中国科学院院士，南方科技大学碳中和能源研究院院长赵天寿以“新型储能支撑新能源高质量发展”为主题发表演讲。
赵天寿指出，新型储能是支撑新能源高质量发展的关键，目前政策正引导储能技术向长时化发展。液流电池作为一种流体电池，具备本征安全、时长灵活、循环寿命长等优势，适合长时储能场景。赵天寿团队通过提升电堆电流密度和电解液利用率，已在内蒙古等地实现工程应用，运行稳定，成本显著下降，为电网侧、电源侧及用户侧提供了安全灵活的长时储能方案。随着技术成熟，液流电池等长时储能技术将成为解决新能源消纳瓶颈、构建新型电力系统的关键支撑，助力清洁能源安全高效替代。
赵天寿：尊敬的各位领导、各位专家、女士们、先生们大家早上好！刚才吴局长的报告非常精彩，对于下一段分布式能源发展具有重要的指导意义。
我今天想给大家汇报一下新型储能，储能技术。我个人理解，建立以新能源为主导的能源系统，不管是分布式供能还是集中式供能，储能都非常重要。我今天主要给大家汇报几点：
首先，风光新能源装机快速增长，但弃风弃光率问题严重。所以我们要发展储能，特别是长时储能，能够划界风光供需错配，支撑新能源高质量发展；今天特别给大家汇报一种长时储能技术，也是液流电池，液流电池有着非常重要的优势，包括安全性、时长灵活性、循环寿命长等等，但是它广泛的应用需要突破成本的瓶颈。这是我给大家今天汇报的主要内容。
首先，我国的电力系统已进入高霹雳的新能源阶段。去年年底风光装机达到18亿千瓦，非常自豪令人振奋历史性超过了火电的装机，这是非常了不起的事情。未来十年要翻一番，到2035年达到36亿千瓦，逐步会过渡到以新能源为主导的能源体系，但是风光能源存在着供需适配，从短时的小于半小时的，中短时的，从半小时到4小时的，还有长时的4小时到100小时的供需的适配，所以电力出力不可控，特别是随着占比的提升，电网的供需平衡难度加大，弃风弃光率上升，对电网稳定运行带来一些挑战。
新能源的消纳实际上就是要找出问题，新能源从时间来说是波动、随机、间歇，空间上是远离负荷的集中区域，西部的风光资源很丰富，但是能源的用户主要在东部，所以为了解决这个问题，存在时空方面的错位，为了解决和缩小错位，我们要空间转移，比如说我们用交流、直流的特高压远距离输电，从时间方面用不同时长的储能技术来应对波动性、随机和间歇性。还有用绿色燃料储能，实现长周期的储能，实现不管是时间和空间的转移。
今天我主要聚焦储能技术，时间的转移。今天讲的储能技术是大型的储能装备，对于大型的储能装备有三大要求，首先安全可靠，手机着火、电动汽车着火是一回事，我们绝对不想看到储能电站爆炸着火。第二点要经济可行，经济可行的储能技术才能被广泛接受。同时要资源可及，一个储能技术所需要的材料、资源不能受太多局限，储能装备也不需要太依靠好的地力方面的限制，材料可循环利用也是非常重要的一点。总的来说安全是底线、经济性是技术的生命线、资源确定了技术的应用上限。
经过几年的发展，特别是近五年来，在储能方面，中短时储能增长特别快，去年年底已经超过1.3亿千瓦装机，但是这里关键是中短时，也就是说平均储能时长只有2.58小时，所以随着风光占比进一步提升，弃风弃光还是越来越严重，这是我们面临的一个问题。
所以我们不光要化解中短时的错配，还要化解风光长时的适配，所以需要长时储能技术，需要8小时以上的长时储能技术，这样才能真正能够平衡电力系统的供需，发展长时储能成为全球的共识，不过美国、英国、欧盟都非常重要，出台相应的政策支持长时储能技术的发展。我国也非常重视，过去的政策是强配储政策，大概是2小时到4小时，从今年开始，容量电价和储能的时长挂钩，这样的政策会推动长时储能快速的发展，也就是说我们会考虑电价系数，储能的时长比用电的高峰时长陕西、甘肃以6小时为基准，青海已提高至8小时，容量电价正推动储能技术由2小时4小时向8小时以上的技术发展。
如何来延长储能技术的时长？为了回答这个问题，比较三种技术，一个是抽水蓄能、压缩空气储能和锂电储能，用什么样的能量载体储能，对抽蓄来说，水是可流动的能量载体，是抽水蓄能非常重要的优势，能量单元和功率单元分开，容量与功率解耦，时长取决于水坝大小，水坝大了时长灵活了，压缩空气，它的能量载体是空气，也是可以流动的，这种可以流动的能量载体也给压缩空气带来了非常重要的优势，时长取决于储气空间的大小，压缩空气一个优势是时长灵活，特别适合8小时以上的储能场景。锂电的优势非常显著，能量密度高，特别是能量转换效率高，配置非常灵活，不像抽水蓄能和压缩空气蓄能从选址方面，电池相对灵活，锂离子电池的一个欠缺就是能量载体或者活性材料是不可以流动的，是装置的容量和功率强关联在一起，功率超配回到成本化、安全性的问题。通过三种技术的比较，我们得到一个启示，如果储能时间要长，要用像压缩空气和抽水可流动的能量载体，如果我们要能量转换效率高，能量密度高，配水灵活，可用电化学能量转换装置，把两点结合起来就会形成一种高效、时长和配置灵活的储能体系，这个体系是流体电池，流体电池是一类电池，不是单一的电池，比如说今天的电解池、燃料电池、液流电池等等，还有金属空气电池都属于流体电池，最重要的特征，就是它的能量载体是可以流动的，比如说我们用氢、甲醇氨作为能量载体，电解液作为能量载体，所以可流动的能量载体储存能力，储运、疏运、转换和释放能力，所以流体电池最大的优势，能量和功率解耦，时长非常灵活，适合长时储能场景，电化学反应速度，能量转换效率高，选址非常方便，所以流体电池作为一类电池是非常理想的长时储能技术。
今天主要聚焦一种流体电池是液流电池，液流电池和传统的电池不太一样，能量是储存在电解液中，电池分两个部分，一部分是电解液罐，一部分是电池，能量在电解液罐中，电池是来充放电的，是分开的，它的优势是时长非常灵活，如果我们要延长时长液罐做大就可以了，另外，电解液是水系的，用于储能场景的电解液是水系的，不着火、不爆炸，所以是本身安全，另外这个电池有非常重要的优势，循环寿命特别长，液流电池是电解液流过电极，循环寿命没有疲劳破坏一说，循环寿命理论上可以达到30年。过去，20多年一直研究不同电堆，不同材料的液流电池，包括无机体系、有机体系，我们发现全钒液流电池是广泛应用的，多年来一直致力于液流电池的成本，研发的思路就是提高电堆的电流密度，电流密度高了，电堆所需要的材料量降下来，钒材料有点贵，但是现有的液流电池利用率不太高，60%左右，电堆的电流密度高了以后意味着电解液利用率就高了，所以我们从提高电堆的电流密度降低成本，但是从学术上来讲、科学上来讲，要降低成本，突破性能是非常难的一个事情，特别是遇到一个最大的问题就是跨尺度的传输，到界面的反应，协同的问题，液罐是好几米高，反应发生在纳米级的电面电极上，所以特别大跨尺度的传输和反应的问题。
我们多年来一直应对突破性、降低成本。研发的时候要让整个设备能够从微观到宏观各个尺度达到一个有序的组织和有序的协同，要解决很多科学上的挑战，特别是让它有序的过程、有序的结构，最后达到有机的装备，要应对科学的挑战，我过去做游船，近20年来我做新型的电池，形成了学科交叉的方法，把工程热物理和电热力的结合，形成一个理论的框架指引液流电池的关键材料、关键部件和系统设计，达到精准的制造。
对液流电池来说性能要突破，首先是电极，电极是一个核心部件，电极表面非常重要，要有高的活性，反应速度快，同时要有抑制可能的副反应发生，我们的工艺方面能达到这样的目标。电极的另一个核心问题是结构，因为电解液流过电极充放电，对电极来说需要比表面积高，比面积高意味着孔变小了，如何解决流阻的问题，保持很大的表面积是一个矛盾，电极的发明使电流的电堆密度得到跨越式的提升。
流场结构也是一个非常重要的设计，用新的实验、模拟、机器学习获得高性能的流道设计，对电流密度的提高也是至关重要的，有了关键的材料、部件匹配也非常重要，在理论的指引下能够匹配各种材料和电极，达到最佳系统的设计。电堆的循环寿命可以20000圈，可以在高的电流密度下600毫安每平方米，目前是最高的寿命纪录。
电堆的电流密度400毫安每平方米，这个提高意味着从技术上能够保证电堆的建造成本下降，同时电解液的利用率高，所以为这种技术的成本降低打下了技术的基础。
我们的技术已经用上了，用在了内蒙古磴口县，这是我们调试的过程，当时十几天的调试过程，并网运行。这是整个装置装备的情况，已经运行了9个多月，运行非常稳定，电堆的功率密度、电流密度400毫安每平方米，电堆能量效率80%以上，整个技术是综合过去从传热装置到电化学反应一系列的知识。
刚才那个应用是电网侧的应用，全钒液流电池是安全的，另外规模和时长可调，循环寿命也很长，所以全钒液流电池在电网侧、电源侧、用户侧，比如说独立的储能、零碳园区、算力中心、数据中心、调频等等都可以用，因为它非常安全又很灵活，应用的前景是非常广泛。
要解决新能源的消纳问题，就是要解决它的时空错位问题，目前来说，最难的问题就是怎么能解决长时的适配，需要长时储能技术，政策正引导储能技术向长时化发展。
液流电池时长灵活，扩容方便，适合长时储能，但规模化应用受成本的制约。我们团队研发的高功率密度、高电解液利用率的液流电池也开始用了，成本也下来了，我相信几年以后会有一个规模化的应用阶段。
分布式能源
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