趙天壽：能源轉型與新型儲能技術(shù)

　　11月10日上午，嶺南影響力·2024在廣州中山紀念堂隆重開(kāi)幕。本次活動(dòng)由嶺南影響力(廣東)科技研究中心主辦，廣州市中山大學(xué)校友會(huì )承辦。

　　嶺南影響力·2024年度活動(dòng)圍繞創(chuàng )新發(fā)展、全球布局、能碳管理等主題，探討高質(zhì)量發(fā)展機遇。世界銀行副行長(cháng)陳廣哲、南方科技大學(xué)碳中和能源研究院院長(cháng)趙天壽、廣開(kāi)首席產(chǎn)業(yè)研究院院長(cháng)兼首席經(jīng)濟學(xué)家連平、廈門(mén)大學(xué)能源學(xué)院創(chuàng )始院長(cháng)李寧、上海珠池資產(chǎn)管理有限公司董事長(cháng)路志剛、明尼蘇達大學(xué)卡爾森管理學(xué)院副院長(cháng)Stephen T Parente等二十多位資深學(xué)者、機構專(zhuān)家、商界領(lǐng)袖出席，吸引了華南地區千余名政、產(chǎn)、學(xué)、商、融各界精英人士現場(chǎng)參與。

　　南方科技大學(xué)機械與能源工程系講席教授、能源科學(xué)與工程熱物理專(zhuān)家趙天壽應邀出席并發(fā)表了題為《能源轉型與新型儲能技術(shù)》的主旨演講。

　　趙天壽認為，能源轉型是實(shí)現碳中和目標的關(guān)鍵。當前，化石能源在能源消費結構中占主導地位，占比高達82%，而太陽(yáng)能和風(fēng)能的占比僅為5%。為實(shí)現達到碳中和目標，需顯著(zhù)提升新能源比例，使太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源成為能源結構的主體，同時(shí)化石能源占比需降低至10%，而新能源占比需提高至60%。盡管近年來(lái)風(fēng)能和太陽(yáng)能的裝機容量增長(cháng)迅速，但其發(fā)電量占比仍然較低。過(guò)去十年，我國化石能源占比從88.7%降至82.1%，年均下降約0.7%。然而，在能源轉型過(guò)程中，節能減排壓力依然巨大，需要加速風(fēng)光能源的替代進(jìn)程。2023年，我國化石能源占比的下降速度為十年來(lái)最慢，僅為0.3%。根據“十四五”規劃，CO2排放目標計劃降低18%，但2023年未達到預期目標。此外，風(fēng)光發(fā)電量?jì)H占全部發(fā)電量的20%，且今年一季度棄風(fēng)棄光率由2%上升至4%，表明風(fēng)光發(fā)電的利用率有待提升。

　　風(fēng)光能源的不可控性已成為當前擴大其規模的主要挑戰，而儲能技術(shù)的發(fā)展能夠被視為有效平抑風(fēng)光能源波動(dòng)，提升其實(shí)際利用率的關(guān)鍵手段。儲能技術(shù)在發(fā)電側、電網(wǎng)側和用戶(hù)側均發(fā)揮著(zhù)不可或缺的作用。在發(fā)電側，儲能可以解決可再生能源并網(wǎng)問(wèn)題，提供尖峰負荷，從而避免供電中斷;在電網(wǎng)側，儲能有助于緩解輸配電阻塞，降低增容成本，并提供電力輔助服務(wù);在用戶(hù)側，儲能可以降低用電成本，提高用電質(zhì)量，并作為備用電源。為適應風(fēng)光能源的間歇性，理想的儲能技術(shù)需具備長(cháng)時(shí)儲能能力，以覆蓋風(fēng)光間歇周期，確保電力供應的穩定性和安全性。

　　當前儲能技術(shù)在實(shí)際應用中面臨多重挑戰，包括安全問(wèn)題、地域限制以及低利用率等，特別是在長(cháng)時(shí)儲能技術(shù)方面存在顯著(zhù)缺口。理想的大型儲能裝備需同時(shí)滿(mǎn)足三大要求：安全性、經(jīng)濟性和資源可及性。抽水儲能技術(shù)發(fā)展成熟，特別適用于長(cháng)時(shí)大規模儲能，但其應用受到地理位置和建設周期的限制;鋰離子電池儲能靈活、適用于中短時(shí)儲能，未來(lái)發(fā)展的關(guān)鍵在于提升其安全性;壓縮空氣儲能技術(shù)雖然容量大，但提高效率和解決儲氣難題是其未來(lái)發(fā)展的重點(diǎn)。目前各類(lèi)儲能技術(shù)的裝機容量均呈現快速增長(cháng)趨勢，抽水蓄能和鋰電儲能在市場(chǎng)中占據主導地位，但儲能裝備的實(shí)際利用率仍然偏低，2023年風(fēng)光電站的儲能裝備利用率僅為9%，表明儲能技術(shù)的發(fā)展和應用仍需進(jìn)一步優(yōu)化和提升。

　　長(cháng)時(shí)儲能的核心在于能量載體的流動(dòng)性和容量與功率的解耦。流體電池，尤其是液流電池，憑借其靈活的儲能時(shí)長(cháng)、易于擴容和選址的便利性，成為理想的長(cháng)時(shí)儲能技術(shù)選擇。液流電池具有本征安全、儲能時(shí)長(cháng)靈活、易于擴容、壽命長(cháng)和廣泛的應用場(chǎng)景等優(yōu)勢，能夠滿(mǎn)足發(fā)電、電網(wǎng)和用戶(hù)側對儲能技術(shù)的需求。此外，液流電池的布置靈活性使其能夠適應建筑內或地下空間的環(huán)境?！?ldquo;十四五”新型儲能發(fā)展實(shí)施方案》和《加快構建新型電力系統行動(dòng)方案(2024-2027年)》均明確支持液流電池技術(shù)的發(fā)展，各地也積極響應，推進(jìn)液流電池產(chǎn)業(yè)的布局。

　　當前，液流電池技術(shù)面臨的主要挑戰之一是其相對較高的建造成本，其中電堆和電解液占據了總成本的80%，而電堆的電流密度與電解液的利用率低也是推高成本的原因。為有效降低成本并促進(jìn)該技術(shù)的廣泛應用，提升電池的電流密度和電解液利用率成為關(guān)鍵策略。趙天壽從熱物理與電化學(xué)的交叉視角出發(fā)，揭示了跨尺度多子傳遞與電化學(xué)反應耦合機理，提出了多場(chǎng)驅動(dòng)多子傳遞與反應協(xié)同調控方法，構建了熱質(zhì)傳遞-電化學(xué)耦合理論框架。在這一理論的指導下，趙天壽教授團隊成功研發(fā)出一種高性能、低成本且長(cháng)壽命的液流電池儲能系統，為液流電池成本降低提供了強有力的技術(shù)支撐。

　　趙天壽指出，過(guò)去十余年，光伏、風(fēng)機等技術(shù)取得了顯著(zhù)進(jìn)展，然而儲能技術(shù)的發(fā)展相對滯后。為實(shí)現雙碳目標，必須加速推進(jìn)儲能技術(shù)的研發(fā)與應用，以增強我們邁向碳中和時(shí)代的信心與決心。