儲能技術——可再生能源發展的關鍵

本刊記者 ■ 安麗珍

隨著全球可再生能源的普及應用、電動汽車產業的發展及智能電網的建設，各種儲能技術成為促進能源發展的熱點之一。儲能作為未來電網不可或缺的關鍵組成部分，將面臨著巨大挑戰和前所未有的發展機遇。

在“新能源動力與儲能”分論壇上，原本僅能容納100人的小會場被擠爆，將近200人次參加并認真聆聽了本次論壇的相關議題。論壇內容涉及全球儲能產業政策及儲能技術(釩電池、壓縮空氣儲能、飛輪儲能和超級電容器)，現場討論十分熱烈。此次論壇將進一步促進儲能技術的發展。

儲能產業面臨的挑戰

風能、太陽能發電具有隨機性、波動性問題，如何穩定可靠地并入電網，并與風電、光電組成離網綠色電力系統，儲能技術便是為智能電網的建設提供的有力保障。歐洲能源委員會指出：“一部分傳統火電站將被分布式發電、可再生能源需求管理系統及儲能所代替”。儲能將成為未來智能電網的一個必要的組成部分。

全國工商聯新能源商會儲能專業委員會秘書長林朔表示，儲能作為未來智能電網主要技術瓶頸之一，其產業發展存在三方面的挑戰。

第一，經濟性挑戰。經濟性將成為各種技術派選擇的關鍵問題。由于不同應用場合對產品的性能、壽命、可靠性要求不同，對關鍵材料的規格要求也不同，進而存在成本制約。制造工藝的復雜性將增加成本下降的難度。此外，低能量轉換效率會提高用戶的運營成本，降低客戶使用價值。關鍵材料、制造工藝和能量轉化效率是各種技術面臨的共同挑戰，但針對具體的應用場景，各種技術面對的挑戰不盡相同。

第二，應用挑戰。儲能在電力系統的應用時間短。電力行業對產品可靠性要求高，傳統上至少需要5年以上的實地可靠性測試和試用才能通過電力用戶的最低標準，導致產品規模生產前定型周期長。儲能產品的方案設計成熟度、可靠性與一定的規模化直接相關。電力行業的這種情況使得儲能技術產業化道路漫長。

第三，政策機制挑戰。針對儲能的政策出臺有難度。由于發電、輸電、配電和用電均能從儲能的應用中受益，因此政策針對哪一方出臺機制尚沒有明確結論。另外應用場景的不同會對以上各方帶來受益的較大差異，儲能的經濟價值難以計算。

儲能可削峰填谷，節約能源；有利于促進可再生能源的大規模應用；有利于提高電網效率，減少或延緩電力建設的投資；提高突發事故的應對能力，保證電力系統安全運行。儲能是未來電網不可或缺的關鍵組成部分。但如何選擇適用的儲能技術、如何在電力系統中進行規模應用、如何建立行業機制都是確定儲能產業政策需要考慮的核心問題。

儲能產業需與政策對接

美國和日本作為規模儲能產業的全球領跑者，在一二十年前就已出臺一系列政策促進其儲能產業的發展。主要手段包括持續投入多種儲能技術的基礎研發、通過直接資金支持重點儲能企業的發展、通過示范項目論證儲能系統在實際應用中的效果、通過財政補貼對使用儲能技術的用戶方進行鼓勵等。

從國外的經驗看，政策對于儲能產業的發展至關重要。中國在儲能產業化的領域剛起步，繼2010年《可再生能源法修正案》中第一次提到儲能的發展后，地方政府陸續出臺了儲能相關政策。但主要還在指導層面支持產業的示范項目，沒有針對產業機制的方案。國內儲能產業迫切需要系統性的方案逐步解決面臨的各項挑戰。

國務院發展研究中心張永偉研究員從政策研究制定的角度，對儲能技術發展提出了七點建議：一是儲能的發展可考慮納入新能源發展的總體規劃；二是可借鑒電動汽車發展經驗，鼓勵多元技術路線，加快各類技術的小規模試點和示范應用；三是建立合理的峰谷電價等價格機制，使得儲能項目投資能夠獲得回報；四是加大政策補貼力度，可考慮在發電側建立專項基金；五是成立由政府主導的儲能產品擔保公司，分擔高額風險費用；六是通過多元競爭摸清儲能產品的實際成本，為價格制定提供真實可靠的依據；七是實施新能源并網與儲能配額制。同時他強調，儲能產業需“先標準后制造”，在加大儲能研發技術突破的基礎上，再推進商業示范規模化發展。

儲能技術呈多元化發展格局

當前，儲能技術的發展呈現多元化格局，技術類別繁多。依據儲能將電力轉化成其他形式的能量，并在需要的時候以電能的形式釋放的特點，全國工商聯新能源商會副會長、中華新能源動力與儲能委員會理事長俞振華介紹，全球儲能技術主要有物理儲能(如抽水蓄能、壓縮空氣儲能、蓄冰儲能等)、化學儲能(如鉛酸電池、鋰離電池、釩電池、鈉硫電池等)和其他儲能(如超導儲能、飛輪儲能、超級電容等)三大類。每種技術均有自身的優勢和局限，其未來發展取決于是否能夠找到適合該技術特點的應用領域。因此，多種技術并存、共同發展將成為未來的趨勢。

在目前已經獲得實際應用或者第三方測試驗證的各種大規模儲能技術中，抽水蓄能和壓縮空氣技術相對成熟。

壓縮空氣蓄能指的是在高壓情況下通過壓縮空氣來存儲大量的可再生能源，然后將其存儲在大型地下洞室、枯竭井或蓄水層里。在非用電高峰期，用電機帶動壓縮機，將空氣壓縮進一個特定的地下空間存儲。然后，在用電高峰期，通過一種特殊構造的燃氣渦輪機，釋放地下的壓縮空氣進行發電。

“壓縮空氣儲能系統是一種比較適合大規模儲能的儲能技術，在常規電力、可再生能源和智能電網中具有廣泛的應用前景，是當前電力儲能領域的研究熱點。”中國科學院工程熱物理研究所陳海生在儲能研討會上提到。業內專家將壓縮空氣儲能電站比作“能量多媒體”。因為能夠把包括風能、太陽能、核能在內的各種新興能源轉換、儲存，取用的只有“空氣”，壓縮空氣儲能電站是這個“角色”的“最佳人選”。 陳海生還表示，壓縮空氣儲能電站不受場地限制，再加上它大容量存儲的特點，最適合建在大型的風電場。

作為目前技術進步最快的化學儲能，其中液流、鋰電池技術在安全性、能量轉換效率和經濟性等方面取得重大突破，產業化應用的條件日趨成熟。據中國科學院大連化學物理所研究員、大連融科儲能技術發展有限公司副總經理兼總工程師張華民介紹，液流儲能技術是最適合于風能發電調幅調頻并網的儲能技術，其中，全釩液流儲能電池以能量轉換效率高、循環壽命長、蓄電容量大、選址自由、可深度放電、系統設計靈活、安全環保、維護費用低等優點，成為可再生能源發電和智能電網的首選儲能技術之一。釩電池通過更換電池模塊，電解液和儲能罐可反復使用，預計壽命可達到15年以上。同時，釩電池的充放電效率約為75%。“電池的輸出響應很快，可以在幾個毫秒內完成從零功率到滿功率輸出。”張華民指出。

飛輪儲能作為其他儲能之一，是利用互逆式雙向電機實現電能與高速旋轉飛輪的機械能之間轉換的一種儲能技術。據清華大學工程物理系副研究員戴興建介紹，飛輪儲能的技術以其循環成本低、壽命長、高效率、環境特性友好等特點，應用于風力發電、電網調頻、高品質供電、電制動能量再生、脈沖電源等更大規模的儲能。戴興建指出，目前飛輪儲能的研究主要著力于研發提高能量密度的復合材料技術和超導磁懸浮技術。其中超導磁懸浮是降低損耗的主要方法，而復合材料能夠提高儲能密度，降低系統體積和重量。另外，我國還沒有100kW、1萬轉以上的飛輪儲能電機，研發高功率高速電機也是一大方向。飛輪儲能技術突破還需產業力量。

超級電容器(即雙電層電容)歷經三代及數十年的發展，已經形成可商業化的系列產品，在用于短時間、大功率的負載平滑和高峰值功率、低容量的場合，越來越多的發揮著提升電能質量的有效作用。目前基于活性碳雙層電極與鋰離子插入式電極的第四代超級電容器正在開發中。集盛星泰(北京)科技有限公司首席執行官陳勝軍介紹，與電池相比，雙電層電容(EDLC)以可深度充放電、低能量損耗、工作溫度范圍寬、環境適應性和可靠性強、免維護等特點，廣泛應用于電動/混合動力汽車、風電、智能電網等領域。

業內人士認為儲能技術是一項可能對未來能源系統發展及運行帶來革命性變化的技術，必須立足長遠從整個能源系統的角度來考慮、明確儲能技術的發展定位，要全面分析儲能技術應用對整個能源系統和社會帶來的綜合效益和價值，才能助推儲能技術商業化應用發展。