制图：沈亦伶
习近平总书记强调：“要夯实国内能源生产基础，保障煤炭供应安全，保持原油、天然气产能稳定增长，加强煤气油储备能力建设，推进先进储能技术规模化应用。”能源是人类文明进步的基础和动力，关乎国计民生和国家安全。目前，在世界新一轮科技革命和产业变革背景下，能源绿色低碳和可持续发展已经成为全球共识。
高效利用可再生能源，储能技术是关键
在落实“双碳”目标过程中，发展可再生能源是我国能源结构转型的重要方向。我国拥有丰富的可再生能源资源，当前风电、光伏、水电发电装机容量均居世界首位。但同时，我国可再生能源资源主要分布于西北地区，离东南部经济发达地区较远，能源资源与能源需求呈逆向分布，地域分配不均，而且风能、太阳能等可再生能源本身还具有间歇性等特征，利用起来有一定难度。
要破解这些难题，大规模使用风、光、水等可再生能源，加快推进能源绿色低碳转型，储能技术是关键。从科技赋能产业发展角度来看，大力发展储能产业将成为能源领域重要趋势。国家能源局近期发布的数据显示，今年上半年，我国新投运新型储能装机规模相当于此前历年累计装机规模总和。同时，我国已成为储能技术基础研究、技术研发和集成应用非常活跃的国家，不断努力实现储能技术的自主创新和原始创新。
突破“即发即用、不能存储”瓶颈，满足生产生活用能需求
储能，顾名思义就是储存能量，指通过介质或者设备，把一种能量形式存储起来，并根据应用需要，以特定能量形式释放出来的循环过程。为什么要把能量储存起来？一言以蔽之，能量的产生和使用不一定同步。比如，可再生能源发电如风力发电、太阳能发电等，会因为天气、季节、地理位置的不同，存在不同时间尺度的间歇性，而用电需求也有波动性，时多时少。储能技术就致力于解决这些问题。低成本大规模的储能系统可以突破可再生能源“即发即用、不能存储”的瓶颈，就像一个“超级充电宝”，显著提高风、光等可再生能源的消纳水平。
根据能量存储形式，储能技术主要分为物理储能、电化学储能、热储能和氢（氨）储能等。物理储能是以蓄水储能、压缩空气储能、飞轮储能等为代表的机械储能，其中蓄水储能和压缩空气储能适用于大规模长周期储能。电化学储能是将电能储存在锂离子电池、铅酸电池、钠硫电池等能源转化装置中，适于短时储能。热储能是将热能储存在隔热容器媒介中，进而实现热能的直接利用或热发电。氢（氨）储能是一种新型储能技术，是将电能以常见化学品（如氢、氨等）的形式存储起来。
“储”是为了“用”，储能技术始终面向生产生活不同领域的用能需求。以人们最常使用的电能为例，储能技术在电力系统中作用巨大。在发电端，储能技术可以解决可再生能源大规模接入电网带来的不稳定性和间歇性问题，“发了电，存着用”；在电网侧，可以实现“削峰填谷”，有效缓解因需求变化带来的“发了电，没人用”“没有电，急着用”问题；在用户端，人们可以根据自己的实际情况安排用电计划，降低电费成本。
在电力系统储能项目中，蓄水储能是目前的主要方式。电力系统处在低谷负荷时，蓄水储能技术用富余的电能将水抽到高处储存，在电力负荷高峰时段放水发电。这项技术通过电能与势能的转换存储电能，可以有效调节电力系统生产、供应、使用之间的动态平衡。蓄水储能启停迅速，运行灵活可靠，能对电力系统负荷的急剧变化快速作出反应，以水为介质还确保了清洁能源发电，是一种高效、成熟、环保、性价比高的储能技术。中关村储能产业技术联盟发布的最新数据显示，截至2022年底，我国已投运的电力储能项目中，蓄水储能占比达77.6%。
对接不同应用场景，在多领域助力绿色发展
目前，以锂离子电池为代表的电化学储能正加速发展。电化学储能能效高、响应快、灵活性强。正如人们熟悉的电池，电化学储能通过介质或设备把电能存储起来，在需要时释放。这些“电池”的储能时间少则数秒、多达数小时，输出功率可调，能满足电网的应用需求。锂离子电池具有较高的比能量、比功率、充放电效率和输出电压，且使用寿命长、自放电小，是一种理想的储能技术。随着制造成本的降低以及政策的推出落地，锂离子电池正大规模装机到电化学储能领域，增长势头强劲。人们常用的手机、笔记本电脑等电子设备，还有越来越多的新能源汽车，许多就采用锂离子电池。未来，锂离子电池将在降低成本的同时继续提高安全性。新兴的钠离子电池技术也在迅速发展。虽然能量密度不及锂离子电池，但钠离子电池的原材料储量丰富、成本低廉，在大规模储能方面优势明显。
氢（氨）等形式的化学储能作为零碳超长时储能技术，在新型电力系统中也将扮演越来越重要的角色。氢（氨）储能分为广义和狭义两种。广义上，氢（氨）储能将可再生能源电力系统中的富余电能，通过电解装置转化为氢（氨）等能源或产品，在利用环节不转换回电能直接利用，将可再生能源领域与能源化工领域连通起来，有助于我国构建绿色化工体系。狭义上，氢（氨）储能是“电—氢（氨）—电”的转换，即最终途径为发电。这项技术将电网中过剩的电力通过电解水制氢（氨），转换成氢（氨）化学能，当用电需求增加时，再利用氢（氨）燃料电池发电技术，将氢（氨）能再次转换为电力并输送回电网，或运输至用户端进行分布式发电，具有与电力系统匹配度高、适应性好的特点。在政策、技术、成本等因素推动下，氢（氨）能作为连接可再生能源的纽带和电力储能介质，在可再生能源高占比的新型电力系统中将扮演越来越重要的角色。
从发展趋势看，氢（氨）储能技术被认为是智能电网和可再生能源发电规模化发展的有力支撑。2021年，国家发展改革委、国家能源局把“氢储能”明确纳入创新储能技术；2022年，国家发展改革委、国家能源局印发文件，进一步明确开展依托可再生能源制氢（氨）的氢（氨）储能等试点示范。当然，作为一种新型技术，氢（氨）储能技术发展还要突破电、氢两种能量载体之间的高效转化、低成本大规模存储和综合高效利用等关键问题，以更好满足能源使用和发展需求。
储能作为重要的新兴产业，是构建新型电力系统、实现“双碳”目标的支撑力量。相信在国家大力支持下，我国新型储能技术将不断取得新的进步，发挥越来越重要的作用，为提高可再生能源比例、实现能源绿色低碳转型等注入强劲能量，助力高质量发展。
（作者为中国工程院院士、中国矿业大学（北京）教授）
推荐读物
《储能技术及应用》：中国化工学会储能工程专业委员会组织编写，丁玉龙、来小康、陈海生主编；化学工业出版社出版。
《储能技术概论》：饶中浩、汪双凤主编；中国矿业大学出版社出版。
《能源互联网：储能系统商业运行模式及典型案例分析》：孙威、李建林、王明旺等编著；中国电力出版社出版。
