風機技術發展迅速，成本快速下降，但風和光的分散性、間歇性等短板，成為其規模化利用的主要障礙。
為解決能源浪費問題，儲能技術的開發已成為目前新能源技術領域的重中之重。國家發展改革委、國家能源局印發的《“十四五”新型儲能發展實施方案》提到，新型儲能是構建新型電力系統的重要技術和基礎裝備，是實現碳達峰碳中和目標的重要支撐，也是催生國內能源新業態、搶占國際戰略新高地的重要領域。
“儲能是新能源為主體的新型電力系統的必備單元，在新型電力系統各個環節均發揮重要作用。”趙天壽說，儲能是利用專門裝置與系統將能量儲存，并在需要時將能量釋放，實現能量在時間、空間上的轉移，按需輸出。儲能在發電側、電網側、用戶側均起到重要作用。
先進儲能技術是支撐光電、風電大規模應用的必備技術，是未來能源系統不可缺少的關鍵環節。新型儲能產業有著巨大的發展前景。趙天壽表示，實現碳中和對儲能技術需求巨大，風光裝機約50億千瓦，如果按20%～50%配備儲能，儲能裝機將達到10億～25億千瓦，超過現在煤電裝機總量，行業年產值將超過萬億元。
長時儲能技術仍有較大缺口
新型電力系統要滿足儲能裝置規模化、安全性高、成本低、壽命長、效率高等要求，更需要不同時長的儲能技術支撐。在報告中，趙天壽分別介紹了超導磁、超級電容器、飛輪儲能、鋰離子電池、抽水蓄能、壓縮空氣、液流電池、氫燃料等儲能技術，分析了各類儲能技術的優劣。其中，超導磁、超級電容器、飛輪儲能、鋰離子電池主要用于中短時儲能，抽水蓄能、壓縮空氣、液流電池、氫燃料儲能時長相對靈活，可以用于短時儲能，但更適合用于長時儲能，所以被認為屬于長時儲能技術。
例如鋰離子電池儲能，受益于電動汽車發展，其技術發展迅速，已在電化學儲能領域占據主導地位。“能量密度高、響應快、不受地域限制，適合中短時儲能，但安全風險和鋰資源限制需要行業重視。”趙天壽指出，應用在儲能中，鋰電有著不可忽視的局限性，除安全性有待提高外，由于鋰資源受限，未來在較大規模的儲能場景應用上也面臨挑戰。
在長時儲能技術中，趙天壽重點介紹了液流電池、電燃料儲能的研發與應用。
作為安全性高、擴展簡單、使用壽命長的儲能技術，液流電池受到了廣泛關注。其不同于傳統的鋰電池，它的電能儲存在電池外面的電解液罐中，最大的特點就是功率和能量在結構上解耦。由于能量和功率彼此獨立，電池本身內部并沒有電解液，具有本征安全的特點。液流電池的缺點是成本較高，難以形成規模化應用。
電燃料儲能則是趙天壽團隊目前正在研究并提出的一個新概念，其是一種以可循環充放電液體為介質的儲能系統，可將充電與放電設備分離，實現高效率連續充電和放電，打破了充放電共用裝置帶來的設計矛盾，可提高電解液利用率、能量密度和功率密度，從而降低成本。
“現有儲能技術各有優勢與局限，尚無法滿足構建新型電力系統的需求，仍需加強研發投入。”趙天壽介紹，當前我國對于短時儲能的技術開發應用相對成熟，而在長時儲能技術方面仍有較大缺口，目前科學界和產業界正致力于長時儲能技術的優化和改進。
惠州發展新型儲能產業具有優勢
惠州是國內新能源電池的重要產業基地，也是國內產業鏈完善、品類齊全的聚集地，在電池制造設備、電池材料、電池制造、電池檢測、電池回收利用、變流器、電源管理、儲能系統集成等各環節均有布局，基本形成產業閉環。
當前，惠州正聚焦建設新型儲能產業高地，并取得顯著成效：2022年，惠州新能源電池產業產值866.7億元，同比增長22.19%。今年上半年，惠州新型儲能產業集群產值達590億元，預計全年產值將超1200億元。毋庸置疑，新型儲能已經成為惠州經濟高質量發展的新引擎。
產業迅速發展得益于人才的不斷充實，大家也渴望接收更多的相關資訊。報告會現場座無虛席，不少人專程趕來聽課。整個論壇精彩紛呈，引起現場聽眾熱烈反響。
鋰離子電池儲能優勢和挑戰是什么？如何保障安全運行？對企業在儲能產業的投資方向有什么建議……在互動環節，大家紛紛提問，趙天壽則結合問題進行回復，為惠州及相關企業新型儲能產業高質量發展提供新方向、新思路。
趙天壽認為，新型電力系統需要大規模、高安全、不同時長的儲能技術，長時、本征安全儲能技術是目前最需要的。惠州在發展新型儲能產業方面具有優勢，要重視長時、本征安全儲能技術的發展，結合本地實際加大研發力度，搶占產業制高點。
在惠期間，趙天壽院士團隊還現場參觀了東江實驗室展廳，了解實驗室建設情況，并與實驗室和相關儲能企業面對面交流，了解科技創新、技術研發情況，探討合作事項。
惠州日報記者 邱若蓉 劉豪偉
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