能源變革與儲能技術突破

過去幾十年，中國經歷了高速的經濟發展，但也為此付出了沉重的環境代價，能源轉型迫在眉睫。伴隨我國新能源產業的迅速發展，儲能技術及其產業的發展日漸成為各方關注的重點。

儲能應用主要集中在可再生能源發電調峰、分布式能源及微電網、電力輔助服務、電力質量調頻、電動汽車充換電等，是解決新能源電力儲存的關鍵，也因此備受企業青睞。但在技術路線眾多的前提下，誰能在經濟性、工藝上突圍，才是搶占市場的關鍵。

能源變革的迫切需求

日益增長的能源消費，特別是煤炭、石油等化石燃料的大量使用對環境和全球氣候所帶來的影響，使得人類可持續發展的目標面臨嚴峻威脅。據預測，如按現有開采不可再生能源的技術和連續不斷地日夜消耗這些化石燃料的速率來推算，煤、天然氣和石油的可使用有效年限分別為100年～120年、30年～50年和18年～30年。顯然，21世紀所面臨的最大難題及困境可能不是戰爭及食品，而是能源。

對新能源和可再生能源的研究和開發，尋求提高能源利用率的先進方法，已成為全球共同關注的首要問題。

近幾十年來，儲能技術的研究和發展一直受到各國能源、交通、電力、電信等部門的重視。電能可以轉換為化學能、勢能、動能、電磁能等形態存儲，按照其具體方式可分為物理、電磁、電化學和相變儲能四大類型。其中物理儲能包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能和飛輪儲能；電磁儲能包括超導、超級電容和高能密度電容儲能；電化學儲能包括鉛酸、鎳氫、鎳鎘、鋰離子、鈉硫和液流等電池儲能；相變儲能包括冰蓄冷儲能等。

儲能本身不是新興的技術，但從產業角度來說卻是正處在起步階段。截至目前，中國沒有達到類似美國、日本將儲能當作一個獨立產業加以看待并出臺專門扶持政策的程度，尤其在缺乏為儲能付費機制的前提下，儲能產業的商業化模式尚未成形。

當前我國儲能技術的現實需求有如下幾方面：

1.風力發電

風力發電自身所固有的隨機性、間歇性特征，決定了其規模化發展必然會對電網安全運行帶來顯著影響，另外風力發電往往在后半夜進入發電高峰，而此時正是用電低谷，所以棄風現象嚴重。因此必須要有先進的大容量儲能技術做支撐，以穩定風機輸出，且能錯時發電，提高風力發電機組的利用率，降低損耗。

研究表明，如果風電裝機占裝機總量的比例在10%以內，依靠傳統電網技術以及增加水電、燃氣機組等手段基本可以保證電網安全；但如果所占比例達到20%甚至更高，電網的調峰能力和安全運行將面臨巨大挑戰。目前為了減少對電網的沖擊，每一臺風機需要配備其功率4%的后備蓄電池。另外還需要大約相當于其功率1%的蓄電池用于緊急情況時收風葉以保護風機。電網對風電輸出平穩性的要求已成為風電發展的瓶頸。隨著風電的快速發展，風電與電網的矛盾越來越突出。如果需要平滑風電90%以上的電力輸出，需要為風電場配置20%左右額定功率的儲能電池；如果希望風電場還能具有削峰填谷的功能，將需要配備相當于40%-50%功率的動態儲能電池；如果風機離網發電，則需要更大比例的動態儲能電池。大容量儲能產品成為解決電網與風電之間矛盾的關鍵因素。

2.光伏發電

光伏發電是顯著受天氣影響的，對于目前大型光伏發電場主要是并網發電，但總的說來裝機容量在電網中所占比例非常小，其波動可以忽略不計。但隨著時間推移，其所占比例越來越大之后，不得不考慮儲能技術以平滑其輸出，減小對電網的影響。目前來說，光伏發電對儲能電池的需求更多體現在離網型光儲或風光儲項目上。

3.電網調峰調頻

由于我國電力系統煤電比例較高，核電不參與調峰，水電、燃氣發電等調峰較好的電源所占比例較低，造成電力系統安全運行和調控管理困難。系統的調峰調頻也成為限制電網接受清潔能源的一個主要因素。

電網調峰的主要手段一直是抽水蓄能電站。由于抽水蓄能電站需建上、下兩個水庫，受地理條件限制較大，在平原地區不合適。采用大容量儲能電池的小型調峰系統從微觀角度多點調峰，不受地理條件限制，可大可小設計靈活，是抽水蓄能電站的有益補充。

4.通信基站

通信基站和通信機房需要蓄電池作為后備電源，且時間通常不能少于10小時。對通信運營商來講，安全穩定可靠和使用壽命是最重要的，在這一領域，流體釩電池有著鉛酸電池無法比擬的先天優勢：壽命長，維護簡單，能量存儲穩定、控制精確、自放電少，可便捷調整能量的存儲量，總體使用成本低。

通信網絡中的基站動力系統中通常使用柴油發電機，在停電時提供長時間動力。流體釩電池完全可以替代動力系統中的鉛酸電池和柴油機的動力組合，提供高可靠性的直流電源的能量存儲解決方案。流體釩電池還可以很好地與網絡通信領域使用的地理分布很廣、數量眾多的太陽能電池進行很好的匹配，替代目前太陽能供電系統中通常使用的鉛酸電池，降低維護量，減少成本，提高生產率。

5.分布式電站

大型電網自身的缺陷，難以保障電力供應的質量、效率、安全可靠性要求，對于重要單位和企業，往往需要雙電源甚至多電源作為備份和保障。分布式電站可以減少或避免由于電網故障或各種意外事件造成的斷電。醫院、指揮控制中心、數據處理和通信中心、商業大樓、娛樂中心、政府要害部門、制藥和化學材料工業、精密制造工業等領域是分布式電站發展的重點領域，流體釩電池可以在分布式電站的發展中發揮重要作用。

對于目前很多遠離主電網的場合，如海島、哨所、采礦采油井、移動牧場、野外施工地等，對風光儲一體化電站解決方案也提出了真實的需求。

構建智能電網的關鍵技術

在人類現代文明的發展中，電網是迄今為止建造的最復雜的系統工程之一，從發電、輸電、配電直到用電，電網與國民經濟和普通百姓的日常生活無不息息相關。但目前實際狀況是：一方面傳統電網存在智能化程度低、運行效率低等諸多亟待解決的問題，另一方面又面臨全球范圍內氣候變暖、能源短缺的窘況。2003年，美國能源部組織相關專家對電力工業的現狀和未來進行反思和展望，提出了“智能電網”的概念。中國國家電網公司也明確提出了在2020年之前分三個階段實施智能電網建設的具體規劃。

發展智能電網的目標是建設節能、環保、高效、可靠、穩定的現代化電網，其中與之相配套的一個很重要的核心環節就是發展大規模的電力儲能技術。

儲能是智能電網、可再生能源接入、分布式發電、微電網以及電動汽車發展必不可少的支撐技術，可以有效地實現需求側管理、消除晝夜峰谷差、平滑負荷，可以提高電力設備運行效率、降低供電成本，還可以作為促進可再生能源應用，提高電網運行穩定性、調整頻率、補償負荷波動的一種手段。智能電網的構建促進儲能技術升級、推動儲能需求尤其是大規模儲能需求的快速增長，從而帶來相應的投資機會。

儲能技術擁有廣泛的應用前景，但實現規模化儲能當前仍是一個世界性難題。國家電網公司近期確定的智能電網重點投資領域中包括了大量儲能應用領域，如發電領域的風力發電和光伏發電中應用儲能技術項目，配電領域儲能技術，電動汽車充放電技術等。無論是風電還是太陽能發電，其自身都具有隨機性和間歇性特征，其裝機容量的快速增長必對電網調峰和系統安全帶來不利影響，所以，必須要有可靠的儲能技術作為支撐和緩沖。先進儲能技術能夠在很大程度上解決新能源發電的波動性問題，使風電及太陽能發電大規模地安全并入電網。

當然電力儲能現還存在著需要解決的這樣那樣的問題，在技術上還有待于進一步地完善和提高，尤其對儲能電池來說，其性能提高和成本降低將是影響儲能產業發展的最為關鍵因素。

儲能技術任重道遠

儲能技術的發展目前有兩個方面可以著重推廣。一是電動汽車，儲能電池在電動汽車上的應用，可能是提高質量降低成本的一個重要途徑。二是低成本大容量電源電池。可能還要考慮一些更可靠的，更安全的，同時還必須是低成本的儲能技術，所以儲能技術現在是任重道遠。

在儲能技術領域，國外特別是美國和日本研究起步早、成果多并有豐富的工程實際經驗。由于國內研究起步晚，相關技術與國外還有差距，特別是在飛輪儲能等先進儲能系統方面經驗還較欠缺。此外，在電力電子接口、儲能系統高效轉換等技術方面，國外也處于領先狀態。

目前大規模儲能技術中只有抽水蓄能技術比較成熟，主要用于電網的調峰、調頻和應急保障，以及輔助核電站進行功率調節。但是，受地理環境、建設周期較長的約束，以及沒有適當的價格政策，我國抽水蓄能電站裝機比例小于歐日等國。為適應智能電網發展，降低可再生能源接入對電網的沖擊，提高電網的“兼容性”，維護電網安全穩定運行，除發展抽水蓄能外，應大力發展布置靈活的電池儲能技術，包括各類蓄電池，如鋰離子電池、鈉硫電池、液流電池以及超級電容器等。近幾年，儲能在中國市場的熱點應用集中體現在分布式發電及微網、風電場、光伏電站儲能和電動汽車領域。

儲能產業在我國還處于發展的初期階段，雖然現階段還沒有與儲能相關的政策體系和價格機制，但作為新興產業，儲能已越來越受到政府能源部門和科技部門的關注和支持。國家關于儲能產業發展的規劃正在逐步建立中，應用示范的財政補貼也在逐步推進中。雖然還有許多問題有待解決，但在政府政策的支持下，在儲能廠商、電力系統和有關科研院所的共同努力下，中國儲能產業將得到持續不斷的發展。