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1、【課程講稿】邁向碳中和：能源存儲技 術(shù)新進(jìn)展（中） 【關(guān)鍵詞】鈉離子電池 液流電池 壓縮空氣儲能 飛輪儲能 面向 碳中和的新場景 【內(nèi)容簡介】 我國力爭2030年前實現(xiàn)碳達(dá)峰，2。6。年前實現(xiàn)碳中和，是以習(xí) 近平同志為核心的黨中央經(jīng)過深思熟慮作出的重大戰(zhàn)略決策，事關(guān)中 華民族永續(xù)開展和構(gòu)建人類命運(yùn)共同體。作為世界第一大能源生產(chǎn)國 和消費(fèi)國，隨著風(fēng)電、光伏發(fā)電等可再生能源技術(shù)進(jìn)步和本錢加速下 降，能源綠色低碳轉(zhuǎn)型成為大勢所趨。本課程從新能源的角度，分析 了如何通過能源存儲技術(shù)的新進(jìn)展來實現(xiàn)碳中和的目標(biāo)。 【大綱】邁向碳中和：能源存儲技術(shù)新進(jìn)展 第二節(jié) 邁向碳中和：能源存儲技術(shù)新進(jìn)展（中

2、） 我們想怎么樣實現(xiàn)碳中和呢？那么實際上如果考慮一下就會包括 兩個大的方面，一個方面是通過我們技術(shù)創(chuàng)新，通過我們能源革命的 這樣的一個變化，可以將原來通過排放二氧化碳獲取的資源轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn) 還不夠，所以日本的科學(xué)家Akira Yoshino教授，那么他提出采用石 油膠來替代金屬鋰，那么這樣通過索尼公司進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)化，在上個世 紀(jì)90年代提出了這樣的一類鋰離子電池。那么鋰離子電池的本質(zhì)特征 是利用鋰離子在我們的里的這種比方說像鉆酸鋰、磷酸鐵鋰我們以保 鉆鎰氧化物為代表性的三元的氧化物中，和它存儲在碳中的化學(xué)式不 同來實現(xiàn)儲能。 那么這樣的一個東西，三位科學(xué)家從原創(chuàng)性的發(fā)現(xiàn)，已經(jīng)變成了 我們當(dāng)前每

3、個人生活中的必需品。那么2019年諾貝爾獎委員會授予 了這三位科學(xué)家諾貝爾化學(xué)獎。在這樣一個化學(xué)獎的頒獎詞中，他們 提出鋰離子電池已經(jīng)徹底改變了我們的生活，其應(yīng)用從手機(jī)到筆記本 電腦再到電動汽車，觸及方方面面。他們?nèi)坏难芯繛橥苿右粋€無線, 無化石燃料的社會奠定了基礎(chǔ)。 那么無線的話，實際上來講，對于我們目前用在大家手機(jī)、用在 筆記本、用在電動車?yán)锩骐姵匾呀?jīng)是在應(yīng)用，所以說對于無線這一點 確確實實改變了我們的這種獲得信息的方式。 實際上來講大家每天獲得信息背后也是依靠能源的這樣的一個消 耗。比方說我們大家要在利用百度來檢索一個信息，我們在手機(jī)上把 這個信息，比方說我們要檢索鋰離子電池，那么

4、大家把它輸入到網(wǎng)絡(luò) 上，輸入到手機(jī)中，手機(jī)把這樣一個信號通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)到路由器上， 路由器通過信息檢索對照，把所得的結(jié)果再通過無線網(wǎng)再傳給大家， 背后支撐這樣過程實際上也是靠能源的使用和消耗支撐了這樣一個信 息社會。 所以這也是我們?yōu)槭裁粗v人類社會進(jìn)步一定是需要更多的能源， 尤其是碳達(dá)峰碳中和提出了一個無二氧化碳排放，從我們目前地球的 這樣的一個溫升要可控的角度出發(fā)，來控制了我們整體的這樣一個溫 度角度出發(fā)，所以鋰離子電池在這方面說是一個無化石燃料的社會， 那么實際上我想這也是非常先進(jìn)性的指出碳中和這樣一個目標(biāo)。 我們國家并不是最早投身于鋰離子電池的行業(yè)，但是我們國家在 這個方面開展還是非

5、常迅速，不僅有學(xué)術(shù)界努力的拼搏，同時也有大 量的企業(yè)、大量的這種行業(yè)的努力，使我們目前能夠鋰離子電池的產(chǎn) 能基本占全球70%左右的這樣的一個水平，我們國家在新能源汽車這 樣一個非常有效的政策下，進(jìn)一步推動了這樣一個儲能技術(shù)的顯著進(jìn) 步。 那么在“十三五”期間，我們國家在儲能方面也確實產(chǎn)生了很多 新的創(chuàng)新，這種創(chuàng)新也是我們國家提出了碳達(dá)峰碳中和這樣一個偉大 目標(biāo)的基礎(chǔ)上，我們感覺是充滿了干勁。 比方說在“十三五”，寧德時代新能源科技股份在科技 部支持下，那么承當(dāng)?shù)膌OOMWh的新型鋰離子規(guī)模儲能技術(shù)開發(fā)和 應(yīng)用的工程。這個應(yīng)用工程內(nèi)容是通過鋰離子補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)，能夠把我 們常規(guī)大家用到手機(jī)里的鋰

6、離子電池往往設(shè)計壽命是在300次，在一 般車?yán)镞\(yùn)用的目標(biāo)往往是定位在100。次這樣一個目標(biāo)，能夠提升到 目前電芯是12000的這樣的一個目標(biāo)。那么日歷壽命是要用到20年, 重量的能量密度到達(dá)140Wh/kg的水平，同時本錢控制在120。元 /kWh的這樣的一個本錢，能量效率到達(dá)90%,平安的滿足國標(biāo)。那 么這里面背后的話實際上是需要化學(xué)原理的創(chuàng)新，需要這對于鋰電池 進(jìn)行補(bǔ)鋰，需要把我們在循環(huán)過程中消耗的鋰，在電池初期就放進(jìn)去。 我們在這塊積累了大量的技術(shù)，那么同時又把這樣的技術(shù)不僅僅 是做出來一塊電池，而是在一個儲能系統(tǒng)中得到了驗證，我想這樣的 技術(shù)積累的話，一個百兆瓦級的這樣的一個儲能技術(shù)

7、的開發(fā)，那么事 實上來講，為了支撐我們將來的這樣一個大規(guī)模儲能，那么提供了這 樣的一個可行的方式。那么這樣的可行方式，尤其對于我們在東部沒 有足夠的土地，沒有足夠空間去建抽水蓄能，那么我想這是一個行之 有效的方式。 那么除了鋰離子電池之外，我們國家也布局了其他很多大規(guī)模儲 能的新技術(shù)，比方說液流電池這樣的技術(shù)，它是利用鋼這樣的一個變 價金屬，在正極、在負(fù)極液體中它的化學(xué)價態(tài)也不一樣，那么通過對 外電路做功來實現(xiàn)儲能的這樣的一個過程。我們大連化物所張華民教 授帶著的這樣一個團(tuán)隊，那么經(jīng)過近20年的努力，也將這樣一個電池 從最小的實驗室級的這樣的一個單體電池，那么目前已經(jīng)做到了這個 250千瓦時

8、的這樣一個模組，同時也是在這樣的一個工程示范，100 兆瓦/40。兆瓦時的工程也已經(jīng)封頂，在逐漸的推進(jìn)這樣大規(guī)模儲能的 新技術(shù)開發(fā)。 那么除了我們前面提到的以鋰離子，以#1作為儲能的方式，那么 事實上還有很多其他新型的能夠儲存能量的方式。比方說我們利用鈉 離子在正極、負(fù)極中化學(xué)式不同來實現(xiàn)儲能。那么這里面我們國內(nèi)有 幾家團(tuán)隊在這方面都做出了非常好的開創(chuàng)性的研究。比方說以復(fù)旦大 學(xué)夏永姚教授牽頭的這樣一個重點高平安、長壽命、低本錢的鈉基儲 能電池的基礎(chǔ)科學(xué)問題研究，那么這個工程組開發(fā)了以鈉銅鐵鎰/無煙 煤碳符合的這樣的一個體系，他們能夠做到100Wh/kg的水平，單體 的話目標(biāo)是可以做到1。。

9、。。次循環(huán)，壽命大于20年，平安性滿足規(guī) 模儲能的要求，本錢控制在1元/Wh,那么在1。kWh這樣的樣機(jī)中 做驗證。那么這樣一個體系的特點的話，我們可以看到，第一它可以 替代我們原有的一些比方說鉛酸電池，第二個對于鋰離子電池，如果 我們未來的車和總體如果都在用的話，從資源從戰(zhàn)略平安角度，我們 也需要像鈉離子這樣新技術(shù)的涌現(xiàn)，那么對于我們提升能源的平安， 對于大規(guī)模應(yīng)用，鈉離子電池也是重要的體系。 那么除此之外的話，像我們中科院物理研究所陳立泉院士、胡永 勝教授的團(tuán)隊，那么他們也是從單體開發(fā)到驗證、建示范線，到能夠 上車、到做這樣的一個儲能電站啟用，那么事實上來講都是在不斷的 將這樣一個原創(chuàng)的

10、思想形成了這樣的器件，通過器件在實際的題中做 演示，來支撐我們這樣的一個電池，在系統(tǒng)中我們儲能夠?qū)⑽覀兤渌?電有效存儲下來的新技術(shù)。 我們知道很多儲能技術(shù)不僅僅是需要這樣大容量存儲，我們還需 要一些高功率的、快速充放電來及時響應(yīng)，比方說像我們風(fēng)電非常大 的時候，我們在短時間內(nèi)如何能夠存儲這樣大量的電力，那么我們?nèi)?何在這種秒級、微秒級的快速響應(yīng)的這樣的器件來實現(xiàn)，那么這個時候那么像超級電容器為代表的一類儲能系統(tǒng)就會發(fā)揮關(guān)鍵核心的作用。 那么超級電容器，比起鋰離子電池它的儲能特點是利用多孔材料 的外表吸附離子，通過利用它吸附離子和在主體工程中這樣的能量差 異來實現(xiàn)儲能過程。所以這一類特點比起

11、我們前面提到的鋰離子電池、 鈉離子電池，它的特點并不是運(yùn)用材料的體相儲能，而是利用材料動 物材料的外表儲能來實現(xiàn)能量的快速存儲。我們可以看到這樣一個儲 能特征，那么它是可以以微秒級的進(jìn)行響應(yīng)，所以它是能夠?qū)崿F(xiàn)兆瓦級這種高功率的補(bǔ)償，以及電網(wǎng)切換時候的電壓平穩(wěn)、保障電網(wǎng)調(diào)頻 和電能質(zhì)量、獲得高平安智能電池的這樣一個關(guān)鍵的技術(shù)儲藏。 那么在這一塊的話，除了我們利用材料這樣一個多孔外表，我們還可以用鋰離子做一個吸附在外表的介質(zhì)，那么這個體系叫做鋰離子 電容。那么這樣的一個特點的話是能夠利用鋰離子結(jié)合多孔的固體來 實現(xiàn)高比能這樣一個電容的制備。我們可以看到這樣的一個器件，目 前也是能夠做到了 40W

12、h/kg的這樣一個驗證。那么這對于我們做這 種高功率，即使想著器件也是這樣一類重要的新技術(shù)。 我們目前像這一類超電容器在國內(nèi)也實現(xiàn)了國產(chǎn)化。那么在像中車，那么他們也能夠?qū)⑦@樣的電容器裝到汽車上，裝到這種大巴上， 那么通過快速充電，那么在公交站中利用停站時間快速充電，那么實 現(xiàn)這樣的一個新能源以電動交通化的這樣的一個能力。 那么除了化學(xué)儲能以外，目前還有很多物理儲能的場景，比方說 我們將空氣做成高壓氣體，那么當(dāng)高壓氣體緩釋的時候，那么實際上 就會有能量的釋放。那么我們中科院工程熱物理研究所陳海生研究員 牽頭帶著的這樣一個團(tuán)隊，那么也是在壓縮空氣方面也做了大量的裝 備、工藝以及設(shè)備的研究，也在

13、很多國家大的工程中表達(dá)出了重要的 應(yīng)用。 那么除此以外的話，我們還有其他的一些物理儲能的裝備，比方說飛輪技術(shù)，那么它是圍繞固定軸高速旋轉(zhuǎn)，那么通過這種動能來存 儲這樣的一個設(shè)備，那么這個設(shè)備大家可以看到，它也是可以做到這 種高功率及時響應(yīng)。那么事實上來講，它可以作為UPS、調(diào)頻等細(xì)分 市場的這種產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。那么也可以做這種高能量指標(biāo)，拓展分時級的 這樣一個儲能應(yīng)用空間。那么這一類儲能器件也在發(fā)揮這樣關(guān)鍵作用, 我們國家在這方面也有了不少的示范。 那么在未來以這種可再生能源為主體的這樣一個新電力系統(tǒng)，我 們會有哪些新的場景，有哪些顯著不同的場景有別于現(xiàn)在我們的需求。 我想我們做儲能實際上是圍繞

14、著碳達(dá)峰碳中和這樣一個大的目標(biāo)，我 們?nèi)绻軌虬岩恍┬碌膱鼍疤崆邦A(yù)測到，提前想到，那么針對這樣的 需求明確關(guān)鍵的技術(shù)的指標(biāo)，明確這里面的關(guān)鍵需要的實施方案，那 么通過這樣關(guān)鍵的問題，提前布局研發(fā)，那么還是有機(jī)會做得更好。 比方說我們前面提到對于構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，那么提高風(fēng)電、太 陽能使之規(guī)模化是一個重要關(guān)鍵的目標(biāo)。那么這兩個系統(tǒng)面臨的是量 很大，但是來源并不穩(wěn)定。而我們的電力系統(tǒng)我們知道原有的話也是 基于火電穩(wěn)定的輸出，那么我們目前一方面需要進(jìn)一步提升我們電網(wǎng) 對于這樣的一個間歇性不穩(wěn)定能源的一個運(yùn)輸運(yùn)能力，同時我們也是 需要把這局部依靠平安可靠有效的儲能，把這局部艱辛能源有效的存 儲下來。

15、那么這里面就需要我們能夠?qū)⒈确秸f白天發(fā)了大量的電，能 不能通過儲能夠給存下來。到了比方說對于我們的太陽能電池，白天 發(fā)的電存一局部，到了晚上再把存的電再輸送到電網(wǎng)中。那么這里面 其實面臨的一個很大的問題是，我們在這樣一個中長時間儲能的條件 下，我們是不是已經(jīng)具有了這樣一個低本錢的條件。 目前的話比方說在我們國家像內(nèi)蒙西部，他們的電價基本是2毛 8, 2毛8的話考慮到煤發(fā)電的本錢，留給儲能的空間是不到2毛錢。 我們目前的話可以看到在像內(nèi)蒙西部這樣的地區(qū)，它的水資源也不豐 富，所以建抽水蓄能也不大現(xiàn)實。那么但是目前能夠做到兩毛錢以下 平安有效的儲能，從技術(shù)角度那么還是極其稀缺的。目前比方說我們

16、前面寄予厚望的鋰離子電池，那么基本目前最低還是在8毛錢左右的 水平。 那么我們?nèi)绾瓮ㄟ^技術(shù)的研究，通過這樣源類的研究，找到豐富 廉價的資源，找到更好的制造技術(shù)，找到提高產(chǎn)品一致性的技術(shù)，使 我們這樣的電池能夠在兩毛錢以下的這種本錢上實現(xiàn)電子存儲，那么 這里面確實需要大量的創(chuàng)新。 那么第二個大的新的應(yīng)用場景是我們交通電動化是一個大的歷史 趨勢，我們目前在這種大的城市中，電動車正在發(fā)揮重要的關(guān)鍵作用, 那么電動車也是需要用電來進(jìn)行驅(qū)動。那么目前我們可以看到這些電 動車主要是分布在大城市，而我們這些大城市往往都是土地比擬珍貴, 比方說像北京、上海這樣的城市，他們在城市中不可能像在內(nèi)蒙、在 我們

17、國家西部沙漠中大規(guī)模鋪設(shè)太陽能電站的這樣可能性，對于這樣 的地方恰恰又是我們的用電側(cè)，比方說我們有沒有可能在高速公路、 在我們的隧道口、在我們的鐵路兩邊能夠?qū)⑦@些公共的地方轉(zhuǎn)變成發(fā) 電的這樣的一個太陽能或者風(fēng)能的電站，使我們在東部用電的戶側(cè)， 同時也會存在這樣分散的電源側(cè)。 那么在電源側(cè)的話，那么實際上也就需要我們的“源-網(wǎng)-荷-儲” 能夠聯(lián)動，能夠?qū)⑽覀冞@樣一個“源-網(wǎng)-荷-儲”的所得到的能源，能 夠和我們陸路的交通和我們的交通電動化需要電能夠進(jìn)一步做吻合。 那么這樣也就意味著我們未來公路兩側(cè)的話，不僅僅是目前是有這種 防護(hù)林，我們也可以修筑大量的太陽能電這個板，用陸地兩邊邊發(fā)電, 同時也

18、供給這種高速路上的路燈，包括隧道里的照明、通風(fēng)，以及包 括我們加油充電站里面的這里面的電力系統(tǒng)來源。 所以在未來在我們交通和能源怎么樣共同調(diào)整，能夠使我們東部 這樣一個密集型的能源需求方，也能夠通過自身的發(fā)電側(cè)的這種清潔化，那么實現(xiàn)我們這樣的一個空間資源和光伏發(fā)電布置的靈活性的這 樣一個特點充分結(jié)合，使這種在高速路上在服務(wù)區(qū)能夠為光伏發(fā)電提 供這樣的一個廣闊的電力消納空間能夠得到利用。那么這樣話實際上 來講，也就是通過我們的交通將能源進(jìn)一步融合，實現(xiàn)儲能和用電的 這樣的一個平衡。 那么我們在鐵路的話也是可以看到，目前的高鐵，目前的這種電 氣化鐵路，那么實際上它也是依靠電力來驅(qū)動為主，我們是

19、不是也可 以在這種鐵路的這樣的一個空間，電網(wǎng)資源和光伏發(fā)電布置的靈活性 特點，將鐵路可再生能源網(wǎng)絡(luò)演化成了向微電網(wǎng)開展，那么實現(xiàn)鐵路 用能的自洽化，也是提高我們這樣一個能源的這樣的平安穩(wěn)健的系統(tǒng)。 那么實際上這也是一個可行的有效的一個思路。 第三個方面我們要居家共享，從大的發(fā)電側(cè)到微型的公路兩邊電網(wǎng)，到我們每個家庭。我們每個家庭目前的話，比方說在中國，那么 實際上家里太陽能熱水器已經(jīng)得到了廣泛的利用。 我們對于未來每個家庭事實上可以看到，可能不僅僅像目前每個 家庭只有三五塊鋰離子電池，可能未來包括新能源汽車，包括大家家 里用的智能機(jī)器人，甚至我們還會有專門的儲能電池作為儲能系統(tǒng)， 將家里的

20、儲能系統(tǒng)、太陽能和我們的新能源汽車進(jìn)一步充分的協(xié)同。 那么利用當(dāng)前的這樣的一個家里的分布式的這樣的一個儲能，能夠?qū)?電進(jìn)一步消納和充分利用。 那么實際上我們目前，咱們國內(nèi)電價比起國外還是廉價不少，所 以這一塊的難度的話是我們電價整體相對廉價，所以只有找到本錢更 低、非常平安可靠的技術(shù)，才能夠使這樣的一個家用儲能能夠把電存 下來的這樣的一個功能得到充分開發(fā)。那么實際上這個也是我們提到 通過我們生活方式的改變，通過我們每個人的努力，那么每個人努力 一定建立在這種技術(shù)創(chuàng)新，對于我們每個家庭都能夠降低二氧化碳排 放量的角度來倡導(dǎo)這種綠色生活的新風(fēng)氣。 我想隨著咱們國內(nèi)可再生能源的這樣的一個大規(guī)模的

21、推廣，那么 實際上開展這種家用的這樣一個儲能市場實際上也是存在著一個很大 的新的空間。 第四個場景的話是除了我們每個人的生活，我們工業(yè)清潔能源轉(zhuǎn) 型也是一個重要的方面。我們可以看到目前的工業(yè)的話，那么事實上 來講還是依靠煤、石油、天然氣為主體，我們獲得的電能實際上來講 也是以煤占近七成的發(fā)電為主體的這樣的一個過程。 那么事實上來講，我們前面提到做碳中和有兩大類碳，一類是可以減掉的，因為是不得不排放的，不得不排放實際上是落在工業(yè)里的 它是 過程更多。比方說我們做一些化學(xué)品轉(zhuǎn)化，比方碳酸鈣斷燒, 定排二氧化碳的，那么有很多工業(yè)過程它是不可能不防止的，但是支 撐它的能源，支撐它的這樣的一個供

22、熱，那么是不是可以實現(xiàn)這種低 碳清潔化。 化成一些通過可再生能源來替代我們的化石能源，我們開發(fā)出很多無 碳的燃料來替代煤、石油、天然氣，我們通過可再生的風(fēng)能、太陽能 來實現(xiàn)電力的供給，同時我們也通過工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步來實現(xiàn)一些無碳 工業(yè)，那么這樣就能夠?qū)⒖梢圆慌欧诺亩趸冀o降下來。 目前的話每年大概是40。億噸的二氧化碳，那么我們目前看各行業(yè)的初步測算，這個總量那么事實上來講還是非常大的，如果能夠技 術(shù)顯著進(jìn)步，也就是講如果我們把各種因素按照理想狀態(tài)來考慮，不 得不排放二氧化碳的大概是25億噸，也就是講我們必須在有些行當(dāng)是 利用到碳，利用到它最后必然要變成二氧化碳。 那么這個過程中我們對于

23、碳中和來講，那么事實上就得考慮,方面我們要推動把可以不排放的二氧化碳，切切實實的能夠通過技術(shù) 變革，通過這樣一個能源革命實現(xiàn)替代。 那么除此之外，把不得不排放的二氧化碳也通過這樣的一個過程 強(qiáng)化，能夠通過自然過程的吸收，比方說像我們目前的一些自然過程 的利用，把二氧化碳給消除掉。那么除此之外的話，像我們植物生長, 比方說木材的積蓄，可以把這種生態(tài)的碳匯發(fā)揮作用，那么這兩個基 本是自然過程是純天然的。那么生態(tài)碳匯，實際上是依靠我們的綠色 化來實現(xiàn)。那么除此之外的話，如果總量再不夠，我們是不是還需要 一些二氧化碳封存和轉(zhuǎn)化的技術(shù)，能夠把二氧化碳有效的存儲，有效 的轉(zhuǎn)化成我們需要的產(chǎn)品。 比方說

24、我們以前做電解行業(yè)，我們大家用的金屬鋁、鈉、鋰這些金屬，包括我們大家用的電解飽和實驗水來生產(chǎn)氯氣、氫氧化鈉，大 家用的消毒水里面的氯氣都是要通過電解行業(yè)。 目前電解行業(yè)也是用 電大戶，目前咱們電解廠的電往往是先通過發(fā)電，直流變交流，那么 交流到了我們的實際上電解池的時候還是用的是直流電。我們有沒有 可能通過技術(shù)裝備的進(jìn)步和變化，將我們的這種電解工業(yè)的電解來源, 直接從我們可再生的直流電接到我們電解供應(yīng)商的電解池。 這里面的話通過這樣的一個應(yīng)用端和供給端的直連，那么就可以防止掉交流電和直流電轉(zhuǎn)換帶來了近百分之十幾的這樣一個損失。那 么這樣的話也能夠使我們需要這樣一個設(shè)備裝備的開發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)的

25、引入 一個存在的契機(jī)。 所以我們工業(yè)清潔能源轉(zhuǎn)型完全做到不排放二氧化碳，這個非常困難，但是我們在很多生產(chǎn)的技術(shù)環(huán)節(jié)，也可以從這個方面來考慮, 引入二氧化碳排放作為一個目標(biāo)，作為抓手來使二氧化碳的排放量降 低，為整體的碳中和通過技術(shù)的進(jìn)步，這是一個重要的來源。 我們預(yù)測的第五個場景是能源互聯(lián)網(wǎng)，這個能源互聯(lián)網(wǎng)指的就跟 我們未來的能源儲能裝備，就跟我們現(xiàn)在每個人用的手機(jī)終端一樣， 它都是連在互聯(lián)網(wǎng)上。支撐能源互聯(lián)網(wǎng)的話，它需要這樣的一個信息 化技術(shù)，能夠通過準(zhǔn)確的狀態(tài)估計，能夠?qū)⑿盘栞斔偷皆?，將分布?儲能輸送到我們的計算端，通過系統(tǒng)的、全局的優(yōu)化，所以這里面支 撐的話有儲能技術(shù)，有輸配技術(shù)，

26、有能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，那么希望是能 夠?qū)⑽覀兘K端的用能的電器的設(shè)備和我們儲能做到這樣一個精準(zhǔn)的匹 配。那么這里面的話實際上背后支撐還有一個就是我們這種能源的利 用，還有一個二氧化碳自身它的對應(yīng)的這樣的一個排放。所以這也是 我們談到的綠色，我們的碳稅、碳市場、碳定價怎么樣在互聯(lián)網(wǎng)中能 夠得到交換，能夠得到充分高效利用，那么這也是一塊新的空間。 那么以上這樣五個新的場景，是我們在原來以化石能源燃燒為主 體很少想的一個應(yīng)用場景。但是隨著碳中和這樣一個宏偉目標(biāo)提出， 我們?nèi)绻腼@著降低一些用不排放二氧化碳的技術(shù)來替代的時候， 那么這是出現(xiàn)的一些新的場景。 那么在新的這些場景中，我們大家可以看到當(dāng)前的

27、儲能技術(shù)，它 在一些小型化，在我們高端價值非常高的一些過程中已經(jīng)得到了應(yīng)用, 但是在這樣一個量大可靠，那么尤其是在儲能這樣一個需求上，那么 還有很大的一個空間。 那么實際上認(rèn)識到儲能支撐了我們不排放二氧化碳技術(shù)實踐的替 代技術(shù)的過程，那么實際上全球各個國家都認(rèn)識到這樣的一個技術(shù)， 那么實際上世界各國都在儲能、在電池在相關(guān)的基礎(chǔ)上布局了很多項 目。比方說在“十二五” “十三五”全球普遍聚焦電池中，那么在日 本他們像NIDO、像AST他們都有大量的這種國家級的工程，在組織 產(chǎn)業(yè)、組織學(xué)術(shù)界圍繞著新能源汽車圍繞儲能來進(jìn)行攻關(guān)，那么以美 國的話提出了 Bettery50。的技術(shù)，也就是要目標(biāo)是制造5

28、00Wh/kg 的電池，那么他們也聯(lián)合了美國最優(yōu)秀的國家實驗室、大學(xué)和企業(yè)進(jìn)行聯(lián)手，那么朝著這樣的目標(biāo)在做技術(shù)創(chuàng)新。 近期美國能源部提出了 “儲能大挑戰(zhàn)”，那么他們這樣一個計劃的愿景是，到203。年，建立并維持美國在儲能利用和出口方面的全 球領(lǐng)導(dǎo)地位，擁有可靠的國內(nèi)制造鏈和不依賴進(jìn)口的關(guān)鍵材料供應(yīng)鏈。 目前的話像電池的制造業(yè)并不在美國，那么他們希望不要錯過原來針 對交通、針對運(yùn)輸這樣的一個電池，那么在儲能這一塊，他們也是在 想方法積極的布局。 對于韓國的話，最近提出K電池，那么實際上也是圍繞著203。 年這樣一個大的目標(biāo)，他們在加大儲能、加大電池方面的投入。那么 希望通過國家的行為進(jìn)一步

29、發(fā)揮像三星、像SK這樣的優(yōu)勢企業(yè)的這 樣的技術(shù)優(yōu)勢。那么在消費(fèi)類電子設(shè)備、新能源汽車以及未來儲能中, 將它們產(chǎn)的這樣電池作為關(guān)鍵核心技術(shù)，集成到未來的這樣一個面向 碳達(dá)峰碳中和需要的關(guān)鍵技術(shù)中。像歐盟近期也提出了電池2030+計 劃，那么也是在圍繞著2030這樣一個長遠(yuǎn)的目標(biāo)，在圍繞著技術(shù)開 發(fā)，那么提出歐盟需要做的技術(shù)。那么以德國為例，他們自己國內(nèi)的 系統(tǒng)也是在大量的支持這方面的研究。 英國作為電化學(xué)，比方像法拉第這樣著名的電化學(xué)家，那么最近 也以他的名字命名了 “法拉第挑戰(zhàn)”，他們也是注意到那么從人類命 運(yùn)共同體的出發(fā)，那么碳中和是全人類追求的目標(biāo)，利用清潔低碳、 平安高效的這樣電力系統(tǒng)

30、是必然，那么法拉第挑戰(zhàn)也是針對這樣一個 需求在定義他們怎么來做，怎么來進(jìn)一步提升他們在儲能方面的核心 競爭力。 所以目前我們向中國科學(xué)院也在牽頭來做這樣的預(yù)言，來提出如果我們國家通過技術(shù)變革，對于不得不排放的這樣25億二氧化碳怎么 樣能夠通過技術(shù)的研發(fā)，能夠使排放量和我們其他這樣的總的過程量 能夠到達(dá)這樣一個中和。 那么所以這里面的關(guān)鍵是兩大塊，一塊是怎么樣將可以不排放的 二氧化碳確確實實的有效的替代下來，那么同時我們對于長遠(yuǎn)將不得 不排放的二氧化碳過程，怎么通過自然和人為的過程進(jìn)一步做好吸收。 我們以電力這樣的一個碳排放大戶的指標(biāo)為例來看。那么在2005年100。瓦時的電力也就是一度電

31、排放的二氧化碳是在900克二氧化 碳的這樣一個總量。對于900克經(jīng)過這樣15年的努力，在2020年 那么這個數(shù)已經(jīng)能夠降到了 580克二氧化碳一度電的這樣一個水平。 那么實際上這里面既有提高我們這樣的風(fēng)能、太陽能以及水電的這樣 的一個容量，那么同時也是由我們進(jìn)一步來提高煤燃燒的效率，使我 們這種化石能源能夠低碳化利用的一個貢獻(xiàn)。 那么如果從未來碳中和的這樣的一個愿景出發(fā)，我們可以看到降到現(xiàn)在580克二氧化碳一度電是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，我們還需要進(jìn)一步通過 技術(shù)變革。那么這里面有三個大的方面，一方面對于我們當(dāng)前的能源 主體也就是化石能源，怎么樣能夠高效的清潔低碳化利用，能夠?qū)⒅?既能夠把熱量放出，

32、也能夠把碳能夠固定下來。比方說我們以煤為例, 我們是不是可以把煤中的碳固定成碳材料，把其中的這樣的一個可以 貢獻(xiàn)熱量的含氫的組分來進(jìn)行能源的利用。那么這樣的話事實上來講 類似的技術(shù)還有不少，當(dāng)然目前還有很多新的技術(shù)方案也在提出，將 化石能源清潔低碳化利用，這個是我們當(dāng)前需要研究的一個非常迫切 的主體的需求。 那么我們化石能源總體如果總量有限的話，新的增量是要實現(xiàn)低 碳清潔能源的替代，那么這里面怎么樣低碳清潔能源的規(guī)模化利用， 那么實際上就是一個非常關(guān)鍵和重要的問題。我們將風(fēng)電、太陽能、 光伏怎么樣進(jìn)一步發(fā)揮的作用進(jìn)一步增加，那么實際上也是目前在各 個方面的行動計劃在進(jìn)一步增加的，來進(jìn)一步拓展

33、的事情。 那么除此以外，我們也進(jìn)一步要發(fā)揮將二氧化碳工程利用的技術(shù), 二氧化碳不僅僅是我們排放的產(chǎn)物，而是作為這樣一個新的資源作為 處理，作為利用的這樣的一個目標(biāo)來進(jìn)行研究。 清華大學(xué)張希良教授，他們也對2000年前碳中和目標(biāo)下的這樣 的一個低碳能源的轉(zhuǎn)型進(jìn)行了一個情景分析。那么這個情景分析的話, 以我們目前的這樣一個煤、石油、天然氣貢獻(xiàn)的這樣的一個當(dāng)量，那 么大家可以看到，從當(dāng)前到碳達(dá)峰以前，我們化石能源的總量，那么 煤是基本不動，石油有少量增加，天然氣是稍微增加一些。那么對于 這樣社會開展所需要新的能源來源依靠誰來增加？是我們給出圖中我 們這樣的一個綠色和黃色的線，那么它們對應(yīng)了這樣的

34、一個風(fēng)能、風(fēng) 電和太陽能的這樣一個來源。那么從203。年前達(dá)峰以后，我們可以 看到黃色和綠色進(jìn)一步增加，黑色的煤進(jìn)一步減少。同時即使我們通 過碳補(bǔ)給技術(shù)加二氧化碳補(bǔ)給下來，它有一定量產(chǎn)生，但也并不是主 體。 我們國家提出到2。3。年前，非化石能源一次能源消費(fèi)占比達(dá) 25%O這里面也確實還有很大需要努力的目標(biāo)。那么這里面提的一個 具體指標(biāo)是風(fēng)電、太陽能的發(fā)電總裝機(jī)容量到達(dá)12億千瓦時以上。 那么除此以外的話，我們可以看到對于到達(dá)碳中和這樣的一個場 景，我們可以看到那個時候我們以圖所占比為例，可再生68%,基本 上與現(xiàn)在的煤和石油的占比的總和相當(dāng)。那么這也意味著從當(dāng)前到未 來，碳中和要實現(xiàn)煤

35、和石油為主體占比到可再生能源占比占主導(dǎo)的這 樣一個能源消費(fèi)的轉(zhuǎn)變過程。那么這個轉(zhuǎn)變過程也是需要我們從通過 技術(shù)的變革，通過新型電網(wǎng)的構(gòu)建才能夠?qū)崿F(xiàn)。 那么對于電力結(jié)構(gòu)的這樣的一個預(yù)測，我們也可以看到一個類似 的事實，那么也要是逐步在達(dá)峰以前我們要控制化石能源的利用比例, 那么風(fēng)電、光伏可再生能源的比例的顯著上升，是降低碳排放的關(guān)鍵 點。 我們怎么樣通過技術(shù)創(chuàng)新，這個技術(shù)創(chuàng)新不僅僅表達(dá)在如何將風(fēng) 電、光伏進(jìn)一步發(fā)電，而是我們怎么樣能夠?qū)⑦@種來源非常不穩(wěn)定的 這樣一個發(fā)的電能夠有效地存下來。當(dāng)我們用的時候，我們能夠?qū)㈦?有效的用下來這樣一個新的需求，那么這個新的需求也是支撐我們光 伏和風(fēng)電可再

36、生能源比例顯著上升的極其關(guān)鍵的這樣的一個技術(shù)。 我們通過預(yù)測，實際上可以看到，那么可再生能源到中和的那一 點也就到6。年的時候要占到一半以上，那么這也意味著我們整個電網(wǎng) 的一個結(jié)構(gòu)的顯著變化。這個變化是依賴目前的火電為主要轉(zhuǎn)變成以 依靠低碳的新能源的為主。我們怎么樣通過技術(shù)的變革，通過行業(yè)的 進(jìn)步，通過新的技術(shù)的引入，能夠推動可再生能源裝機(jī)量顯著提升， 發(fā)電本錢不斷下降的這樣一個過程。 那么事實上如果我們再回顧一下全球近20年的努力，也就是從全 球來看，光伏、風(fēng)電、海上風(fēng)電以及陸上風(fēng)電，他們的本錢那么均都 發(fā)生了這樣的一個顯著的降低。那么這也是在前期這個世界這樣一個 全球共同體，包括各國的

37、科學(xué)家、工程師、企業(yè)和相關(guān)政策的支持下, 那么實現(xiàn)的一個事情，那么這也是給予了我們后續(xù)更強(qiáng)的一個信心。 如果我們加大在這方面的創(chuàng)新，加大在這方面的產(chǎn)業(yè)的推動，那么實 際上是有望能夠進(jìn)一步推動，推動這樣的過程。 那么在目前從原來的電網(wǎng)源網(wǎng)荷變成新型電力系統(tǒng)的這樣一個以 可再生能源占主導(dǎo)，我們可以看到一個本質(zhì)的差異是原有的以火力發(fā) 電為主，那么基本上來講可以與用電側(cè)相匹配的一個發(fā)電的政策是可 以做到可控。 目前我們?nèi)祟惷刻斓挠秒姷幕顒?，那么基本上是在每天前半夜是用電的高峰，后半夜是用電的低谷，那么我們可以通過控制燃燒的過 程，通過控制發(fā)電總量進(jìn)行匹配。當(dāng)然現(xiàn)有的電網(wǎng)也是需要進(jìn)一步削 峰填谷來實

38、現(xiàn)這樣的一個能耗的高度利用。 對于我們未來如果以可再生能源占主導(dǎo)，大家就可以看到這樣一 個場景。如果是太陽能，我們只有白天有電，晚上前半夜是用電的高 峰，我們怎么樣能夠?qū)滋飚a(chǎn)生的電能夠存下來到后半夜用，那么這 自然是一個重要的問題。 那么對于風(fēng)電的話，我們知道并不是我們用電的時候才刮風(fēng)，而 是刮風(fēng)并不受我們?nèi)祟愐庵緸檗D(zhuǎn)移，所以我們怎么樣能夠?qū)L(fēng)電有效 存下來，那么實際上這也是新型電力系統(tǒng)的一個具體的特征，是要引 入儲能才能夠?qū)崿F(xiàn)電在一個從發(fā)電負(fù)荷側(cè)的這樣的一個平衡。 我們可以看到在不同的儲能過程中，那么實際上也有對應(yīng)了很多 新的技術(shù)，比方說有很多物理儲能的方式，我們通過抽水性能也就是

39、將低處的水沖到高處，那么這樣的話就相當(dāng)于把能量通過水的重力勢 能存儲進(jìn)來。 那么除此之外的話，我們還有很多化學(xué)儲能的方式，比方說我們 各位學(xué)員用到的手機(jī)、筆記本，甚至電動車?yán)锩娴碾姵?，是把鋰離子 存在不同的電極材料中，利用它在不同電極材料中的化學(xué)式不同，那 么通過鋰離子在電池中的遷移，對外做功來實現(xiàn)這樣一個能量的存儲 與轉(zhuǎn)化的過程。 那么這也是我們在想，我們目前的技術(shù)能不能與電力系統(tǒng)的這樣 的一個新型電力系統(tǒng)需求進(jìn)行匹配，那么事實上來講，我們國家在 “十三五”期間就已經(jīng)有了很多布局。比方說，《國務(wù)院關(guān)于積極推 進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)”行動的指導(dǎo)意見》中，明確指出了要建設(shè)分布式能源網(wǎng)絡(luò)。突破分布式發(fā)電

40、、儲能、智能微網(wǎng)、主動配電網(wǎng)等關(guān)鍵技術(shù)。 那么工信部在《能源技術(shù)創(chuàng)新“十三五”規(guī)劃》中也明確的指出, 在機(jī)械儲能、電化學(xué)儲能等儲能技術(shù)上實現(xiàn)突破，提升電網(wǎng)關(guān)鍵裝備 和系統(tǒng)的技術(shù)水平。 那么在2017年1。月《關(guān)于促進(jìn)儲能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)開展的指導(dǎo)意見》中也明確指出，以機(jī)制突破為重點、以技術(shù)創(chuàng)新為基礎(chǔ)、以應(yīng)用示范 為手段，大力開展“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源，促進(jìn)儲能技術(shù)和產(chǎn)業(yè)開展, 支撐和推動能源革命。 那么在2019年四部委發(fā)文的關(guān)于《2019—2020年儲能行動計劃》中也明確提出了，推動儲能在大規(guī)?？稍偕茉聪{、分布式發(fā) 電、微網(wǎng)、用戶側(cè)等領(lǐng)域的示范應(yīng)用；重點推動大連液流儲能電站等 大規(guī)模儲能電

41、站的建設(shè)工作。 那么這也可以看到在一些重要的工程中，那么實際上已經(jīng)是在作 為行動計劃，再進(jìn)一步與我們的電網(wǎng)進(jìn)行匹配，來實現(xiàn)這樣的儲能的 過程。 我們儲能不僅是有大的直接連到電網(wǎng)，我們是不是可以在利用大 家的電動車作為儲能的這樣一個終端，我們比方說后半夜的電價和前 半夜它是不同的，比方說有沒有可能做到后半夜，我們是可以免費(fèi)充 電，前半夜或者白天你可以賣給電網(wǎng)，或者在這個期間我們可以按照 時差做電價，那么這樣的話就相當(dāng)于通過政策，通過我們利用已有的 這樣的儲能系統(tǒng)，來實現(xiàn)這樣的一個通過全網(wǎng)來一盤棋來實現(xiàn)這樣一 個能量的一個消納的過程。 那么目前除了關(guān)于車的這樣一個電動化，在高鐵、在公路那么實

42、 際上來講電力化程度在進(jìn)一步增加，所以這也是我們通過需求側(cè)來看, 我們幾個大數(shù)之間的關(guān)系。 那么在眾多儲能的過程中，那么目前除了像大規(guī)模的抽水蓄能， 那么在目前很多正在建的與電站連起來的建設(shè)中，我們目前一個非常 重要的儲能系統(tǒng)，以鋰離子電池為例，那么鋰離子電池儲能的話，實 際上也是大家用的電動車，用的手機(jī)、筆記本用到的這樣一類電池體 系。那么這一類電池體系的特點，它是以鋰離子在正極、在負(fù)極中的 化學(xué)式不同，利用它在正極材料和負(fù)極材料化學(xué)式不同發(fā)生遷移時， 對外可做功的特點來實現(xiàn)儲能的過程。 那么這樣的一個器件是科學(xué)家斯坦利?惠廷漢姆教授，那么他在 上個世紀(jì)在美國Exxon任職的時候，當(dāng)時中東石油危機(jī)，那么 Exxon作為全球最大的石油公司，在考慮是不是有更好的能源方式， 那么他發(fā)現(xiàn)把鋰匹配硫化碳，可以做成這樣一個顯著有別于以前的鉛 酸電池這樣一類新的以鋰離子作為傳導(dǎo)介質(zhì)的電池。 那么當(dāng)時的話這一類電池硫化碳正極并不穩(wěn)定，所以到了 1980 年，古迪納夫教授當(dāng)時是在英國的牛津大學(xué)工作，他提出可以采用鉆 酸鋰匹配金屬鋰來構(gòu)筑金屬鋰電池。那么這樣一個體系的話，正極材 料能變穩(wěn)定，電壓也從2伏提高到4伏，但是缺點是電池的循環(huán)壽命