儲能產業“領跑”新能源市場

文/阮曉東

儲能產業“領跑”新能源市場

文/阮曉東

加緊對儲能新技術的研發，力圖將各種儲能新技術加速應用到電力體系中，以此來促進中國能源體系的變革

在能源互聯網時代，儲能產業所扮演的“電力硬盤”的角色越來越受到關注，電力公司、高科技公司、政府和電力用戶都開始關注電力儲存技術的潛力。目前，儲能產業已經從概念發展成為智能電網規劃的重要組成部分，世界各國的電網都在積極參與推動這一領域的技術發展。隨著我國電力市場化程度的不斷提高，儲能產業在新電改的刺激下正在迎來重要發展機遇。特別是由于儲能產業的發掘將解決可再生能源和電動汽車發展難題，儲能產業已成為我國新一輪的投資熱點。與此同時，中國也加緊對儲能新技術的研發，力圖將各種儲能新技術加速應用到電力體系中，以此來促進中國能源體系的變革。

儲能產業受到全球關注

美國能源企業特斯拉在今年4月推出了Powerwall家用儲能電池，引起了各國的廣泛注意。據稱，Powerwall可以將電費低廉時儲存的電能在電費高昂時釋放，并與可再生能源（太陽能、風電）配套使用，所以其具備一定的經濟性，這也成為Powerwall儲能電池大規模推廣的最重要原因。實際上，由于儲能技術在發輸配用環節可以實現調峰、調頻、調壓、容量調節等價值，所以先進儲能產業正受到全球關注，很多先進儲能電池生產商都相繼在美國、亞洲和歐洲建立新工廠，歐盟、韓國、日本等國也都設立專項經費支持儲能技術的研究與開發。

比如美國政府已將大規模儲能技術定位為支撐新能源發展的戰略性技術，并在政策制訂、 資金扶持、補貼機制、投資稅收抵扣等方面提供強有力的支持。日本政府除直接支持前期研發外，還扶持了大量示范性項目，以鼓勵大容量儲能技術的推廣應用。

我國政府也十分了解儲能技術和儲能產業發展對中國能源體系的重要作用。并且早就在該方面展開了一系列的工作。據悉，目前中國的鉛酸電池技術和抽水蓄能技術已經較為成熟，并且已經開發使用超過10年；以鋰離子電池為代表性的第二代化學電池正在完成從實驗室研發到大規模商業化的過程，目前正積極致力于儲能及汽車用動力電池領域的應用；燃料電池、液流電池、金屬-空氣電池等技術正處于研發的過程中，但很多企業或研究單位的產品已經展示了進一步發展的潛力。

進入到2015年，國內儲能產業在新電改政策的刺激下，正在迎來重要的發展機遇。

其中一個重要的發展方向是智能電網的建設亟需儲能技術的支持。由于儲能技術可以為電力發、輸、配、用各環節提供了有效的能量緩沖和能量潤滑，并且在一定程度上對電力使用進行更合理的二次調配，所以可以大大改進電力使用的可靠性和經濟性。智能電網所強調的電網能量管理智能化的要求、對電力可靠性和經濟性的要求、對新能源接納的要求都為儲能產業的發展提供了前所未有的發展機遇。

與此同時，我們也看到中國的儲能應用示范項目正在呈現爆發發展的態勢。其中一個方向是分布式發電及微網的建設所帶動的儲能項目的建設，另外是再生能源并網也帶動了儲能項目的發展。隨著中國微電網電價及補貼方案進入征求意見稿討論階段，微網項目或有望獲得70%的系統補貼。若該政策得到落實，將會激活中國儲能產業蓬勃發展，甚至撬動全球儲能市場。

表 1： 我國各區域儲能項目分布情況

解決新能源和電動汽車發展難題

目前我國正在進入經濟發展的轉型期，我國經濟多年依靠的投資、出口、消費三駕馬車遇到了前所未有的問題，同時粗放式的發展模式已經讓我國的單位產品的資源消耗量、環境污染遠遠高于發達國家。中國經濟正在向資源消耗少、產出效益好、人民安居樂業的發展階段轉型。新能源發展在低碳轉型的過程中給人類提供了清潔可持續的能源來源，電動汽車的崛起則為石油大規模替代提供了可能。此外，新能源和電動汽車產業的發展因為涉及的產業鏈長，波及面廣，所以這兩個產業在我國產業轉型過程中受到了特別的重視。

不過，新能源具有間斷性的特點，電網無法大規模消納并網。新能源在運行過程中很多是“靠天吃飯”，無論是風能還是太陽能。在沒有風的陰天，如何保證居民的的正常生產生活用電？電網的運營需要穩定頻率，風能和太陽能每天大起大落，如何防止波動引發停電事故？

反復研討之后，世界各國都把“突圍”的重擔壓在了儲能產業的建設上。主要原因就是儲能既作為能量來源，也作為負載，特別是平抑大規模清潔能源發電接入電網帶來的波動性，提高電網運行的安全性、經濟性和靈活性。當然，儲能技術對電網的運行還有其他好處，比如幫助增加可再生能源的滲透率，促進分布式（微電網）發電的發展，通過電價設計，促進電力市場自由化（比如前述的Powerwall家用儲能電池）。

所以，當前我國十分重視儲能技術在新能源電網建設中的應用。其應用的中短期目標是讓電池儲電系統充當電網“穩壓器”，當可再生發電能力超過用電需求時，把多余的電力儲存起來，晚上風力不足或沒有太陽的時候，釋放儲存的電力。長期目標則是建設能源互聯網，儲能技術可以讓原來“剛性”的電力系統變得更加柔性，所以其在確保大電網安全性和可靠性、加強區域電網峰谷負荷調節能力、提高輸變電能力、改善電能質量等方面有著重要的作用。

儲能技術對電動汽車發展的重要性則比較直觀。

電動汽車以電力代替石油產品，沒有尾氣污染，是解決我國能源和環境問題的重要手段。目前世界上越來越多的國家、企業投入到電動汽車的發展行列中，新的電動汽車企業不斷涌現。而作為世界第一汽車產銷國，我國政府把電動汽車的發展作為汽車產業應對能源安全、氣候變化和結構升級問題的重要突破口，以及實現汽車產業跨越式發展的重要舉措。

然而，當前我國電動汽車產業發展仍受諸多技術因素影響，比如電池的電量、充換電技術、服務定價機制、商業推廣模式等。其中最為關鍵的環節仍然是電池能量。2000年以來，世界電動汽車發展的突破，也與電池能量，即儲能技術進步迅速密切相關。鉛酸蓄電池、鎳基電池、鈉硫電池、二次鋰電池、空氣電池等讓電動汽車不斷獲得越來越高的動力支持。目前，全球汽車制造商使用的動力電池主要使用鋰電池，比如以特斯拉為代表的鎳鈷鋁酸鋰電池（鈷酸鋰電池）、以比亞迪為代表的磷酸鐵鋰電池和以日本汽車為代表的錳酸鋰電池。但是由于鋰電池的能量密度低，目前電動汽車的行駛里程一般只有150-300公里之間。

新的儲能技術似乎出現了曙光。據西方媒體2014年末報道，西班牙Graphenano公司和西班牙科爾瓦多大學合作研發的石墨烯電池，一次充電時間只需8分鐘，可行駛1000公里，被石墨烯研究者稱做“超級電池”。按照西班牙上述機構的數據，石墨烯也可能大幅度增加電池的容量。“超級電池”參數顯示，其能量密度超過600wh/kg，是目前動力鋰電池的5倍；使用壽命是目前鋰電池兩倍；其成本將比目前鋰電池降低77%。這有望解決新能源汽車長期面臨的充電速度和巡航里程問題。

電動汽車的充電、巡航里程和安全問題都涉及電池。儲能技術作為新能源發展和電動汽車發展的關鍵環節，其技術突破將改變整個世界的能源格局。儲能技術作為新能源時代的核心技術之一，必將為人類打開一扇通往新能源時代的門。對于中國而言，電動汽車、儲能技術和風電、太陽能的有效結合，除了清潔發展，還可以形成對石油的有效替代，保障能源安全，這正是政府重視儲能技術的發展的原因。

中國加緊研發儲能新技術

當今世界，儲能技術及產業的發展已經成為衡量一個國家綜合國力的主要標志，成為國際智力和經濟力競爭的新焦點和主要手段。目前世界儲能技術發展和研究水平較高的國家主要是日本、美國等國家，這些國家已經具備較為完備的儲能研發基礎，并得到政府的充分重視，因此在研究上也往往比較超前和完善。

比如目前世界上超級電容的市場份額基本被日本、美國、俄羅斯占據，其中日本超級電容的生產量占全球超級電容生產總量的50%以上。相比之下，我國國內從事小容量超級電容生產的廠家有20-30家，但能實現批量生產大容量超級電容器并達到實用化水平的廠家只有5、6家；壓縮空氣儲能、飛輪儲能處于研究階段，還沒有成熟裝 和產品，以國外企業為主。即使是水電儲能領域，雖然我國水電設備企業有產業基礎，但技術和市場份額遠遠落后國外企業。

正因為如此，近幾年來，我國政府及相關研究機構針對我國在能源互聯網、規模化儲能、微電網儲能、分布式可再生能源儲能、通訊基站儲能、工業節能用儲能技術、家庭儲能、電動汽車風光儲充（換）電站等應用領域需求，積極組織實施儲能產業技術研究，推動前瞻性關鍵技術、產業標準的發展，也取得了一定的進展。

比如壓縮空氣儲能系統具有儲能容量大、電能轉換效率高、安全可靠、環境友好等特性，被視為繼抽水蓄能電站之后一種極具潛力的大規模儲能系統。由中國科學院理化技術研究所、清華大學及中國電力科學研究院共同研制的“500kW非補燃壓縮空氣儲能發電示范系統”在安徽蕪湖成功實現勵磁發電，完成100kW發電的階段目標。此次系統發電成功，標志著我國在大規模壓縮空氣儲能領域的一項重要突破，這對推進我國儲能產業的發展具有重要意義。

全釩液流電池是一種適用于風能、太陽能等可再生能源發電過程的大容量蓄電儲能裝備，能夠克服風能、太陽能發電的不穩定、不連續的缺陷。清華大學王保國教授課題組利用該研究成果已經開發成功5 kW、10 kW兩種規格的電堆，能量效率超過73%，進入批量試制階段。該電池具有容量大、壽命長、效率高、成本低、安全可靠的特點。據悉，該課題組的科研成果“大規模蓄電儲能的全釩液流電池技術與裝備”采用自主創新的質子傳導膜、電解液、電堆設計與制造技術，在電池性能與性價比方面十分具有競爭力。該項目還在去年獲得日內瓦國際發明展覽會獎，是我國全釩液流電池儲能裝備與技術在國際上首次獲得大型獎項，對我國儲能技術與產品在國際上得到認可具有里程碑意義。

電動汽車技術的發展，對動力鋰電池在大功率輸出和安全性能等方面提出了更高要求。由中科院青島生物能源與過程研究所建立的青島儲能產業技術研究院成功開發出新一代全固態聚合物鋰電池，已經與山東威能環保電源有限公司簽訂合作協議。據悉，青島儲能院利用具有完全自主知識產權的濕法抄造、界面耦合和功能化修飾等技術，成功研制出高安全性和耐高電壓的動力鋰電池隔膜。同時，研究人員以自主研發的阻燃纖維素為基材，通過功能化改性和耦合等相關工藝，研制出一款新的全固態聚合物電解質。其具有較高的機械強度、優異的倍率充放電性能以及較寬的溫度使用范圍，應用前景廣闊。

高能鎳碳超級電容電池，既具有電容器可以快速充放電的特點，又具有電化學電池儲能高的特點，是近年來世界各國競相發展的核心動力儲能設備。由中國工程院周國泰院士領銜的科研團隊研發生產的高能鎳碳超級電容電池，在安全性、記憶性、充電時間方面取得了突破，在容量、壽命、充放電效率、安全性能等方面都有獨特的優勢。高能鎳碳超級電容電池的標準檢測壽命5萬次以上，實際使用充放電循環已達1.5萬次，是普通蓄電池的25～100倍。充放電效率方面，該電池充電10分鐘即可達到其額定容量的95%以上，大電流放電能力強，能量轉換效率高。而由于獨特的工藝，高能鎳碳超級電容電池在遇到過充或短路也不會導致危險，外部劇烈撞擊或燃燒也不會爆炸，而且具有良好的高低溫性能與環境適應性，可在零下40℃至零上70℃之間正常使用。

另外，中國科學院上海硅酸鹽研究所通過和上海市電力公司合作研發的大容量鈉硫儲能電池也獲得重要突破，他們成功研發的具有自主知識產權的容量為650Ah的鈉硫儲能單體電池，使我國成為繼日本之后世界上第二個掌握大容量鈉硫單體電池核心技術的國家。

總體來看，隨著技術上的突破和新材料的引入，儲能產品性能上的提升和成本的降低是整體的趨勢。我國當前已經在儲能技術研究不斷獲得突破，中國電力科學院、中科院工程熱物理研究所、中科院過程工程研究所、中國科學院大連化學物理研究所、清華大學、上海交通大學、華南理工大學、北京工業大學、香港理工大學等國內外知名高校、科研院所，以及寧波南車新能源科技有限公司、今日能源科技發展有限公司、北京英格海德分析技術有限公司等領軍企業也取得了很多突破。

應用示范項目引導儲能市場建設

儲能技術在電力領域的應用非常廣泛。但是由于成本因素的制約，當前戶用儲能系統的市場仍然沒有完全打開。為了打開市場，擴展應用范圍和工程規模，眾多應用示范項目正在引導著儲能市場的建設。

國家電網在發展可再生能源的過程中發揮著重要的“通路”作用。在很多微網的建設中，儲能項目是必須建設的項目之一。為了更好地評估我國儲能產品的性能和減少可再生能源對電網的沖擊，國家電網先后建設了多個儲能系統和解決方案，以求搶占戶用儲能市場的先機。這些項目不僅分布在華北、西北地區的風電儲能、分布式發電及微網儲能項目中，在華東和華南地區的海島分布式發電及微網儲能項目也有很多。這些示范項目可幫助分布式能源實現獨立微網運營，有效解決目前的新能源棄電問題。另外還可以有效解決風電、光伏等間歇性能源并網的問題，提升新能源發電的經濟性。在微網的應用端，儲能裝可以使分布式能源在不接入大電網的前提下獨立、全天候運營發電。

不少新能源企業為進入儲能市場，也紛紛建立了自己的示范項目。比如比亞迪已經在坪山新區比亞迪廠區建成了全球最大的用戶側鐵電池儲能電站，這也標志該電站全面進入商業化運營階段。據了解，新落成的儲能電站占地面積1500平方米，建設容量為20MW/40MVH，由比亞迪電力科學研究院自主承建，于2013年9月開始建設，2014年7月竣工。該儲能電站可實現工業園用電負荷自主調解，是目前全球最大的用戶側鐵電池儲能電站。據比亞迪公司副總裁、電力科學研究院院長羅紅斌介紹，根據公司規劃，比亞迪還將在深圳、長沙、西安等工業園區建設總規模為100MW/200MWH的儲能電站。

還有一部分示范項目來自于科研單位和企業的合作。比如上海硅酸鹽所等“鈉硫電池”開展電站應用工程示范項目。該項目是中國科學院上海硅酸鹽研究所與上海電氣（集團）總公司、國家電網上海市電力公司，面向新能源、智能電網的戰略需求，按照“產研用”模式推進的儲能技術產業化項目。該項目經過近三年的艱苦攻關才完成了電池性能提升與產品化研制、規模制備技術路線論證等主要工作，貫通生產線，形成定型產品并下線。目前該電站首組堆倉已經成功并網，進入現場試運行階段。國家科技部、國家電網公司等有關負責人、專家到崇明實地調研，對鈉硫電站工程化應用進展給予高度肯定。

這些示范項目正在為儲能市場尤其是儲能系統集成市場注入新的活力。隨著儲能成本不斷走低以及國家儲能補貼政策落實，毫無疑問，儲能大時代的序幕已經拉開。目前我國的儲能技術正在從實驗室試驗階段逐步向示范工程建設階段以及商業化運營快速發展。未來十年，我國儲能產業將達到萬億以上的投資規模，儲能技術誘人的應用前景正吸引著國內眾多科研人員以及投資人的注意。

能源儲能將開啟黃金十年

各類型儲能在技術特性和經濟性方面有著明顯區別，在電力系統中也有著不同的應用方向。隨著我國電網大區域互聯電網的形成，以及可再生能源發電比例的快速增長，大規模儲能系統對確保大電網安全性和可靠性、加強區域電網峰谷負荷調節能力、提高輸變電能力、改善電能質量等方面有著重要的作用。

我國新能源儲能技術的應用于 2011年開始起步，截至2014年末儲能技術累積裝機量約81MW。2014年末，國務院出臺《能源發展戰略行動計劃（2014-2020年）》。其中明確為提高可再生能源利用水平，要“加強電源與電網統籌規劃，科學安排調峰、調頻、儲能配套能力。儲能作為新能源建設的配套設施有望迎來爆發式增長，開啟黃金十年。有關部門預計中國儲能市場（不包含抽蓄，壓縮空氣及儲熱）的容量有望于2020年超過1吉瓦，對應65%的復合增長率。

據了解，儲能作為“9個重點創新領域”和“20個重點創新方向”之一，目前已被寫入中國國家級能源規劃文件，有望形成“十三五儲能產業發展規劃”。從2015年投運、規劃和在建項目的統計情況來看，中國的儲能已經形成兩個應用熱點，其中一個是分布式發電及微網，另一個是可再生能源并網。此外，隨著中國微電網電價及補貼方案進入征求意見稿討論階段，微網項目或有望獲得70%的系統補貼。若該政策得到落實，將會激活中國儲能產業蓬勃發展，甚至撬動全球儲能市場。

目前國內已經形成系列能源材料及高能電池產品的產業集群，比如宜春、承德、長沙等產業基地建設已經頗具規模。其中宜春國家鋰電新能源高新技術產業化基地于2011年年初正式揭牌，該基地為提升鋰電產業的核心競爭力和集聚力，沿著鋰礦原料-碳酸鋰-鋰電池材料-鋰電池-鋰電汽車的產業鏈進行布局。承德則是以釩電池項目為核心，力爭建設“中國儲能技術研發基地”和“中國最大的儲能電池生產基地”，打造中國“釩谷”。長沙以儲能材料為節點，以“新動力”和“新儲能”為核心，正在打造成為中國的“儲能材料之都”。目前長沙已建成3個國家級重點實驗室，5個國家級工程技術中心，集聚10名院士，超過兩萬名專業技術人員，每年開發出100多項科技成果。

儲能項目美好的未來還在于其可以直接作為交通工具的動力，這在眾多的城市軌道應用中很有吸引力。比較有代表性的是廣州海珠有軌電車示范線項目，該項目是世界首列采用超級電容的儲能式100%低地板有軌電車。由于完全采用超級電容儲能電源驅動，所以電車不排放廢氣，運行無需架空受電網，能在乘客上下車的20、30秒鐘時間里快速充滿電，一次充電后能連續行駛4公里。制造該列車的南車株洲電力機車有限公司目前也正在積極推動該種列車的市場化。

隨著人類對能源需求的逐漸增加，傳統能源在儲量、環境污染、能源效率以及成本等方面的約束日益突顯。尋求能源替代，對新能源進行研究和利用已經成為全世界的共同主題，也是未來不可逆的能源發展趨勢。儲能技術發展是可再生能源發電大規模并網的必須條件。有人認為，至2050年人類的太陽能利用可以占總能源供應的50%，但是必須要有經濟可行的儲能技術才能達到這個目標，可以說，儲能技術與新能源技術可以真正的改變人類的能源供應，創造美好的愿景。