3.3 技术路线图
3.3.1 常规模式下技术路线
作为一个战略性新兴技术领域,常规模式下的储能技术路线研究核心在于各种储能本体技术,包含关键材料、本体制造、特性分析、产业化转移等多个技术环节,涉及材料、固体物理、电化学、化工、自动控制等多个学科,是一个典型的前沿性交叉技术学科。通过资源整合和体系化平台,直面关键科学问题和技术难点,推动原始创新,加快集中攻关步伐。
如图4所示,常规模式技术路线下,全面掌握战略布局的先进储能技术,重点攻关化学储能、压缩空气储能、高温储热的材料制备和核心装置制造技术[33]。突破储能系统集成和能量管理等关键技术,实现不同场景不同规模的示范验证和推广应用。构建完备的储能技术标准体系,形成相对完善的产业链结构。
3.3.2 突破模式下技术路线
突破模式下的整体技术路线应突破现有格局的限制,转而构建包括基础理论、材料制备和表征、本体制造、中试级产业化转移和综合性能评估分析等覆盖全产业链的体系化研究实验平台,并建立相应的高水平研发实验能力,通过贯通材料设计、装置开发、工程示范和综合评估等全部环节,创新体系化研究模式,方能夯实研究基础,以顶层设计思维充分发挥顶端引领作用,加速推进技术与需求对接。
突破模式下的技术路线应该积极探索新材料[31]、新方法,实现具有优势的先进储能技术储备,在液体电池、镁基电池等新概念化学电池获得突破;研究热化学储热等前瞻性储热技术,探索高储热密度、低成本、循环特性良好的新型材料配对机制;应用V2G虚拟储能前瞻理论,研究服务与支撑电动汽车推广应用技术。
开展10~100MW•h级示范工程,示范验证10~100MW•h级面向分布式供能的储热(冷)系统和10MW级以上太阳能光热电站用高温储热系统;研究可再生能源发电与质子交换膜/固体氧化物电池电解水制氢一体化技术[31],突破高效催化剂、聚合物膜、膜电极和双极板等材料与部件核心技术,掌握适应可再生能源快速变载的高效中压电解制氢电解池技术,研发成本低、循环稳定性好、使用温度接近燃料电池操作温度的氮基、硼基、铝基、镁基和碳基等轻质元素储氢材料,技术路线如图5所示。
4 结论
我国储能技术在基础性研究方向,尤其是储能基础理论、新型材料研究方面尚有欠缺,在基础性、前瞻性交叉技术领域的个别环节较为薄弱,储能装置技术水平与巨大需求之间存在较大差距,在产业化转移能力建设方面有待加强,尚未建成完整的体系化研究闭环,还不能发挥战略作用,亟待补充和强化。
在2050年技术攻关重点和顶层设计中,以需求引导为驱动,建立以基础理论为指导、先进储能材料及本体技术为创新根本、关键装备技术为抓手的全新研发模式,完善储能领域创新研究体系。
目标是突破大规模储能技术局限,满足电网接纳大比例新能源并网消纳及调峰需求。针对未来电网与热力网、氢-天然气网等不同能源网络之间互联互通的需求,突破低成本相变储热(蓄冷)技术、高转换效率、长寿命储氢技术,实现以电为中心的不同能源网络间柔性互联、调剂和联合调控,促进清洁能源大规模转化、网络化存储和多形态消纳。突破高比能量锂空气储能电池技术,满足电动汽车续航里程的要求,并在电动汽车领域的大规模、大范围推广应用,实现V2G运行模式,开创适用于电网新形态的电网运行管理新模式。
(张明霞 闫涛 来小康 陈继忠 牛萌 徐少华)
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