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蓄勢賦能謀發(fā)展,勇毅篤行譜新篇
——儲能國家科技項目十年(2016—2025)總結和展望

2022-09-01 01:38:16泓,張
儲能科學與技術 2022年9期

規(guī)模儲能技術與可再生能源發(fā)電的結合應用,是支撐構建未來以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的重要手段。將儲能與可再生能源發(fā)電技術結合成為一個聯(lián)合系統(tǒng),可以減少功率波動,增強電力系統(tǒng)的靈活性。通過儲能系統(tǒng)的能量存儲和釋放入網,使間歇性可再生電力能源變成穩(wěn)定、安全、高效的清潔能源。儲能也是智能電網、“互聯(lián)網+”智慧能源的重要組成部分和關鍵支撐技術。儲能能夠為電網運行提供調峰、調頻、備用、黑啟動、需求響應支撐等多種服務,是提升傳統(tǒng)電力系統(tǒng)靈活性、經濟性和安全性的重要手段。儲能能夠顯著提高風、光等可再生能源的消納水平,支撐分布式發(fā)電及微電網,是推動主體能源由化石能源向可再生能源更替的關鍵技術。儲能能夠促進能源生產消費開放共享和靈活交易、實現(xiàn)多能協(xié)同,是構建能源互聯(lián)網,推動電力體制改革和促進能源新業(yè)態(tài)發(fā)展的核心基礎。儲能技術同時還是電動汽車、電動輪船、電動飛機、軌道交通、智能建筑、通信基站、數據中心、工業(yè)節(jié)能、機器人、智能制造和國家安全的共性支撐技術。

第六次籌糧高潮:紅二、四方面軍會師后,北上壤塘、阿壩(麥桑)、紅原(麥哇、色達)、若爾蓋、巴西地區(qū)的籌糧活動。

如何明確地區(qū)分間接征收行為和合法的政府管制行為,一直是個難點。東道國的管制性措施構成間接征收的主要原因是該管制措施造成了對財產的顯著性剝奪,但并非所有造成剝奪和損害效果的管制措施都構成征收,這其中主要的例外就是美國征收法概念下的治安權(police power)。治安權是判斷是否構成間接征收的重要分水嶺,政府出于保護公共健康、安全、道德或者福利而頒布或實施必要的法規(guī)、合理和善意地行使治安權的行為不承擔責任,也已經為諸多國際投資法律文件所承認。

微電網是一種由分布式電源、負荷、電力電子設備、監(jiān)控保護裝置組成的小型發(fā)配電系統(tǒng),對外部電網表現(xiàn)為可控的單元,可滿足用戶對電能質量和供電可靠性的要求。本文采用400 V的直流微電網系統(tǒng),研究離網狀態(tài)下不接電動汽車與接入電動汽車后的供電電能質量問題。

近年來,我國儲能的部分核心技術取得了重大突破,實施了一批具有國際水平的工程示范應用,達到了國際領先地位,支撐了我國經濟社會的快速發(fā)展。針對我國未來可再生能源占比持續(xù)快速提升過程中所面臨的一些挑戰(zhàn)性問題,規(guī)模儲能技術當前還不能很好地滿足各類需求。儲能技術在安全性、成本、壽命、智能化、系統(tǒng)集成和應用、檢測分析與失效分析、安全防護、資源可持續(xù)等方面依然需要不斷地改進現(xiàn)有技術,開發(fā)新技術,通過持續(xù)的創(chuàng)新來最終支撐儲能產業(yè)化和商業(yè)化。國家重點研發(fā)計劃是我國科技領域針對重大社會公益性課題,以及事關產業(yè)核心競爭力、自主創(chuàng)新能力和國家安全的戰(zhàn)略性、基礎性、前瞻性重大科學問題、重大共性關鍵技術和產品方面的科技研究項目群,將為國民經濟和社會發(fā)展主要領域提供持續(xù)性的支撐和引領。“十三五”(2016—2020 年)期間,儲能相關的科技項目主要通過“智能電網技術與裝備”重點專項中的基礎支撐技術方向支持?!笆奈濉?2021—2025 年)期間,主要通過“儲能與智能電網技術”重點專項支持。本工作將簡介“十三五”的進展和“十四五”的主要規(guī)劃。

1 “十二五”國家“863”計劃支持方向

科技部在20 世紀80 年代末就將全固態(tài)聚合物鋰二次電池列入重點項目,20 世紀90 年代初又將鋰離子電池關鍵材料與技術納入“863”計劃重點支持課題,并在后續(xù)的若干高技術發(fā)展計劃中持續(xù)支持鋰離子電池的技術發(fā)展,使之形成了與日本、韓國三足鼎立的產業(yè)基礎。進入21 世紀以來,科技部又將綠色二次電池的基礎研究列入國家“973”計劃,鼓勵電化學儲能技術的原理性創(chuàng)新?!笆濉逼陂g,我國開始重視儲能技術的發(fā)展,科技部通過“863”項目支持了相關研發(fā),“863”計劃的項目定位是提高我國自主創(chuàng)新能力,堅持戰(zhàn)略性、前沿性和前瞻性,以前沿技術研究發(fā)展為重點,統(tǒng)籌部署高技術的集成應用和產業(yè)化示范,充分發(fā)揮高技術引領未來發(fā)展的先導作用。先進能源領域儲能子領域部署了物理儲能與化學儲能關鍵技術與示范電站研究,總經費1.4238 億元,其中物理儲能包括壓縮空氣、飛輪、超導儲能、相變儲能,共計經費0.1986 億元,化學儲能包括鋰電池、液流電池和超級電容器,共計國撥經費1.2258 億元。項目經費比例、項目名稱、課題名稱參見圖1和表1。

通過“十二五”項目部署,我國在化學與物理規(guī)模儲能技術方面取得顯著進展,掌握了多項儲能技術,部分技術達到世界先進水平。中國科學院工程熱物理研究所突破了1.5 MW 具有自主知識產權的超臨界壓縮空氣儲能系統(tǒng)技術,完成了示范運行,性能指標優(yōu)于同等規(guī)模的國外壓縮空氣儲能系統(tǒng)。多家鋰離子電池企業(yè)掌握了規(guī)模儲能鋰離子電池系統(tǒng)技術,其中比亞迪、寧德時代、中航鋰電、銀隆等企業(yè)參與了40 MWh磷酸鐵鋰體系和鈦酸鋰體系的鋰離子儲能電站示范項目,在張北國家“風光儲輸示范工程一期項目”中獲得了初步應用?!?63”項目還實施了軟碳負極、層狀錳酸鋰正極的儲能型鋰離子電池的開發(fā),這是國際上首次采用此材料體系,循環(huán)性達到7000 次,進一步降低了鋰離子電池成本,同時促進了軟碳和層狀錳酸鋰材料的產業(yè)化。“十二五”項目推動了500 kW/328 kWh級微晶摻雜尖晶石錳酸鋰鋰離子儲能電池示范、500 kWh 級錳酸鋰三元復合正極儲能電池示范、0.6 MWh風光儲互補微網系統(tǒng)的應用示范、100 kW基于鈦酸鋰系負極材料的移動式儲能示范以及0.5 MWh/1 MW鈦酸鋰電池儲能電站的光儲應用示范。液流電池方面,國內有中國科學院大連化學物理研究所、清華大學、中國科學院金屬研究所、中南大學、大連融科儲能技術發(fā)展有限公司、普能公司、德沃普、萬利通、銀峰新能源等多家研究單位和企業(yè)從事液流電池的研發(fā)和產業(yè)化工作。在關鍵材料基礎研究和電池系統(tǒng)集成及應用示范工程方面取得了重大突破。中國科學院大連化學物理研究所牽頭國際相關標準的制定,該團隊實施了包括2012 年全球最大規(guī)模的5 MW/10 MWh 全釩液流電池儲能系統(tǒng)商業(yè)化應用示范項目在內的近30 項應用示范工程,應用領域涉及分布式發(fā)電、智能微網、離網供電及可再生能源發(fā)電等。

根據科技部“863”計劃項目的定位以及“十二五”期間我國儲能科技的進展,“十三五”期間國家科技部發(fā)布的科技項目建議從4個方面支持我國儲能技術的發(fā)展:

(1)儲能產業(yè)化關鍵技術:針對“十二五”期間已獲支持的儲能技術,經充分評估,對于確實有重大應用前景,且進展良好的研發(fā)方向,針對不同的技術成熟度,進一步強化支持,推進相關儲能技術向產業(yè)化發(fā)展,這方面的技術包括鋰離子電池、液流電池、超級電容器和壓縮空氣。

從字面意思來看,所謂輕罪,無疑就是指較輕的犯罪;而重罪,則就是指較重的或嚴重的犯罪。但是,由于犯罪的輕重是一個包含價值判斷的問題,每個人的認識和感受并不完全相同,因此,對于輕罪與重罪的劃分標準,便會形成不同的見解。當前,學界在輕罪與重罪的劃分標準上主要有下述三種觀點:

(2)變革性儲能新技術:具有重大應用前景,國內已經開展了基礎研究,但尚未掌握關鍵技術,通過支持,有望達到示范驗證水平的項目,包括全固態(tài)電池、鋰硫電池、可充放聚合物電解質金屬鋰電池、液態(tài)金屬電池和鈉離子電池。

在高效壓縮空氣儲能技術方面,我國在“十三五”期間突破了10 MW級先進壓縮空氣儲能系統(tǒng)關鍵技術。100 MW/GWh高效壓縮空氣儲能技術的規(guī)模將提高10倍、效率提高15%、單位成本下降30%以上,在系統(tǒng)動態(tài)優(yōu)化設計與控制、寬負荷組合式壓縮機、高負荷軸流膨脹機和蓄熱換熱器等方面均需要本質性技術跨越和提升,需要建制化協(xié)同攻關。

(4)儲能先進裝備技術:針對我國儲能技術相關企業(yè)在提升技術水平時面臨的裝備落后問題,通過先進能源領域聯(lián)合先進制造、信息領域聯(lián)合支持的項目,支持先進裝備技術的發(fā)展。

2 “十三五”國家重點研發(fā)計劃支持方向

2.1 “十三五”儲能方向重點專項安排

大規(guī)模儲能關鍵技術研究任務屬于重大共性關鍵技術,實施時間為2016—2021 年。重點研究內容包括:適合大規(guī)模儲能的鋰離子電池、液流電池、壓縮空氣儲能技術、梯次利用動力電池規(guī)模化工程應用關鍵技術,研究提升儲能單元使用壽命、能量轉換效率、能量密度、安全性能的關鍵材料及創(chuàng)新結構,研究降低儲能單元、模塊、系統(tǒng)成本的關鍵技術以及動力電池的梯次利用關鍵技術。具體目標為突破100 MWh 級鋰離子電池、10 MW 級/40 MWh液流電池與10 MW級/100 MWh壓縮空氣儲能系統(tǒng)的關鍵技術,掌握大規(guī)模儲能的單元與模塊技術,提升現(xiàn)有儲能研發(fā)、制造、應用水平,滿足智能電網中大規(guī)模可再生能源高比例消納和分布式儲能對于儲能系統(tǒng)技術經濟性、能量效率、安全性、可靠性的要求,建立大規(guī)模儲能系統(tǒng)安全及失效分析的方法和標準,顯著提高梯次利用電池的綜合技術經濟性。

泥巴在一年前向左小龍表達過她的情意。泥巴給左小龍畫了一張畫,畫里的左小龍唯一的改變就是那香煙變成了雪茄。泥巴把畫遞給了左小龍。左小龍正在給自己的白色摩托車充氣,他接過一看后說,恩,不錯,就是香煙粗了點。多少錢?

“十三五”期間,國家對儲能方向的支持與智能電網合并,在2016 年啟動了智能電網和裝備重點專項,儲能作為其中的基礎支撐技術獲得支持,共計獲得了2.9433 億元國撥經費。具體設立了3 個任務,包括大規(guī)模儲能關鍵技術研究、新型儲能器件的基礎科學與前瞻技術研究和海水抽水蓄能電站前瞻技術研究,詳細情況參見表2。

在高功率電池方面,在基礎研發(fā)方面,國內擁有基本涵蓋了鋰電池全鏈條龐大的研發(fā)團隊,在電池制造端我國有全球知名鋰電池生產商;在下游儲能系統(tǒng)集成商方面有較多優(yōu)勢企業(yè),通過數年的產學研合作,形成千億級的產業(yè)集群,并已形成規(guī)模效應。近年來受益于國家對新能源的大力扶持,我國鋰電池技術取得了長足的進步。國家對鋰電池專項進行了持續(xù)的經費資助,“十三五”期間科技部重大專項新能源汽車專項和智能電網專項對快充型鋰離子電池進行了資助。建立了鋰離子電池研發(fā)平臺、智能化制造平臺、先進檢測及可靠性驗證平臺以及完備的下游應用平臺,為高功率電池的研發(fā)打下了堅實基礎。

新型儲能技術的核心材料、器件、應用、關鍵制造技術形成完整的自主知識產權體系。預期成果為研制的新型儲能器件關鍵性能,如能量密度、功率密度、能量效率、循環(huán)壽命、成本、安全性等顯著超越現(xiàn)有儲能技術,儲能單元與模塊可靠性高、響應速度快、工作溫度寬、環(huán)境適應性強,全壽命周期可以做到免維護、環(huán)境友好,儲能單元的設計易于模塊化及靈活配組安裝。“十三五”期間安排了鈉離子電池、鋰離子電容、儲能型固態(tài)鋰電池、液態(tài)金屬電池4個項目,項目結束后,都要求實現(xiàn)kWh級以上驗證,并突破相關關鍵技術。

海水抽水蓄能電站前瞻技術研究任務屬于共性關鍵技術,實施時間為2017—2020 年,研究內容包括對沿海地區(qū)海水抽水蓄能資源、開發(fā)潛力和生態(tài)環(huán)境影響進行評估,電站建設規(guī)劃和選址的要求,水輪機設計與制造技術,水輪發(fā)電機組變速技術的應用,海水抽水蓄能電站與可再生能源聯(lián)合運行技術,海水抽水蓄能管道防腐蝕與生物附著問題,電站壩體防浸襲技術,進行海島小容量海水抽水蓄能電站試驗。

2.2 “十三五”專項支持項目研發(fā)進展

2.2.1 中長時間尺度儲能技術

電化學儲能技術在中長時間尺度儲能技術中占據了主導。全球新增儲能裝機中超過80%是鋰離子電池,其次是鉛酸電池?!笆濉逼陂g我國在鋰離子電池儲能方面取得了重要的進展。

在100 MWh 鋰離子儲能電池技術方面,攻克了全生命周期陽極鋰離子補償技術難題,開發(fā)出循環(huán)壽命超12000次的長壽命電池單體,循環(huán)壽命指標達到世界領先水平;系統(tǒng)集成與管理方面,突破傳統(tǒng)電池被動均衡方法,提出并實現(xiàn)了鋰補償電池模塊的動態(tài)均衡策略,控制靜態(tài)壓差3~5 mV;開發(fā)出高精度SOC 算法,SOC 誤差5%(業(yè)內8%~10%),實現(xiàn)復雜電、熱條件下模塊內電池單體的動態(tài)一致性;大規(guī)模儲能系統(tǒng)層面,開發(fā)出適用于百兆瓦時級大規(guī)模電池儲能電站統(tǒng)一調度與控制系統(tǒng),實現(xiàn)全功率響應時間200毫秒(國際500毫秒),儲能電站跟蹤誤差小于2%(國際上>3%)額定功率。完成了福建閩投108 MWh項目(國內大規(guī)模電網側站房式鋰離子電池儲能電站,可為附近3個220 kV重負荷變電站提供調峰調頻服務)產品交付,整體技術水平行業(yè)領先。

隨著放開市場準入、減稅降費、推動產權保護等多項激發(fā)民間投資活力政策的逐步落實,全省民間投資始終保持良好的增長態(tài)勢。1-10月,全省民間投資同比增長16.9%,增速較1-9月提高2.1個百分點,較去年同期提高5.1個百分點,對固定資產投資的貢獻率達57.3%,貢獻率較1-9月提高5.1個百分點。

在固態(tài)鋰離子儲能技術方面,支持了固態(tài)鋰離子電池的基礎前瞻項目,通過深入研究固態(tài)電池的專用材料、新制成工藝、電化學及安全特性,形成并掌握了一套獨特的固態(tài)電池核心材料、規(guī)?;a工藝與儲能應用的管理控制系統(tǒng)和模塊化構建能力,在世界范圍內首次研制出能量型和功率型的儲能用固態(tài)鋰電池模組。完成了固態(tài)電池儲能模塊多維度安全性解決方案的設計及驗證,主要包括熱濫用安全性方案、絕緣安全方案和結構安全設計方案3 個方面。完成了10 kW/50 kWh 能量型和20 kW/20 kWh功率型固態(tài)電池儲能系統(tǒng)集成和示范驗證,兩套電池系統(tǒng)能量效率均大于90%,實現(xiàn)了智能電網儲能中應用可行性的初步驗證。總體而言,我國在固態(tài)儲能鋰離子電池領域具有很強的科技創(chuàng)新能力和市場競爭力,全面提高了我國儲能電池安全性與循環(huán)壽命。

在鈉離子儲能電池技術方面,我國鈉離子電池無論從綜合性能還是產業(yè)化速度在國際上都處于前列,擁有核心技術和自主知識產權,已率先實現(xiàn)在其目標領域的示范應用,完成了關鍵材料及電芯的批量化工藝及生產驗證,初步具備產業(yè)化條件。“十三五”期間,圍繞高安全、長壽命和低成本鈉基儲能電池的基礎科學問題,發(fā)展了高空間分辨、時間分辨、能量分辨和化學識別度的新型電化學原位磁共振成像技術等兩種原位表征技術,獲得了長壽命、低成本的嵌鈉電極結構模型及材料體系,鈉離子電池磷酸釩鈉正極材料可循環(huán)10000次,獲得長壽命水系鈉離子電池,開發(fā)了與現(xiàn)有液態(tài)電池生產線相兼容的原位固態(tài)化技術和固態(tài)電池生產工藝,制備出長壽命固態(tài)電池。示范了30 kW/100 kWh非水鈉基儲能電站、50 kW/100 kWh 非水鈉基電池“光-儲-充”系統(tǒng)和500 kW/1 MWh 非水鈉基電池“光-儲-充”智能微網系統(tǒng),突破了水系鈉基電池的關鍵技術瓶頸。目前主要挑戰(zhàn)是建設完整的上下游產業(yè)鏈,制定鈉離子電池的行業(yè)、國家及國際標準,進一步提升其綜合性能并降低成本。

在液態(tài)金屬電池方面,構建了液態(tài)金屬研發(fā)與分析平臺,設計了高比能電極體系,獲得了長壽命液態(tài)金屬電池,實現(xiàn)由跟跑到并跑的重要進展。然而,液態(tài)金屬電池的高溫封裝仍需突破,其高比能與長壽命特性難以兼顧,大容量電池長效服役有待進一步驗證。

在水系電池儲能技術方面,目前批量生產水系二次離子電池主要以鋰鈉混合離子電池為主,體系主要有錳酸鋰為主的含錳過渡金屬氧化物正極、硫酸鈉電解液以及碳復合氧化物磷酸鈦鈉負極,比能量為25 Wh/kg 左右。此外水系鋰離子電池、水系鈉離子電池、水系鉀離子電池和水系鋅離子電池均有大量研究文章報道,其中水系鋅離子電池已有初創(chuàng)公司嘗試產業(yè)化,但目前均無商業(yè)化產品報道。在水系離子電池技術儲備和基礎研究方面我國所處的階段為并跑階段。如果能夠在基礎研究方面加快布局,圍繞規(guī)模儲能重大應用場景需求出發(fā)針對性突破關鍵技術,解決產業(yè)化技術瓶頸,將有望在“十四五”末期確立優(yōu)勢地位,實現(xiàn)領跑。

說你情商低,是提醒你還有許多上升的空間;說你不夠自律,是看到了你自律后的無限未來;叫你要自覺,其實是在說你被監(jiān)督下表現(xiàn)還是不錯的,但監(jiān)督人最好是你自己……

混合儲能電池技術方面,“十三五”期間,我國在儲能技術研究領域取得了重要進展,不同類型儲能技術的簡單復合應用也有一定的研究基礎。但基于多儲能模式能量與物質深度融合儲能系統(tǒng)的研發(fā)尚處于起步階段。需重點突破多能共融新型儲能技術、熱-電高效轉換與電能存儲技術、電力轉換相變儲熱新機制及一體化技術等,實現(xiàn)新型高參數混合儲能技術。

在高中機器人編程學習課堂上,高中生不僅要學習基于硬件的編程,更是要注重基于任務的編程學習,基于任務的編程學習主要是以執(zhí)行任務為學習中心,并且要以完成任務為學習目的,所以學生在判斷應該選用那個傳感器進行接受信息,應該選用哪個傳感器來進行命令的下達,都要以任務本身為依據,要給于任務來開展機器人的編程。所以在進行基于任務的編程學習,要注意以下幾點內容:

2.2.2 短時高頻儲能技術

在高功率電容器方面,我國在平臺建設方面具有絕對優(yōu)勢。世界范圍內僅我國具有專門的超級電容器行業(yè),官方研發(fā)機構主要包括一個國家級工程中心、三個省級工程中心、兩個省級研究院,成立了超級電容器產業(yè)聯(lián)盟。工信部《2016 年工業(yè)強基工程實施方案指南》將超級電容器列為實現(xiàn)重大工程和重點領域急需的核心基礎零部件。同時,國家發(fā)改委《產業(yè)結構調整指導目錄(2019年本)》將超級電容器作為核心產品進入目錄??萍疾恳矎摹笆濉钡健笆濉逼陂g前后共支持關于超級電容器項目10 項(973、863 和重點專項),共計國撥經費約9000 萬元。另外,工信部支持強基計劃1 項,國撥經費1600 萬元?!笆濉逼陂g,圍繞高功率低成本規(guī)模超級電容器的基礎科學與前瞻技術研究,開發(fā)了高比電容氮摻雜少層碳、高容量納孔單晶缺陷氧化物負極、高電壓高倍率正極等關鍵材料,建立了原位環(huán)境透射電子顯微鏡、原位拉曼光譜、電化學-石英微晶天平聯(lián)用等多套電化學機制原位表征平臺,開發(fā)了高功率超級電容器器件結構設計和量產制造工藝、高功率集流體和負極材料預鋰化關鍵技術,建立了具有自主知識產權的年產能5兆瓦時超級電容器國產化生產線,提出了高功率超級電容器加速老化測試方法及壽命預測模型,建成了超級電容器性能評估、加速老化和壽命預測一體的實驗室平臺,為形成規(guī)?;母吖β食夒娙萜魃a奠定了堅實的基礎。

新型儲能器件的基礎科學與前瞻技術研究任務屬于基礎研究,實施時間為2016—2021 年。重點研究內容包括研究開發(fā)能顯著提升和超越現(xiàn)有儲能技術水平,針對大規(guī)模儲能、分布式儲能等不同的能量級別、功率級別、應用場景的多種新型儲能技術。支持儲能技術的共性基礎科學問題研究,具體包括儲能新原理、能量儲存與轉換過程中的熱力學、動力學、穩(wěn)定性、失效機制、關鍵材料匹配等。研究開發(fā)具有更高性能的新材料、新結構和新設計。探索研究和篩選適合智能電網各類應用的新型儲能技術。在基礎科學方面,掌握新型儲能技術中的關鍵材料設計、結構優(yōu)化設計和器件響應行為,掌握儲能器件服役過程中性能演化行為及其演化機理。完成對新型儲能器件的綜合技術指標、技術經濟性評價和在規(guī)模儲能中的應用前景分析。

在高功率飛輪技術方面,國內對飛輪技術研究興起于20世紀90年代,研究了飛輪儲能系統(tǒng)單機部件關鍵技術、系統(tǒng)集成和電網應用,設計或研制了30~1000 kW、0.5~50 kWh的各種技術路線的試驗系統(tǒng)、工程樣機。我國在復合材料飛輪、高速電機、磁懸浮等飛輪儲能單機研究領域取得了進展,推動了國內飛輪儲能技術進步。飛輪儲能陣列以及并網技術多數為理論仿真分析,實證研究不足,需要加大力度投入研發(fā)。

2.2.3 超長時間尺度儲能技術

(3)儲能系統(tǒng)集成、檢測、綜合利用技術:針對先進能源領域關注的智能電網、分布式能源、工業(yè)節(jié)能、可再生能源技術子領域以及數據中心、通信基站等應用需要的儲能系統(tǒng)集成技術,包括智能BMS、高能效高可靠性PCS、EMS,以及具有安全保護、自動監(jiān)控、模塊化、智能化的儲能單元、機組、機柜技術,高水平儲能單元與儲能系統(tǒng)的檢測、失效分析技術,儲能全產業(yè)鏈技術經濟性分析技術,動力電池的梯級利用技術。

在儲熱儲冷技術方面,國內蓄熱方面開發(fā)出了系列低成本低熔點高分解溫度硝酸熔鹽,在光熱發(fā)電供熱以及電供熱等領域進行了示范應用,但溫度限于600 ℃以下。國內也進行了高溫混合氯化和碳酸熔鹽的研發(fā),但氯化鹽腐蝕嚴重,碳酸熔鹽含有成本較高的碳酸鋰。當前急需低成本低腐蝕超高溫熔鹽和高溫高效換熱器等關鍵技術。蓄冷方面攻克了過冷水穩(wěn)定換熱技術、高效促晶技術、冰晶防傳播技術等系列關鍵技術,在冰漿制備和大容量蓄冷應用領域成為國際重要的技術力量。但需要進一步優(yōu)化系統(tǒng)流程,大幅度提升冰漿系統(tǒng)的能效和規(guī)模,為實現(xiàn)我國蓄冷技術大規(guī)模應用提供技術支撐。

在新型液流電池技術方面,國內在液流電池基礎研究、工程化用方面均取得了系列進展,實施了近40項應用示范,推進了液流電池在發(fā)電側、輸配電側及用戶側的廣泛應用,并牽頭制定液流電池國際標準。我國在“十三五”期間部署了10 MW全釩液流電池技術研發(fā)和示范,取得了重要進展;正在建設全球最大200 MW/800 MWh全釩液流電池儲能電站。目前,全釩液流電池已步入商業(yè)化,但初投資成本相對較高。提高電池功率密度、降低成本、發(fā)展新體系是液流電池儲能技術進一步發(fā)展的關鍵。

在海水抽蓄方面,面向海水抽水蓄能電站規(guī)劃、設計、建設、運行需求,以海水抽水蓄能電站推薦站點珠海萬山島為研究對象,經實地勘查、理論分析、對比測試、試驗驗證,從材料研發(fā)、電站選材、設計方法、監(jiān)測、預防與修復等多維度提出了電站腐蝕污損和環(huán)境防護綜合解決方案,研發(fā)了10 MW級可變速抽水蓄能機組設計制造關鍵技術,攻克了可變速海水抽水蓄能與可再生能源聯(lián)合運行控制、調度難題,形成了支撐海水抽水蓄能電站工程建設運營的成套關鍵技術方案。這為未來海水抽水蓄能電站規(guī)劃、建設和運行提供關鍵技術、平臺和裝備支撐,填補了國內可變速海水抽水蓄能電站建設、設備制造和運行控制等技術空白。

此外,在新型超長時間儲能技術方面,我國在熱泵儲能、重力儲能、固體顆粒儲能等新型超長時間尺度儲能技術中處于起步階段,基礎理論研究方面取得了一定進展,迫切需要在關鍵技術如壓縮膨脹機、高溫儲熱器、重力儲能控制器等方面實現(xiàn)從0到1的技術突破。

我院神經外科Ⅰ類切口手術圍手術期抗菌藥物預防使用情況調查及合理性評價 ………………………… 趙明琴等(10):1412

3 “十四五”儲能方向發(fā)展目標與規(guī)劃

3.1 我國儲能方向中長期發(fā)展目標

通過未來十五年的集中攻關和發(fā)展,解決涉及智能電網、可再生能源大規(guī)模接入等重大應用領域的先進儲能技術在安全性、效率、性能、規(guī)模、成本、壽命、智能監(jiān)測與控制等方面存在的瓶頸問題,推動先進儲能技術創(chuàng)新、支撐新型電力系統(tǒng)構筑和能源結構清潔化轉型,以實現(xiàn)能源消費革命為目標,推動我國先進儲能技術研究基礎前瞻、重大共性關鍵技術的研發(fā)與合理布局,重點攻克新型高性能儲能材料體系、新型儲能單元與系統(tǒng)、新型分析方法、新型儲能系統(tǒng)全壽命周期應用及回收、智能制造相關的科學基礎與關鍵技術等方向,顯著提升我國在先進儲能技術方向的國際競爭力,夯實知識產權體系、形成完整標準體系、全面實現(xiàn)先進儲能技術關鍵裝備和系統(tǒng)的國產化。

到2035年,確保我國在先進儲能技術領域的整體水平處于國際引領地位,形成可持續(xù)發(fā)展、支撐我國能源革命和社會發(fā)展的技術體系、產業(yè)體系、創(chuàng)新體系。將兼顧原創(chuàng)性、挑戰(zhàn)性、先進性、可行性,重點突破具有重大應用前景的關鍵技術和瓶頸技術,力爭全面實現(xiàn)適合大規(guī)模、寬時間尺度和頻率、高安全、長壽命和低成本的綜合性能優(yōu)異的先進儲能技術。應在全面優(yōu)于現(xiàn)有儲能技術之外達到以下部分或全面指標,具體包括:①實現(xiàn)吉瓦時儲能系統(tǒng)規(guī)模;②循環(huán)壽命指標提升到15000 次;③使用年限大于30年;④全面提升安全性,實現(xiàn)儲能單元的本質安全,儲能系統(tǒng)的主動預警、控制和安防;⑤全生命周期儲能能量成本低于0.8元/Wh,全生命周期儲能功率成本低于1 元/W,儲能系統(tǒng)能量成本降低到0.6元/Wh,度電使用成本降低到0.2元/kWh;⑥系統(tǒng)儲能效率大于90%;⑦系統(tǒng)儲能時間尺度滿足10 h需求;⑧實現(xiàn)全壽命周期資源利用最大化,且滿足面向應用的其他綜合技術指標。

總體而言,在中長時間尺度儲能技術方面我國已具備了較好的研究基礎與人才隊伍,基礎與應用資源得到大幅優(yōu)化,先進材料開發(fā)與新機制等基礎研究取得了大量原創(chuàng)性成果,并在諸多方向達到或接近國際最高水平;在優(yōu)勢技術方向已催生創(chuàng)新型公司或示范性器件。目前存在缺乏國家整體引領與規(guī)劃、先進設備自主創(chuàng)新性差、基礎支撐技術薄弱、示范創(chuàng)新環(huán)境不夠完善等挑戰(zhàn)。

3.2 “十四五”國家重點研發(fā)計劃在儲能方向的主要發(fā)展目標

推動具有重大應用前景的原始創(chuàng)新儲能技術的研究,加強儲能新原理、新概念、新途徑、新材料、新設計的研究開發(fā),集中攻關解決針對多種商業(yè)化應用時,儲能技術在滿足規(guī)模、效率、成本、壽命、安全性、能量密度、充放電速率等關鍵技術指標方面存在的不足和瓶頸技術問題,解決儲能技術在實施智能制造時需要突破的關鍵科學與技術問題,完善儲能技術在生產和應用過程中建立和實施標準化體系需要的科學與技術基礎。從提高全壽命周期儲能系統(tǒng)利用效率和成本控制方面,攻克單元和系統(tǒng)的全鏈條設計、狀態(tài)監(jiān)測和預測、智能調控、梯次利用和回收中的關鍵技術。先進儲能專項開發(fā)的儲能技術將涵蓋目前多種應用領域對不同時長、不同頻次、不同規(guī)模的先進儲能技術的需求,升級或顛覆現(xiàn)有儲能技術。如圖2所示,通過系統(tǒng)布局、重點突破,確保我國儲能技術在5年后在世界范圍內處于全面領先的水平,力爭形成完整的技術體系布局、知識產權布局和標準體系布局,通過前瞻技術布局、先進技術開發(fā)、瓶頸技術突破、基礎支撐技術補強,促進我國儲能創(chuàng)新鏈和產業(yè)鏈的完善,確保在世界范圍的競爭中在技術方面占據絕對領先優(yōu)勢,確保我國在能源技術革命中擺脫卡脖子危機,產品具有核心競爭力,催生高新技術產業(yè)。

“十四五”期間擬解決的重大科學問題包括:兼顧超長儲能壽命、高倍率充放電、本質安全、低成本的儲能新體系的關鍵材料體系設計、界面演化問題、儲能單元和系統(tǒng)全壽命周期下性能的動態(tài)演變規(guī)律和實時檢測方法;變工況和非穩(wěn)態(tài)條件下儲能系統(tǒng)動態(tài)特性與失效機理;基于模型與基于大數據分析的儲能系統(tǒng)壽命的精準預測;GWh 級能量型和功率型儲能的最優(yōu)組合與響應策略問題。多隨機性因素作用下的電力系統(tǒng)不確定性功率實時預測、狀態(tài)感知和平衡交互問題;寬時間和頻率范圍下的電力系統(tǒng)動態(tài)特性演變機理與分析問題;弱抗擾能力電力電子裝置與系統(tǒng)的耦合機理及協(xié)同調控問題;規(guī)?;脩魝荣Y源與電網互動運行問題;多能量流循環(huán)系統(tǒng)交互作用與聯(lián)合優(yōu)化問題;多物理化學過程、多部件特性及系統(tǒng)特性耦合與多尺度能量轉化機制等問題。

觀察組治療后顯效20例,有效10例,無效1例,治療總有效率為96.77%;對照組治療后顯效15例,有效9例,無效6例,治療總有效率為80.00%,觀察組治療總有效率高于對照組(P<0.05)。

針對儲能與智能電網相關重要應用場景擬突破的重大技術瓶頸(圖3)包括:

短時高頻儲能技術方面,面向電網調頻等應用場景,當前短時高頻儲能的綜合技術經濟性無法滿足需求,根本問題體現(xiàn)在儲能系統(tǒng)功率密度和能量密度無法兼顧,從而大大增加了儲能功率使用成本。未來需要開發(fā)例如電池電容、飛輪-電池混合的儲能技術等這一類低成本、高安全、適應高頻次快速響應的兼顧能量密度和功率密度的高功率儲能技術和混合儲能技術。針對電力發(fā)、輸、配環(huán)節(jié)中涉及的調頻、備用容量、可再生能源并網和平滑出力、無功支持等高功率應用場景,研究秒級到30 分鐘時長以內的高效長壽命低成本高功率高頻次儲能技術,具體包括混合電池電容、高功率電池、超級電容器、混合儲能技術等。功率密度大于10 千瓦/千克,系統(tǒng)功率成本低于2 元/瓦,系統(tǒng)能量效率大于90%,系統(tǒng)響應速度小于100毫秒。

中長時間尺度儲能技術方面,針對電網調峰、可再生能源大規(guī)模接入等廣泛的應用場景,現(xiàn)有中長時間儲能技術主要為鋰離子電池,在濫用條件下存在熱失控與燃燒爆炸的安全隱患,需要開發(fā)本征安全、超長壽命的新儲能技術,例如固態(tài)鋰離子儲能電池技術;儲能規(guī)模從目前的100 MWh 提升到GWh 級,亟待解決基于大容量電池和高電壓拓撲構架下的海量電池管理、協(xié)調控制和安全運行涉及的高水平智能儲能系統(tǒng)集成技術;從可持續(xù)發(fā)展角度考慮,需要開發(fā)例如鈉離子電池技術等這一類不受資源約束的非鋰電化學儲能技術。針對電力發(fā)輸環(huán)節(jié)中涉及規(guī)模儲能調峰,新能源風光儲配套等應用場景,研究時長在0.5~4 h的安全高效長壽命低成本的儲能技術,重點包括GWh 級高性能的鋰離子電池、本質安全的固態(tài)鋰離子電池、低成本無資源限制的鈉離子電池等。儲能單體和系統(tǒng)實現(xiàn)本質安全,循環(huán)壽命超過15000次,系統(tǒng)秒級以內響應速度,度電成本低于0.2元,支撐GWh級應用。

超長時間尺度儲能技術方面,針對可再生能源大規(guī)模接入等應用場景,現(xiàn)有各類儲能技術在超過4 個小時的時間尺度運行還難以實現(xiàn)與抽水蓄能具有相當的度電成本、規(guī)模和壽命,未來需要開發(fā)不受地理位置限制、大規(guī)模、長時間、低成本、高安全的能量與功率單元分離的超長時間高效儲能技術以及其他新型儲能技術,例如先進壓縮空氣、新型液流電池、基于熱力循環(huán)的儲能系統(tǒng)、固態(tài)儲熱技術、低成本的電化學儲能技術等。針對智能電網和新能源發(fā)電實現(xiàn)能量跨天時移和削峰填谷需求,研究可以取代抽水蓄能的時長大于4小時,不受地域、環(huán)境和資源限制的大規(guī)模長壽命低成本安全可靠的儲能技術,重點包括新型液流電池、先進壓縮空氣、基于熱力循環(huán)的新型儲能技術和固態(tài)儲熱技術等。儲能系統(tǒng)成本低于0.8 元/瓦時,度電成本低于0.2元,服役壽命大于20 年,系統(tǒng)循環(huán)壽命大于10000 次,系統(tǒng)能量效率大于70%,支撐GWh 級儲能技術。

未來使用CRISPR/Cas抗菌藥物的研究重點可以放在生物膜形成上[22-25]。細菌生物膜層內層居住著持久性細胞,這些細胞是常規(guī)細胞的休眠變體,其存在使病原體對包括抗生素在內的許多應激都具有高度耐受性[23]。CRISPR/Cas技術將有助于對這些過程進行基因剖析,能夠專一地靶向致病細菌,同時使諸如人類微生物群的非病原性細菌群體不受影響。因此,將來可能需要詳細描述患者微生物群的組成,以避免對有益的共生群體進行不必要的目標定位。

基礎支撐技術方面,面向儲能單元和系統(tǒng)的實時可知、可測、可控的需求,需要突破儲能單元和系統(tǒng)的智能傳感、檢測、預警、主動控制、主動安防、人工智能、大數據分析和區(qū)塊鏈技術應用等問題,儲能器件主動安全控制與消防技術等;智能電網的高度智能化,需要突破高電壓大電流強磁場環(huán)境下多場、多尺度、多介質耦合機制,挖掘多工況、多因素影響機理,揭示材料工藝與性能匹配、多物理場下界面間電場畸變規(guī)律、大功率電力器件電流提升及可靠性加固等科學問題,解決制約高端電工材料、大功率電力器件、傳感器件及芯片研制等重大技術瓶頸,創(chuàng)新人工智能網絡安全攻防對抗基礎理論與方法,突破電力人工智能基礎算法、大數據與區(qū)塊鏈、輕量化邊緣計算模塊等能源數字融合應用技術瓶頸。

3.3 “十四五”儲能方向主要發(fā)展規(guī)劃和目標

為構建源網荷儲一體化,在電源側,通過超長時間尺度和中長時間尺度儲能技術和高比例可再生能源主動支持技術,解決大規(guī)模可再生能源發(fā)電功率波動平抑和從小時到天為單位周期變化的調節(jié)需求(圖2)。在電網側,通過電網的柔性化、智能化水平提升以及超長時間尺度和中長時間尺度儲能技術,解決電網運行實時功率平衡的需求。在負荷側,通過對大量多元用戶之間和車網之間等供需互動技術以及不同時間尺度的儲能技術,來提高分布式清潔能源發(fā)電的消納率。通過上述電源側、電網側和負荷側的儲能、電網技術的協(xié)調配合,同時在相關的基礎性、共性技術上大量關鍵環(huán)節(jié)的突破,最終實現(xiàn)對高占比的集中/分散式風電、光伏發(fā)電的高效率消納,支撐能源結構的轉型?!笆奈濉逼陂g布局的儲能項目詳見圖4、圖5、表3和表4。

“十四五”期間,針對儲能與智能電網技術專項任務的研究需求,采用自主研發(fā)、產學研用聯(lián)合攻關等多種方式,全鏈條創(chuàng)新設計、一體化組織實施,借助國內外科研院所及社會科研力量,開展專題研究,實現(xiàn)技術研發(fā)和實驗能力建設的突破。建立多方協(xié)調機制,加強各部門之間的橫向協(xié)同,電網企業(yè)與發(fā)電企業(yè)之間、電網企業(yè)與電力用戶之間的聯(lián)動和協(xié)調,統(tǒng)籌部署儲能與智能電網的技術研發(fā)和示范應用,創(chuàng)新科研實施和示范應用機制,為實施儲能與智能電網專項創(chuàng)造良好的環(huán)境。設立儲能與智能電網專項總體專家組,進一步加強科技專項計劃的檢查督導。

易平安翻個白眼,繼續(xù)低頭去看《紀效新書》了。這是戚繼光大帥編寫的練兵治軍典籍,戚家軍威名在外,故而此書在大明軍中傳播甚廣,各地兵將多有以此為練兵教材的。錦衣飛鷹雖然領兵作戰(zhàn)的機會不多,但督陣和檢閱的機會不少,若是軍中有什么異常,便得第一時間制定相應對策,故而學這《紀效新書》,并以此對照,迅速判斷戰(zhàn)況是否正常,這也是文科考核的其中一門。

“十四五”期間,將實施積極政策,繼續(xù)加強國際交流與合作,吸納海外團隊、企業(yè)在中國發(fā)展。充分利用全球創(chuàng)新資源,積極引進國外先進技術和經驗,加強與國外技術研究發(fā)展計劃的合作,及時把握世界儲能與智能電網技術及裝備科技發(fā)展的新動向、新趨勢,實現(xiàn)我國儲能與智能電網技術發(fā)展與世界接軌,促進我國儲能與智能電網技術科技的可持續(xù)發(fā)展。

4 結論與展望

通過“十二五”“十三五”和“十四五”科技部在儲能方向的連續(xù)支持,希望未來我國在構建新型儲能技術體系方面,在該領域整體處于國際領先地位。開發(fā)的規(guī)模儲能技術,能夠支撐50%以上占比的可再生能源發(fā)電裝機友好并網和全額消納,能夠實現(xiàn)儲能度電成本低于0.2 元、服役壽命大于20 年、循環(huán)周次大于1.5 萬次、安全可靠的GWh級規(guī)模儲能技術,推動我國在儲能關鍵材料、裝備和軟硬件方面的原始創(chuàng)新,解決先進儲能技術在重要應用場景商業(yè)化的技術瓶頸,支撐智能電網和可再生能源發(fā)展;建立完整自主的技術研究和制造體系,形成完整的自主知識產權體系,全面提升儲能行業(yè)的國際競爭力,引領全球未來清潔能源產業(yè)發(fā)展。

[1] 中華人民共和國科學技術部.關于印發(fā)智能電網重大科技產業(yè)化工程“十二五”專項規(guī)劃的通知[EB/OL]. [2022-07-18]. https://www.most.gov.cn/xxgk/xinxifenlei/fdzdgknr/fgzc/gfxwj/gfxwj2012/201204/t20120428_94021.html.

[2] 國家科技管理信息系統(tǒng)公共服務平臺. [EB/OL]. [2022-07-21].https://service.most.gov.cn/kjjh_tztg_all/.

[3] 陳海生, 李泓, 馬文濤, 等. 2021 年中國儲能技術研究進展[J]. 儲能科學與技術,2022,11(3):1052-1076.

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