赵天寿：能源转型与新型储能技术

11月10日上午，岭南影响力·2024在广州中山纪念堂隆重开幕。本次活动由岭南影响力（广东）科技研究中心主办，广州市中山大学校友会承办。

岭南影响力·2024年度活动围绕创新发展、全球布局、能碳管理等主题，探讨高质量发展机遇。世界银行副行长陈广哲、南方科技大学碳中和能源研究院院长赵天寿、广开首席产业研究院院长兼首席经济学家连平、厦门大学能源学院创始院长李宁、上海珠池资产管理有限公司董事长路志刚、明尼苏达大学卡尔森管理学院副院长Stephen T Parente等二十多位资深学者、机构专家、商界领袖出席，吸引了华南地区千余名政、产、学、商、融各界精英人士现场参与。 

南方科技大学机械与能源工程系讲席教授、能源科学与工程热物理专家赵天寿应邀出席并发表了题为《能源转型与新型储能技术》的主旨演讲。

赵天寿认为，能源转型是实现碳中和目标的关键。当前，化石能源在能源消费结构中占主导地位，占比高达82%，而太阳能和风能的占比仅为5%。为实现达到碳中和目标，需显著提升新能源比例，使太阳能、风能等可再生能源成为能源结构的主体，同时化石能源占比需降低至10%，而新能源占比需提高至60%。尽管近年来风能和太阳能的装机容量增长迅速，但其发电量占比仍然较低。过去十年，我国化石能源占比从88.7%降至82.1%，年均下降约0.7%。然而，在能源转型过程中，节能减排压力依然巨大，需要加速风光能源的替代进程。2023年，我国化石能源占比的下降速度为十年来最慢，仅为0.3%。根据“十四五”规划，CO2排放目标计划降低18%，但2023年未达到预期目标。此外，风光发电量仅占全部发电量的20%，且今年一季度弃风弃光率由2%上升至4%，表明风光发电的利用率有待提升。

风光能源的不可控性已成为当前扩大其规模的主要挑战，而储能技术的发展能够被视为有效平抑风光能源波动，提升其实际利用率的关键手段。储能技术在发电侧、电网侧和用户侧均发挥着不可或缺的作用。在发电侧，储能可以解决可再生能源并网问题，提供尖峰负荷，从而避免供电中断；在电网侧，储能有助于缓解输配电阻塞，降低增容成本，并提供电力辅助服务；在用户侧，储能可以降低用电成本，提高用电质量，并作为备用电源。为适应风光能源的间歇性，理想的储能技术需具备长时储能能力，以覆盖风光间歇周期，确保电力供应的稳定性和安全性。

当前储能技术在实际应用中面临多重挑战，包括安全问题、地域限制以及低利用率等，特别是在长时储能技术方面存在显著缺口。理想的大型储能装备需同时满足三大要求：安全性、经济性和资源可及性。抽水储能技术发展成熟，特别适用于长时大规模储能，但其应用受到地理位置和建设周期的限制；锂离子电池储能灵活、适用于中短时储能，未来发展的关键在于提升其安全性；压缩空气储能技术虽然容量大，但提高效率和解决储气难题是其未来发展的重点。目前各类储能技术的装机容量均呈现快速增长趋势，抽水蓄能和锂电储能在市场中占据主导地位，但储能装备的实际利用率仍然偏低，2023年风光电站的储能装备利用率仅为9%，表明储能技术的发展和应用仍需进一步优化和提升。

长时储能的核心在于能量载体的流动性和容量与功率的解耦。流体电池，尤其是液流电池，凭借其灵活的储能时长、易于扩容和选址的便利性，成为理想的长时储能技术选择。液流电池具有本征安全、储能时长灵活、易于扩容、寿命长和广泛的应用场景等优势，能够满足发电、电网和用户侧对储能技术的需求。此外，液流电池的布置灵活性使其能够适应建筑内或地下空间的环境。《“十四五”新型储能发展实施方案》和《加快构建新型电力系统行动方案(2024-2027年)》均明确支持液流电池技术的发展，各地也积极响应，推进液流电池产业的布局。

当前，液流电池技术面临的主要挑战之一是其相对较高的建造成本，其中电堆和电解液占据了总成本的80%，而电堆的电流密度与电解液的利用率低也是推高成本的原因。为有效降低成本并促进该技术的广泛应用，提升电池的电流密度和电解液利用率成为关键策略。赵天寿从热物理与电化学的交叉视角出发，揭示了跨尺度多子传递与电化学反应耦合机理，提出了多场驱动多子传递与反应协同调控方法，构建了热质传递-电化学耦合理论框架。在这一理论的指导下，赵天寿教授团队成功研发出一种高性能、低成本且长寿命的液流电池储能系统，为液流电池成本降低提供了强有力的技术支撑。

赵天寿指出，过去十余年，光伏、风机等技术取得了显著进展，然而储能技术的发展相对滞后。为实现双碳目标，必须加速推进储能技术的研发与应用，以增强我们迈向碳中和时代的信心与决心。