趙玉吉

摘? ?要：近年來(lái)隨著電網(wǎng)對(duì)系統(tǒng)靈活性、經(jīng)濟(jì)性和安全性要求的不斷提高以及分布式能源和可再生能源產(chǎn)業(yè)的大力發(fā)展，儲(chǔ)能技術(shù)在電網(wǎng)及能源方面的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，從而得到了快速發(fā)展，該文首先對(duì)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)進(jìn)行了概述，對(duì)目前國(guó)內(nèi)外各儲(chǔ)能技術(shù)路線進(jìn)行整理和分析，指出先進(jìn)的儲(chǔ)能技術(shù)及儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，最后提出現(xiàn)階段儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)存在的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：儲(chǔ)能;新能源;電儲(chǔ)技術(shù)

中圖分類號(hào)：TK015? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)概述

國(guó)際能源署（IEA）發(fā)布的《2015世界能源展望》預(yù)計(jì)到2030年，全球可再生能源發(fā)電量占全球總發(fā)電量的比例有望提升到33%，而儲(chǔ)能技術(shù)是解決可再生能源間歇性和不穩(wěn)定性、安全性、經(jīng)濟(jì)性、提高常規(guī)電力系統(tǒng)和區(qū)域能源系統(tǒng)效率最重要的保障。自2012年-2016年，全球投運(yùn)的電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目年復(fù)合增長(zhǎng)率為32%，預(yù)測(cè)到2020年我國(guó)儲(chǔ)能項(xiàng)目市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到1 000億元，儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)將得到快速發(fā)展。

1 儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展路線

1.1 電儲(chǔ)技術(shù)-抽水蓄能

全球累計(jì)運(yùn)行的儲(chǔ)能項(xiàng)目中抽水蓄能占比最大，約占全球96.4%。我國(guó)抽水蓄能技術(shù)起步較晚但起點(diǎn)較高，2016年抽水蓄能裝機(jī)量已躍居第一，日本和美國(guó)次之，目前已建成世界水頭最高山西西龍池抽水蓄能電站，河北豐寧電站。抽水蓄主要前沿技術(shù)為變速抽水蓄能、海水抽水蓄能和小型化抽水蓄能技術(shù)等。國(guó)外以日本河內(nèi)400 MW電站機(jī)組為代表的變速抽水蓄能機(jī)組項(xiàng)目較多，而我國(guó)變速抽水蓄能技術(shù)還處于起步階段，與國(guó)外技術(shù)存在較大距離。我國(guó)海水抽蓄、小型化抽蓄技術(shù)還處于攻關(guān)中。

1.2 電儲(chǔ)技術(shù)-壓縮空氣儲(chǔ)能

壓縮空氣儲(chǔ)能主要用于峰谷電能回收調(diào)節(jié)、平衡負(fù)荷、分布式儲(chǔ)能和發(fā)電系統(tǒng)備用等。德國(guó)、美國(guó)已有商業(yè)運(yùn)營(yíng)電站，我國(guó)在新型壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)研究方面與國(guó)際同步，并且部分技術(shù)領(lǐng)先。國(guó)內(nèi)已有院所實(shí)現(xiàn)1.5 MW級(jí)超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的示范運(yùn)行，目前正在開(kāi)展10 MW～100 MW系統(tǒng)研發(fā)。壓縮空氣儲(chǔ)能主要前沿技術(shù)為等溫壓縮空氣儲(chǔ)能、先進(jìn)絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能和超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)等。

1.3 電儲(chǔ)技術(shù)-飛輪儲(chǔ)能

飛輪儲(chǔ)能具有儲(chǔ)能密度較高、充放電次數(shù)與充放電深度無(wú)關(guān)、能量轉(zhuǎn)換效率高、可靠性高、易維護(hù)、使用環(huán)境要求低、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，適合電網(wǎng)調(diào)頻、電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制、電能質(zhì)量治理以及不間斷電源等方面應(yīng)用。美國(guó)的飛輪儲(chǔ)能技術(shù)處于領(lǐng)先地位，我國(guó)這方面的理論和應(yīng)用研究與國(guó)際先進(jìn)水平差距較大。飛輪儲(chǔ)能前沿技術(shù)為儲(chǔ)能陣列與大型發(fā)電機(jī)組協(xié)調(diào)運(yùn)行控制和基于軸向磁通永磁電機(jī)的新型飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)技術(shù)等。

1.4 電儲(chǔ)技術(shù)-鉛酸電池

鉛酸電池技術(shù)比較成熟，是小型風(fēng)電、光伏以及應(yīng)急電源的常用儲(chǔ)能設(shè)備。近年來(lái)，鉛酸電池技術(shù)不斷向大容量?jī)?chǔ)能發(fā)展。我國(guó)鉛酸電池技術(shù)與國(guó)際水平有一定差距，目前國(guó)內(nèi)大型儲(chǔ)能電站很少，典型的是“西藏尼瑪縣可再生能源局域網(wǎng)工程”鉛炭電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。鉛酸電池前沿技術(shù)為超級(jí)鉛酸電池和鉛炭電池技術(shù)等。

1.5 電儲(chǔ)技術(shù)-鋰離子電池

鋰離子電池多用于電動(dòng)汽車、系統(tǒng)穩(wěn)定及新能源接入等。鋰離子電池因比能量/比功率高、壽命長(zhǎng)、充放電速度快、反應(yīng)靈敏、轉(zhuǎn)換效率高等特點(diǎn)被視為最具有競(jìng)爭(zhēng)力的化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)之一。鋰離子電池前沿技術(shù)為聚合物離子液態(tài)鋰電池、全固態(tài)鋰電池和鋰-空氣電池技術(shù)等。

1.6 電儲(chǔ)技術(shù)-鈉硫電池

鈉硫電池應(yīng)用涵蓋消峰填谷、可再生能源輸出穩(wěn)定、電動(dòng)汽車應(yīng)急電源、電能質(zhì)量改善等。日本在全球鈉硫電池領(lǐng)域處于絕對(duì)領(lǐng)先地位，國(guó)內(nèi)已在建設(shè)鈉硫電池儲(chǔ)能電站示范工程。鈉硫電池前沿技術(shù)為高質(zhì)量陶瓷管和抗腐蝕電極材料技術(shù)等。

1.7 電儲(chǔ)技術(shù)-液流電池

液流電池主要應(yīng)用于備用電源、電動(dòng)汽車和規(guī)模儲(chǔ)能等。美國(guó)、日本及歐洲各國(guó)均布局液流電流技術(shù)的研究和應(yīng)用示范，國(guó)內(nèi)開(kāi)展了全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的示范。液流電池前沿技術(shù)主要有全釩液流電池、鋅溴液流電池和鋰液流電池技術(shù)等。

1.8 電儲(chǔ)技術(shù)-超導(dǎo)磁儲(chǔ)能

超導(dǎo)磁儲(chǔ)能主要解決了電網(wǎng)暫停穩(wěn)定性問(wèn)題，適用于輸配電穩(wěn)定、頻率調(diào)節(jié)、震蕩抑制等。在美國(guó)、日本和歐洲等地得到初步應(yīng)用，目前國(guó)內(nèi)外超導(dǎo)磁儲(chǔ)能研發(fā)差距并不明顯，我國(guó)研制了儲(chǔ)能高溫超導(dǎo)磁儲(chǔ)能系統(tǒng)樣機(jī)。超導(dǎo)磁儲(chǔ)能主要前沿技術(shù)有高效低溫制冷和功率變換調(diào)節(jié)技術(shù)等。

1.9 電儲(chǔ)技術(shù)-超級(jí)電容器

超級(jí)電容器適合于需要提供短時(shí)較大的脈沖功率場(chǎng)合。ABB公司開(kāi)發(fā)出4 MW的超級(jí)電容器儲(chǔ)能裝置，西門子開(kāi)發(fā)出儲(chǔ)能容量達(dá)到21 MJ/5.7 Wh、最大功率1 MW的超級(jí)電容器裝置，國(guó)內(nèi)也陸續(xù)出現(xiàn)超級(jí)電容器的示范項(xiàng)目。超級(jí)電容器前沿技術(shù)為石墨烯基超級(jí)電容器、鋰離子超級(jí)電容器和超級(jí)電容封裝和模塊化技術(shù)等。

1.10 儲(chǔ)熱技術(shù)

顯熱儲(chǔ)熱中熔融鹽儲(chǔ)熱是目前光熱發(fā)電方面的主要技術(shù)，其主要應(yīng)用于中控德令哈熔融鹽太陽(yáng)能熱電站。潛熱儲(chǔ)能技術(shù)趨于成熟，多用于建筑儲(chǔ)能或參與電網(wǎng)調(diào)峰。熱化學(xué)儲(chǔ)熱技術(shù)目前還不成熟，國(guó)內(nèi)相關(guān)研究剛剛起步。儲(chǔ)熱技術(shù)前沿技術(shù)主要有復(fù)合混凝土、陶瓷球、熔融鹽高溫顯熱儲(chǔ)熱、納微復(fù)合材料相變儲(chǔ)熱、中低溫?zé)峄瘜W(xué)吸附儲(chǔ)熱以及中高溫?zé)峄瘜W(xué)反應(yīng)儲(chǔ)熱等。

1.11 儲(chǔ)氫能技術(shù)

儲(chǔ)氫能核心技術(shù)包括制氫、儲(chǔ)氫、用氫、焦膜電極、雙極板、高壓儲(chǔ)氫瓶、增壓機(jī)等關(guān)鍵技術(shù)。我國(guó)氫能源的發(fā)展在一些關(guān)鍵核心技術(shù)方面仍然存在技術(shù)短板，象電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、高速軸承、電堆水平等方面。未來(lái)將推進(jìn)氫燃料電池工程化及基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。

2 儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

儲(chǔ)能未來(lái)的應(yīng)用趨勢(shì)主要集中在可再生能源發(fā)電、微電網(wǎng)和智能電網(wǎng)中，以后主要發(fā)展趨勢(shì)有：

（1）在集中式儲(chǔ)能方面，還應(yīng)大力發(fā)展抽蓄技術(shù)。

（2）現(xiàn)階段成本過(guò)高是儲(chǔ)能技術(shù)大規(guī)模推廣運(yùn)用的最大瓶頸，應(yīng)提高轉(zhuǎn)換效率和降低成本。

（3）多種儲(chǔ)能元件的組合或電網(wǎng)常規(guī)手段的組合應(yīng)用是儲(chǔ)能發(fā)展方向。

（4）開(kāi)發(fā)先進(jìn)的、適應(yīng)性強(qiáng)的電池管理系統(tǒng)（BMS）是今后發(fā)展的方向，建立電池管理系統(tǒng)、虛擬發(fā)電系統(tǒng)以及配電網(wǎng)的能量管理系統(tǒng)將會(huì)融合成一個(gè)體系。

（5）隨著電動(dòng)汽車數(shù)量的不斷增加，電動(dòng)汽車中上的儲(chǔ)能電池對(duì)電網(wǎng)的要求也值得研究和探討。

（6）隨著可再生能源滲透率的不斷提高，遠(yuǎn)期儲(chǔ)能技術(shù)的市場(chǎng)看好，應(yīng)探索在氫和合成天然氣方面的應(yīng)用。

3 存在問(wèn)題

能源行業(yè)的發(fā)展目標(biāo)已從“數(shù)量至上”轉(zhuǎn)變?yōu)椤疤豳|(zhì)增效”，而儲(chǔ)能技術(shù)對(duì)于新能源消納、微電網(wǎng)、電動(dòng)汽車和電網(wǎng)調(diào)頻等領(lǐng)域具有重要意義。目前我國(guó)大部分儲(chǔ)能項(xiàng)目仍處于示范階段，沒(méi)有一種儲(chǔ)能技術(shù)在市場(chǎng)上占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，能實(shí)現(xiàn)盈利的項(xiàng)目少之又少，儲(chǔ)能行業(yè)想要取得長(zhǎng)足發(fā)展，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?、商業(yè)化，需要解決經(jīng)濟(jì)性、政策性和技術(shù)性三方面問(wèn)題。經(jīng)濟(jì)方面要解決盈利能力不強(qiáng)的問(wèn)題，政策方面要明確市場(chǎng)化機(jī)制和價(jià)格，技術(shù)方面要解決安全性問(wèn)題。儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)也要不斷拓寬其商業(yè)模式，將當(dāng)前主要在用戶側(cè)的儲(chǔ)能應(yīng)用拓展到調(diào)峰調(diào)頻、風(fēng)光儲(chǔ)多能互補(bǔ)、輸配電擴(kuò)容、智能電網(wǎng)和分布式微網(wǎng)等更多領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)

[1]周學(xué)志，徐玉杰，譚雅倩，等.小型抽水蓄能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用前景[J].中外能源，2017，22（8）：87-93.

[2]汪翔，陳海生，徐玉杰，等.儲(chǔ)熱技術(shù)研究進(jìn)展與趨勢(shì)[J].科學(xué)通報(bào)，2017，62（15）：1602-1610.

[3]胡澤春，丁華杰，宋永華，等.能源互聯(lián)網(wǎng)背景下儲(chǔ)能應(yīng)用的研究現(xiàn)狀與展望[J].電力建設(shè)，2016，37（8）：8-17.