趙天壽：能源轉(zhuǎn)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(jì)念堂隆重開幕。本次活動由嶺南影響力(廣東)科技研究中心主辦，廣州市中山大學(xué)校友會承辦。

　　嶺南影響力·2024年度活動圍繞創(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(jī)遇。世界銀行副行長陳廣哲、南方科技大學(xué)碳中和能源研究院院長趙天壽、廣開首席產(chǎn)業(yè)研究院院長兼首席經(jīng)濟(jì)學(xué)家連平、廈門大學(xué)能源學(xué)院創(chuàng)始院長李寧、上海珠池資產(chǎn)管理有限公司董事長路志剛、明尼蘇達(dá)大學(xué)卡爾森管理學(xué)院副院長Stephen T Parente等二十多位資深學(xué)者、機(jī)構(gòu)專家、商界領(lǐng)袖出席，吸引了華南地區(qū)千余名政、產(chǎn)、學(xué)、商、融各界精英人士現(xiàn)場參與。

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

　　趙天壽認(rèn)為，能源轉(zhuǎn)型是實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的關(guān)鍵。當(dāng)前，化石能源在能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中占主導(dǎo)地位，占比高達(dá)82%，而太陽能和風(fēng)能的占比僅為5%。為實(shí)現(xiàn)達(dá)到碳中和目標(biāo)，需顯著提升新能源比例，使太陽能、風(fēng)能等可再生能源成為能源結(jié)構(gòu)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%。盡管近年來風(fēng)能和太陽能的裝機(jī)容量增長迅速，但其發(fā)電量占比仍然較低。過去十年，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(zhuǎn)型過程中，節(jié)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最慢，僅為0.3%。根據(jù)“十四五”規(guī)劃，CO2排放目標(biāo)計(jì)劃降低18%，但2023年未達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。此外，風(fēng)光發(fā)電量僅占全部發(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(dāng)前擴(kuò)大其規(guī)模的主要挑戰(zhàn)，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，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(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)均發(fā)揮著不可或缺的作用。在發(fā)電側(cè)，儲能可以解決可再生能源并網(wǎng)問題，提供尖峰負(fù)荷，從而避免供電中斷;在電網(wǎng)側(cè)，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);在用戶側(cè)，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(yīng)風(fēng)光能源的間歇性，理想的儲能技術(shù)需具備長時(shí)儲能能力，以覆蓋風(fēng)光間歇周期，確保電力供應(yīng)的穩(wěn)定性和安全性。

　　當(dāng)前儲能技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中面臨多重挑戰(zhàn)，包括安全問題、地域限制以及低利用率等，特別是在長時(shí)儲能技術(shù)方面存在顯著缺口。理想的大型儲能裝備需同時(shí)滿足三大要求：安全性、經(jīng)濟(jì)性和資源可及性。抽水儲能技術(shù)發(fā)展成熟，特別適用于長時(shí)大規(guī)模儲能，但其應(yīng)用受到地理位置和建設(shè)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發(fā)展的重點(diǎn)。目前各類儲能技術(shù)的裝機(jī)容量均呈現(xiàn)快速增長趨勢，抽水蓄能和鋰電儲能在市場中占據(jù)主導(dǎo)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(yīng)用仍需進(jìn)一步優(yōu)化和提升。

　　長時(shí)儲能的核心在于能量載體的流動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、易于擴(kuò)容和選址的便利性，成為理想的長時(shí)儲能技術(shù)選擇。液流電池具有本征安全、儲能時(shí)長靈活、易于擴(kuò)容、壽命長和廣泛的應(yīng)用場景等優(yōu)勢，能夠滿足發(fā)電、電網(wǎng)和用戶側(cè)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(yīng)建筑內(nèi)或地下空間的環(huán)境。《“十四五”新型儲能發(fā)展實(shí)施方案》和《加快構(gòu)建新型電力系統(tǒng)行動方案(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(yīng)，推進(jìn)液流電池產(chǎn)業(yè)的布局。

　　當(dāng)前，液流電池技術(shù)面臨的主要挑戰(zhàn)之一是其相對較高的建造成本，其中電堆和電解液占據(jù)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(yīng)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(yīng)耦合機(jī)理，提出了多場驅(qū)動多子傳遞與反應(yīng)協(xié)同調(diào)控方法，構(gòu)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(dǎo)下，趙天壽教授團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出一種高性能、低成本且長壽命的液流電池儲能系統(tǒng)，為液流電池成本降低提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

　　趙天壽指出，過去十余年，光伏、風(fēng)機(jī)等技術(shù)取得了顯著進(jìn)展，然而儲能技術(shù)的發(fā)展相對滯后。為實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)，必須加速推進(jìn)儲能技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，以增強(qiáng)我們邁向碳中和時(shí)代的信心與決心。