國內儲能技術應用進展

錢伯章

（金秋石化科技傳播工作室，上海 200127）

2013年，我國儲能技術不斷實現技術創新與應用突破［1－2］。

1）全釩液流電池儲能技術處于國際領先水平，2013年成功并網運行的國電龍源臥牛石風電場大連融科5 MW／10 MWh全釩液流電池儲能系統。

2）鋰離子電池是國內儲能領域應用較廣的技術，尤其是磷酸鐵鋰電池，在發電系統以及電動汽車領域均有較多的應用。電動汽車領域作為近年來鋰離子電池的應用熱點領域，各種相關利好政策已經對市場釋放出積極信號，吸引著相關知名企業的參與和關注。

3）鉛蓄電池型號及類別較多，鉛碳電池、超級鉛酸電池和水平鉛布電池等在儲能密度和循環壽命上都有所突破，鉛蓄電池的項目主要用于建設海島微網以及解決西藏等多個無電人口的用電問題。

4）壓縮空氣儲能技術也取得重要突破。國際首臺1.5 MW超臨界壓縮空氣儲能示范裝置通過驗收，各項指標均達到或超過預定目標。

總的來說，經過多年產、學、研，用（戶）緊密合作，各類儲能技術不斷實現突破，未來成本更低、性能更好的儲能技術將越來越多的應用到不同領域，但短時期內還將存在“多種儲能技術并存，共同發展”的格局。

目前，儲能技術發展方向主要體現大容量儲能技術，開發高效而實用的儲能電池，如全釩液流儲能電池（VRB），他與傳統的鉛酸蓄電池、鎳氫電池相比，具有功率大、壽命長達15年以上、價格低、可靠性高、操作和維修費用少、綠色無污染等明顯優勢，并能支持頻繁大電流充放電；可廣泛應用于太陽能、風能發電裝置配套儲能設備，也可用于再生能源并網發電、城市電網儲能、遠程供電、UPS系統等領域。

在支持發展和促進儲能產業發展的政策方面，近年來，中國對儲能產業的關注度明顯提升，儲能已寫入了“十二五”規劃，并提出要加強儲能先進技術的應用；在智能電網規劃的6個方面中有3個方面提到了儲能應用。各地陸續也出臺了一些鼓勵儲能應用的政策，上海提出聚焦鋰電池、鈉硫電池和液流電池等領域，支持2～3家發電潛力大的企業發展儲能業務；湖南省規劃了具體的儲能發展目標，重點支持全釩液流電池，明確指出“十二五”期間建設儲能變電站500個；另外，河南、湖北、四川也都有各自重點發展的儲能方向。

1 各種儲能技術的主要特點

儲能是智能電網、可再生能源接入、分布式發電、微網以及電動汽車發展不可或缺的支撐環節。目前已經探索和開發了多種形式的電能儲能方式，分為物理儲能、化學儲能以及其他儲能三大類。各種儲能技術的特點如表1所示。

根據各種儲能技術的特點，抽水儲能、壓縮空氣儲能和電化學電池儲能適合于系統調峰、大型應急電源、可再生能源接入等大規模、大容量的應用場合，而超導、飛輪及超級電容器儲能適合于需要提供短時較大的脈沖功率場合，如應對電壓暫降和瞬時停電、提高用戶的用電質量，抑制電力系統低頻振蕩、提高系統穩定性等。電化學儲能電池由于具有可模塊化組裝、能源轉換效率較高等優勢，正成為儲能家族的重要一員，有代表性的儲能電池有鋰離子電池、鈉硫電池、全釩液流電池等。

各種儲能技術由于在能量密度和功率密度方面均有不同的表現，而電力系統對儲能系統的應用也提出了不同的技術要求，但很少有一種儲能技術可以完全勝任電力系統中的各種應用。因此，電力系統在應用時必須兼顧雙方需求，選擇匹配的儲能方式與電力應用。

2 儲能技術的應用進展

鉛炭電池、鋰離子電池和液流電池是新能源儲能電池的三大發展方向［3－6］。鋰電池、液流電池成本相對較高，鉛炭電池成本相對低廉。普通鉛酸電池具有低成本優勢，但循環壽命短。鉛炭電池由于加入了活性炭，阻止了負極硫酸鹽化現象，延長了電池壽命。鉛炭電池兼具鉛酸電池和超級電容器的特性，具有瞬間大容量充電的優點。其充電時間為鉛酸電池的八分之一，壽命為鉛酸電池的4倍以上。目前國內有多家企業都在研制、開發和應用這些新能源儲能電池，且一些企業已有突破，取得了階段性成果。

2.1 全釩液流儲能電池

全釩液流儲能電池（VFB）與風電、光伏電組合成離網或微電網發電系統，對于孤島、離網的邊遠地區來說，是最佳綠色能源組合。我國風電、光伏發電投資巨大，如果真正解決儲能問題，讓發出的電最大限量的上網，將給企業和國家帶來巨大的效益，同時化學大容量儲能電池也將成為一個新興的朝陽產業。

表1 各種儲能技術的特點

VFB的關鍵環節是高性能離子膜，目前在國內有多家企業都在開發低成本、具有更高的能量效率的離子膜產品，可望在“十二五”期間實現大容量全釩液流儲能電池的規模化生產。

1）在非氟離子交換膜等關鍵核心材料實現突破的前提下，國內有中科院大連化物所（以下簡稱大化所）自主研發的2k W全釩液流儲能電池已成功實現10 000次以上的充／放電循環，電池模塊的能量效率未見明顯衰減。上海市神力科技有限公司采用國產非氟高分子聚合物研制成功了釩電池用離子膜，可替代進口的專用離子膜，投入運行國內首臺5～10 k W高性能全釩液流儲能電池（VRB）樣機，其儲能效率達到70%。

2）22 k W全釩液流儲能電池電堆技術。由若干個串聯的全釩液流單電池構成，電池堆外設置有正電解液儲液罐和負電解液儲液罐，正電解液儲液罐和負電解液儲液罐分別通過正進液管路和負進液管路向單電池輸入電解液，保證電池堆安全穩定地運行，達到理想的電池性能。

在全釩液流儲能電池系統的應用方面：

1）大連融科儲能技術發展有限公司提供的200 k W／800 k Wh全釩液流儲能電池系統，2012年6月下旬接入可再生能源智能微網，成功并網運行。該套系統具有自動化監控、精確在線容量監測、智能化運行等特點，與能量轉換系統和微網監控系統配合，可實現微網系統并網／孤網智能化運行，平抑新能源發電的不連續、不穩定性，提高供電的穩定可靠性、改善電能質量等。

2）國電龍源5 MW／10 MW時儲能電池系統工程，是迄今為止全球最大規模的全釩液流電池儲能系統應用示范工程。該儲能電池系統工程將與國電龍源臥牛石50 MW風電場配套，實現跟蹤計劃發電、平滑輸出、提高電網對可再生能源發電的接納能力。該液流電池系統采用模塊化設計，單個電堆的額定輸出功率為22 k W，由16個22 k W電堆組成352 k W的單元模塊系統，再由352 k W的單元模塊系統構建5 MW液流儲能電池系統。

2.2 其他電池儲能技術

1）2013年6月，南都電源公司通過大幅提高鉛酸電池循環壽命及高倍率充放電等特性，實現了鉛酸電池技術的重大突破，該技術成果成功用于新能源存儲應用的2V-REX系列鉛炭電池，以及混合動力應用的12V系列鉛炭電池的開發。

2）用于儲能系統的鈉硫電池和液流電池已經得到應用。國內鈉硫電池的主要開發者是上海市電力公司和中科院上海硅酸鹽研究所，其產業化目標分三階段進行：第一階段將加大原鈉硫中試基地已開展的各項科研攻關力度，提高單體電池性能；第二階段規劃貫通具備5～10 MW級生產能力的產品中試線，配合國家、上海市的示范項目，建立兆瓦級儲能示范電站；第三階段是貫通50 MW生產線，達到產業化目標。目前國內液流電池主要供應商是普能公司，全球液流電池領先企業加拿大VRB公司已被其收購。國內大連融科、上海神力等公司目前也在研發生產液流儲能系統產品。

4）作為風電和光伏發電以及智能電網重要組成部分的儲能系統應用方面，2011年12月，國家風光儲輸示范項目一期工程在河北省張北縣投運。該示范項目儲能系統由5套組成，其中1套為液流電池系統，規格為2 MW×4 h，另外4套為磷酸鐵鋰電池系統。這標志著國內儲能系統已出現由磷酸鐵鋰電池與鈉硫電池、液流電池并列的儲能電池主流解決方案。

3 儲能技術應用中存在的缺失

作為可再生能源發展的關鍵環節，剛剛起步的我國儲能應用存在4個缺失［7－8］：

1）技術缺失，國內僅對電池技術有所研究，對其他載體的研究不夠，僅對材料和單一裝置有所研究，對系統應用和管理的研究不夠，沒有或少有針對整個產業的一攬子解決方案，技術路線尚不清晰；

2）標準缺失，個別產品有標準，但整個產業的標準化體系尚未建立，更談不上根據標準對產品進行檢測和認證；

3）應用示范項目缺失；

4）政策缺失，儲能作為可再生能源應用的重要輔助環節，所受重視程度不足，尚沒有專門的規劃。

4 結語

儲能是智能電網、可再生能源接入、分布式發電、微網以及電動汽車發展不可或缺的支撐環節，我國風能、太陽能發電等新能源發電技術應用已走在世界前列，但在風電、光伏發電等領域，由于缺少化學大容量儲能電池等儲能技術的支持，應用受到制約。

本文分析了我國儲能技術在發展中存在的主要問題、發展方向與政策支持，雖然各類儲能技術不斷實現突破，但短時期內還將存在“多種儲能技術并存，共同發展”的格局，重點介紹了目前國內多家企業研制開發和應用這些新能源儲能電池的進展情況。

［1］ Viridity and Jefferson to Build Large-Scale Energy Storage，environmentalleader［EB／OL］，［2011-4-21］，http：／／www.environmentalleader.com／2011／04／18／viridity-and-jefferson-to-build-large-scale-energy-storage.

［2］ Gerald Ondrey，ABB commissions dynamic energy storage installation in the U.K.，Chemical Engineering News［J］.［2011-5-23］.

［3］ Gerald Ondrey，SGL Group supplies key component for 1-MWh energy storage system，Chemical Engineering［J］［2011-6-1］.

［4］ Leclanchéand Schüco cooperate for Lithium-ion solar energy storage solutions，Greencarcongress，［2011-6-13］.http：／／www.evdriven.com／energy-storage／lithium-ion／technology／.

［5］ NEC introduces Li-ion household energy storage and control system，greencarcongress［EB／OL］，［2011-7-14］，http：／／www.greencarcongress.com／2011／07／nec-20110713.html.

［6］ Mitsubishi Heavy develops containerized large-scale Li-ion energy storage system，greencarcongress［EB／OL］，［2011-6-16］，http：／／www.greencarcongress.com／2011／06／mhi-20110616.html.

［7］ Meeting future electrochemical energy storage requirements with heterogeneous nanostructured electrode materials，greencarcongress［EB／OL］，［2010-11-28］.http：／／www.greencarcongress.com／2010／11／liu-20101128.html.

［8］ Strain-graded silicon nanoscoops for high power Li-ion battery anodes，greencarcongress［EB／OL］，［2011-1-2］.http：／／www.greencarcongress.com／2011／01／strain-gradedsilicon-nanoscoops-for-high-power-li-ion-battery-anodes.html.