李建林，譚宇良，王 楠，王 含，王 力

（1.儲能技術工程研究中心(北方工業(yè)大學)，北京 100144；2.國網綜合能源服務集團有限公司，北京 100032）

新型基礎設施建設（新基建）國家戰(zhàn)略的提出為我國儲能產業(yè)的發(fā)展提供了重大契機。新基建主要立足信息基礎設施、融合基礎設施以及創(chuàng)新基礎設施3個方面，包括5G基站、數據中心、人工智能、工業(yè)互聯網、特高壓、城際高速鐵路和城市軌道交通、新能源汽車充電樁7大領域。這7大領域的發(fā)展均對供電系統(tǒng)提出了較高要求，高安全、長壽命、高效率、低成本、大規(guī)模、可持續(xù)發(fā)展的儲能技術成為新基建發(fā)展的重要部分。儲能技術直接服務于新基建的特高壓、城際高速和城際軌道交通、新能源汽車充電樁、互聯網數據中心（internet data center，IDC）等領域。在技術驅動下，儲能技術支撐著新基建拉動經濟社會發(fā)展的半壁江山。

我國能源體系正在向“電為核心的能源體系”推進。在未來風電、光電等不穩(wěn)定電源大規(guī)模接入電網的情況下，現有的“發(fā)輸用”電力系統(tǒng)將升級為全新的“發(fā)輸儲用”電力系統(tǒng)，系統(tǒng)負荷大小可隨新能源發(fā)電側的出力而調整。儲能技術作為備用電源，是新能源發(fā)電、電動車等重要行業(yè)的支撐技術，將在越來越多的行業(yè)、場景下應用并逐漸占據主導地位[1-2]。

結合新基建發(fā)展背景，本文進行儲能技術的典型應用調研與分析，重點介紹電化學、飛輪、超級電容等儲能技術在5G基站、數據中心、特高壓、城際高速鐵路和城市軌道交通、新能源汽車充電樁5種產業(yè)發(fā)展中所起的作用以及典型的應用實例。由于各類儲能技術的特點及適用范圍各不相同，應用時需結合具體產業(yè)發(fā)展要求、環(huán)境特點等進行考慮。同時對未來各類產業(yè)配置儲能提出建議，以期為我國儲能產業(yè)在各種應用場景的發(fā)展提供借鑒。

1 新基建背景下儲能技術的發(fā)展契機

1.1 國家政策

2020年兩會政府報告中提到：增強新型基礎設施建設，發(fā)展新一代信息網絡，拓展5G應用，建設充電樁，推廣新能源汽車，激發(fā)新消費需求、助力產業(yè)升級。2020年是“十四五”規(guī)劃的編制之年?！笆奈濉睍r期，可再生能源將作為常規(guī)電源予以考核和約束，因此電網調峰需求將進一步增大，配置一定比例的儲能將成為主要調節(jié)手段。隨著國家加快5G網絡、數據中心、人工智能等新型基礎設施的建設進度，互聯網進入云2.0時代，更多的企業(yè)掌握著主動權，在通信領域，儲能技術發(fā)展的時間節(jié)點已經到來。隨著5G向商業(yè)化邁進，國家發(fā)展改革委、工業(yè)和信息化部印發(fā)的《關于組織實施2020年新型基礎設施建設工程（寬帶網絡和5G領域）的通知》提出，要支持智能電網、工業(yè)互聯網等領域的5G應用工程的建設[3-5]。

教育部、國家發(fā)展改革委、國家能源局《關于印發(fā)<儲能技術專業(yè)學科發(fā)展行動計劃（2020—2024年）>的通知》指出，要增強儲能核心技術研究和創(chuàng)新水平，培養(yǎng)儲能領域人才，保證儲能技術的主導地位，推動儲能產業(yè)盡快達到國際先進水平，以理論和實踐相結合促進儲能產業(yè)高質量發(fā)展[6-8]。

1.2 地方規(guī)劃

新型基礎設施主要包括信息基礎設施、融合基礎設施以及創(chuàng)新基礎設施。伴隨著技術革命與產業(yè)變革，新型基礎設施的內涵與外延將不斷發(fā)生變化。自中央提出新基建以來，國家和地方政府對新基建的政策支持力度不斷加大，全國各地的新基建規(guī)劃與政策相繼出臺[9]，如表1所示。

表1 部分省（市）新基建相關政策Tab.1 The policies about new infrastructures in some provinces (cities)

2 5G基建背景下的儲能技術

隨著2020年的到來，5G技術已經成為經濟發(fā)展新的增長點，國家也在大力推廣5G技術[10]。5G通信技術的室內基帶處理單元（building base band unit，BBU）相對前代功能更強，同時功耗也更大。若將5G基站與能源建設設施如分布式光伏與儲能相結合，建立“光伏儲能+5G通信基站”模式，通過為通信基站網絡配置儲能電池，形成龐大的分布式儲能系統(tǒng)，則可以利用儲能系統(tǒng)特性實現基站的削峰填谷，降低基站建設和運營成本。

截至2019年6月，我國通信基站數量如圖1所示。隨著儲能技術的發(fā)展，具有高利用率、小型化等特點的新型儲能系統(tǒng)會填補基站儲能技術的空白，保證基站供電的穩(wěn)定性。根據功率的不同，5G基站分為微基站、宏基站2大類。微基站一般直接由市電網直接供電，不設置儲能系統(tǒng)；宏基站涉及范圍廣、基站功率大，一般建設在室外，需要儲能系統(tǒng)作為備用電源以保證供電的穩(wěn)定性。

圖1 我國移動通信基站數Fig.1 The numbers of mobile communication base stations in China

2.1 通信鐵塔

通信鐵塔是移動通信基站的組成部分，具有架高通信天線的作用，是通信信號發(fā)射、接收和傳輸設備的主要載體，是移動通信網完成信號覆蓋的重要基礎設施。在輸電鐵塔上搭載通信基站所形成的共享鐵塔是一種使電力基礎設施獲得再利用、節(jié)約基站建設成本的新型通信鐵塔類型。

通信鐵塔較為常見且分布廣泛，但共享鐵塔在選取時與其所處的位置、地形、塔型等因素密切相關。天線搭載位置需要同時滿足天線搭載高度和電氣安全距離要求，一般分為塔頭段頂部、塔頭段身部以及下導線掛點以下。2017年起，共享鐵塔技術在云南、湖北等地均有實際應用，220 kV東郭二回線6號塔、云南楚雄市東瓜鎮(zhèn)220 kV鹿紫二回線38號塔以及湖北110 kV車伍二回線12號電力塔上均已成功安裝通信基站，為共享鐵塔技術的后期廣泛應用提供了實踐經驗。盡管共享鐵塔可以降低基站的建設成本，但基站建設中保證輸電穩(wěn)定等問題依然存在。

2.2 5G基站

5G微基站分布較廣，電力系統(tǒng)難以滿足其要求，所以很多基站開始使用儲能系統(tǒng)保證持續(xù)穩(wěn)定的電能輸送。例如，2017年就有某通訊公司使用退役梯次電池建設5G一體化電源，蓄電池在供電系統(tǒng)正常供電時改善電能質量，在供電發(fā)生故障時作為備用電源為負荷持續(xù)供電，保證設備持續(xù)正常的運行。

磷酸鐵鋰電池因具有安裝成本低、使用壽命長等特點，備受基站蓄電池的歡迎，并且已經應用于實踐。國軒高科全資子公司合肥國軒高科動力能源有限公司與華為技術有限公司（華為）簽訂了《鋰電供應商采購合作協(xié)議》，雙方將開展鋰電領域的戰(zhàn)略合作，并已經為華為在海外的通信基站項目實現批量供貨。中國鐵塔股份有限公司（中國鐵塔）2020年以來已在20省市發(fā)布了24項招標通知，總預算超過8 945萬元，多項招標要求采購磷酸鐵鋰電池。中國移動通信集團有限公司（中國移動）在2020年3月初也發(fā)布了1.95 GW·h磷酸鐵鋰電池的采購訂單[11]。

鋰電池在4G時代應用于運營站點儲能系統(tǒng)，但5G時代通信基站的環(huán)境更加復雜，對儲能系統(tǒng)的要求更為苛刻。雖然傳統(tǒng)鋰電可以滿足5G基站的大部分要求，但無法滿足新形勢下新的需求，智能儲能系統(tǒng)因此而生。

智能儲能系統(tǒng)融合了通信技術、電力電子技術、傳感技術、高密技術、高效散熱技術、AI技術、云技術以及鋰電池技術。華為基于對5G的理解，推出了5G Power智能儲能系統(tǒng)，如圖2所示。

圖2 華為5G Power智能儲能系統(tǒng)Fig.2 The Huawei 5G Power intelligent energy storage system

該系統(tǒng)具有基礎鋰電功能、智能升壓、智能混搭、智能防盜、全網精細管理等優(yōu)點，可以實現儲能系統(tǒng)的管理、控制等，能夠根據大數據進行預測，實現前瞻性運維和資源互補，既能降低運維和建設成本，又可以減少資源浪費。

3 特高壓建設背景下的儲能技術

3.1 特高壓輸電建設現狀

特高壓輸電技術具有等級高、網損小、輸出靈活、容量大、距離遠、線路故障時的自防護能力強、節(jié)省線路走廊等特點。數據顯示，1路特高壓直流輸電可以輸送600萬kW電量。我國國土面積遼闊，西部地區(qū)資源豐富，為了使東西資源優(yōu)勢互補，提高東部地區(qū)用電穩(wěn)定性，跨區(qū)域特高壓直流輸電技術已經得到快速的建設和發(fā)展。

“十三五”規(guī)劃提出，到2020年，國家電網有限公司（國家電網）將建成“五縱五橫”特高壓交流骨干網架和27條特高壓直流輸電工程，形成4.5億kW的跨區(qū)跨省輸送能力，建成以“三華”電網為核心的統(tǒng)一堅強智能電網。

3.2 特高壓輸電存在問題

近年來，國家電網相繼投產了晉北—南京、酒泉—湖南、準東—皖南等特高壓直流輸電工程，拓寬了可再生能源跨區(qū)大直流外送通道。為了解決東北地區(qū)窩電問題，提高新能源外送消納能力，2019年新建了扎魯特—山東青州±800 kV特高壓直流輸電及其配套工程，該工程投運后，山東全省電網結構與運行特性發(fā)生巨大改變。為保證電網頻率和電壓穩(wěn)定，電網通過穩(wěn)控裝置切除大量風電機組，嚴重影響新能源的消納，也為電網帶來了巨大沖擊。大規(guī)模電池儲能電站若達到毫秒級的響應時間，將會為扎魯特直流的單極或雙極閉鎖提供快速功率釋放，相對于水電、火電等常規(guī)功率調節(jié)手段具有較大技術優(yōu)勢。特高壓輸電可以解決中東部地區(qū)因發(fā)電問題而造成的環(huán)境污染問題，將西部通過新能源發(fā)電技術所發(fā)電量傳輸到用電密度高的中東部地區(qū)，實現能源互補，提高清潔能源占比，目前已經待建和在建的項目如表2所示。

青海等部分可再生能源產區(qū)缺乏常規(guī)電源支撐，一旦特高壓工程發(fā)生直流閉鎖、交直流混聯線路事故，電網暫態(tài)穩(wěn)定問題將愈發(fā)突出，嚴重影響送端電網的安全穩(wěn)定運行。

特高壓直流輸電項目也會因為電源的問題導致輸電項目的輸電功率較低，對聯網能力也有影響。如：以輸送新能源為主的酒泉—湖南特高壓直流工程，經實際測算，該項目輸電量為450萬kW，未達到預期的800萬kW；晉北—江蘇特高壓直流工程內部神泉一期2×60萬kW機組明確為配套改接電源，其余3座、402萬kW配套電源未能充分發(fā)揮該直流800萬kW的外送電能力。

表2 國家電網目前待建和在建的特高壓輸電項目Tab.2 The UHV transmission projects to be built or under construction

3.3 特高壓輸電問題解決方法

目前，對于電網中儲能技術參與抑制直流換相失敗的方法還不太完善。文獻[12]提出在電網頻率最低點滿足要求的前提下電網受電能力提升程度與儲能容量配置間的數學模型，并得出儲能系統(tǒng)布局在受端電網實現提升特高壓輸送通道穩(wěn)態(tài)輸送功率，可以切實促進新能源外送消納。文獻[13]通過對高壓交直流混聯電網中多饋入直流換相失敗問題的分析，得出電化學儲能電站群具有電網安全保障、調峰和調頻方面的技術優(yōu)勢，必使交直流混聯受端電網變得更加堅強和智能。

電化學儲能技術可用于特高壓輸電項目。2019年底，青海海南州特高壓基地在招標時，投資方明確規(guī)定增加儲能電池技術類型，限定技術路線為磷酸鐵鋰電池，規(guī)格為1C倍率，且共需采購321套儲能系統(tǒng)，單套儲能系統(tǒng)可用容量為630 kW/630 kW·h，包括電池、過程控制系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)及其他所有附屬設備，總裝機規(guī)模超過200 MW。

從目前研究來看，特高壓輸電技術中存在的問題影響因素較多且解決方法較少，急需配置儲能系統(tǒng)，為解決輸電問題提供一種新的思路和方法。

4 城際軌道交通和高速鐵路建設背景下的儲能技術

由于具有安全、環(huán)保、節(jié)約能源、占地較少等特點，軌道交通逐漸成為人們出行的主要交通模式，近幾年發(fā)展較快。儲能技術在軌道交通行業(yè)的發(fā)展中也占有一席之地，列車可以通過儲能技術儲存電能，在無接觸網或緊急情況下釋放電能，以保證正常行駛[14]。地鐵和城際高鐵應用較為廣泛。

4.1 地鐵

地鐵能量回收是一種大功率、高頻次的應用場景，目前應用較為廣泛的是再生制動能量吸收利用。當制動能量不能被本車吸收時，牽引網電壓上升，上升到一定程度后，牽引變電所中再生制動能量吸收裝置投入工作，吸收再生電流，使車輛再生電流穩(wěn)定，如圖3所示。目前，再生能量吸收裝置可分為電阻消耗型、電容儲能型、飛輪儲能型、逆變回饋型，各類型裝置對比見表3。目前電容儲能型和飛輪儲能型較為常用。

圖3 再生制動能量吸收利用示意Fig.3 Schematic diagram of absorption and utilization of the regenerative braking energy

表3 各類型再生能量吸收裝置對比Tab.3 Comparison of the regenerative braking energy absorption devices

4.1.1 飛輪儲能

地鐵列車進站回收的電能通過電阻放熱方式消耗，存在資源浪費，飛輪儲能具有響應快、頻次高、可靠性高、壽命長的優(yōu)點，可以很好地解決這些問題。

2019年，國產GTR飛輪儲能裝置北京地鐵房山線廣陽城站正式實現商用。該裝置由單臺功率333 kW的飛輪1組3臺組成1 MW飛輪（圖4），當地鐵列車進站剎車時，可以利用飛輪儲能系統(tǒng)存儲制動過程中的能量。

美國多個地鐵站已經對飛輪儲能進行了示范，能夠實現20%~30%的節(jié)能效果[15]。洛杉磯地鐵于2014年8月安裝了基于飛輪的儲能變電站（wayside energy storage substation，WESS），WESS部署了2 MW的系統(tǒng)，充/放電時間15 s，容量8.33 kW·h，由4個飛輪模塊組成，每個模塊由4個獨立的飛輪單元組成。該儲能系統(tǒng)應用后，每天可節(jié)省10%~18%的牽引電力能源。

圖4 國產GTR飛輪儲能Fig.4 The domestic GTR flywheel energy storage device

4.1.2 超級電容儲能

超級電容儲能具有高功率、長壽命的特點，也可回收制動能量，實現制動能量再利用。目前，國內該項技術剛剛起步，仍處于實驗階段，如廣州地鐵6號線配備了超級電容儲能裝置并正式掛網運行，系統(tǒng)額定功率達到1.4 MW，具備對直流電網的穩(wěn)壓作用，可以緩解高頻次列車啟動或制動時直流的電壓波動。超級電容儲能系統(tǒng)由連接單元、變換器超級電容器組成，在全球多個城市的地鐵中得以應用，如西班牙馬德里的地面式儲能系統(tǒng)。北京地鐵5號線也配置了總容量69.64 F，最高電壓515.2 V的超級電容儲能系統(tǒng)，具有減少牽引電量、提高地鐵舒適度等特點[16]。

4.2 城際高鐵

城際高鐵儲能系統(tǒng)的主要作用是降低能耗、牽引列車、制動能量回收、降低峰值功率等。鐵路行業(yè)的儲能系統(tǒng)主要分為地面儲能系統(tǒng)和車載儲能系統(tǒng)，其中車載儲能系統(tǒng)主要安裝在列車內，用于存儲列車內部的回收能量，所需功率小于地面儲能系統(tǒng)。

各國對于鐵路儲能系統(tǒng)均進行了較深入的研究。MITRAC Energy Saver Unit超級電容儲能系統(tǒng)可以裝載在列車上，經過一段時間的實驗，證實比普通列車節(jié)能30%。德國的內燃機動車組上使用的超級電容儲能系統(tǒng)在一定程度上降低了CO2排放量和減排成本。在地面儲能方面，日本和意大利的超級電容儲能系統(tǒng)不僅可以調峰、降成本，而且接近70%的再生能量均得到回收再利用。

飛輪用于儲能系統(tǒng)要早于電池和超級電容器，目前已經開發(fā)出來的高速儲能系統(tǒng)以飛輪為元件，可以很好地控制直流電壓、抑制波動，在紐約、里昂等地方均有應用[14]。

電池儲能電壓波動更小、自放電率較低，同時可提供較大容量。東日本旅客鐵道公司和龐巴迪鐵路運輸設備有限公司是開發(fā)動力單元的主要公司，東日本旅客鐵道公司和西日本旅客鐵道公司均對電池儲能裝置有所研究，其開發(fā)的儲能系統(tǒng)應用于湖西線至北陸本線的列車上，保證了列車的電力供應，改善了列車的運行條件、舒適程度。特斯拉公司作為電動汽車行業(yè)的巨頭，對儲能技術也有所研究，圖5為配置在日本大阪Kintetsu火車線路上的儲能系統(tǒng)。作為備用電源，該系統(tǒng)可在列車電力系統(tǒng)發(fā)生故障或電網停電時使列車運行到安全地點。俄羅斯鐵路部門計劃部署10 MW·h的電池儲能系統(tǒng)，以幫助俄羅斯鐵路網絡更快更順暢地運行。

我國地鐵線路上也有配備儲能系統(tǒng)。中車長春軌道客車股份有限公司在輕軌上加裝磷酸鐵鋰電池系統(tǒng)，可以增加列車續(xù)航里程，充電時間較短，應用前景廣闊。

圖5 特斯拉公司安裝的7 MW·h儲能系統(tǒng)Fig.5 The 7 MW·h energy storage system installed by Tesla

5 新能源汽車充電樁建設背景下的儲能技術

作為新型城市交通基礎設施，充電樁是電動汽車推廣應用的基本保障。我國充電基礎設施已經形成了規(guī)?；焖侔l(fā)展態(tài)勢，相關行業(yè)政策、標準體系也已基本建立，但充電基礎設施行業(yè)尚未明確，新能源汽車充電樁建設為我國新能源汽車能源供給保障明確了主基調。儲能技術應用于充電樁可以保證充電樁電能的穩(wěn)定性，避免因電網波動導致的充電樁失靈，降低充電站配電線路成本，產生良好的社會經濟效益。

5.1 光伏儲能充電樁

近年來，充電樁和光伏儲能系統(tǒng)結合形成自發(fā)電的電網系統(tǒng)，光伏發(fā)電可保證充電樁電能的穩(wěn)定性，余電可以利用儲能系統(tǒng)儲存起來，進行削峰填谷、峰谷套利，實現經濟效益最大化。雖然影響光伏發(fā)電的因素頗多，但加入儲能系統(tǒng)，一方面可幫助光伏在應用過程中解決一部分發(fā)電冗余和并網問題，另一方面可發(fā)揮組合優(yōu)勢，帶動光伏、儲能、充電樁多向發(fā)展。

圣地亞哥（San Diego）國際機場的電動汽車充電站為光伏發(fā)電站，相比傳統(tǒng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)可提高18%的發(fā)電效率[17]。美國加利福尼亞（California）的圣塔莫妮卡（Santa Monica）小鎮(zhèn)修建了一座專為某種電動車提供充電樁的光伏充電站[18]。

截至目前，日本約有270多家電動汽車充電樁設施制造企業(yè)，日本大阪變壓器株式會社的WiTricity技術為電動車提供無線充電業(yè)務，該技術提升無線充電站的高效傳輸性，滿足全球汽車標準。歐盟資助的FASTINCHARGE項目正在研究定點式無線充電以及在途無線充電的可行性，其優(yōu)勢包括操作簡單、維修方便等。

我國國內電動汽車充電行業(yè)在近幾年也得到了快速發(fā)展。圖6為松山湖太魯閣光儲充一體化充電站，該充電站通過核心系統(tǒng)“光儲充一體式能源微網系統(tǒng)”與“能源互聯共享平臺”的對接，信息通過5G通道上送。通江北路黃沙橋充電站也是我國光伏發(fā)電快充站的實際應用，配置720 kW和600 kW的群控單元各1臺[19]。2011年，黑龍江建成了光儲式電動汽車充電站并實現了對站內負荷供電以及對電動汽車充電，在并網和孤島運行狀態(tài)下運行穩(wěn)定。2018年，適用于高原的電動汽車光伏充電站在西藏自治區(qū)研制成功并投入試運行，該光伏發(fā)電站裝機容量可達20 kW，在正常陽光照射、不依靠國家電網提供電能的情況下，每天能夠向3輛電動汽車提供滿容量的充電服務。

圖6 松山湖太魯閣光儲充一體化充電站Fig.6 The Songshan Lake Taroko Photovoltaic Charging Station

5.2 電動汽車儲能充電站

將傳統(tǒng)儲能技術與電動汽車充電站相結合，既可以實現電網的削峰填谷，保證供電的穩(wěn)定性，還能夠降低大規(guī)模汽車充電時對電網造成的沖擊，延長使用壽命。文獻[20]通過設計儲能電池充放電效率檢測實驗，對經濟效益進行了分析，證明了儲能系統(tǒng)應用于充電樁的可行性。文獻[21]通過在傳統(tǒng)充電樁內部增加蓄電池和能量轉換系統(tǒng)，保證了在不影響配電網的前提下實現電動汽車的快速充電。文獻[22]利用儲能電站為電動汽車充電站充電，并根據現場情況自行調整，實現了充電站的持續(xù)發(fā)展運營。文獻[23]通過對充放儲電站PCS無功電壓調節(jié)的分析，提出了電站的增值策略和緊急控制策略。文獻[24]介紹了應用儲能技術的充電站的結構和原理，并提出了電網和儲能功率的分配情況。

青島薛家島和上海嘉定區(qū)安亭鎮(zhèn)電動汽車充換放儲一體化示范電站（圖7）為目前已經投運的充放儲一體化電動汽車充電站。

圖7 上海嘉定區(qū)安亭鎮(zhèn)集中充換放儲一體化電站Fig.7 The integrated power station for centralized charging,replacement, discharging and storage in Shanghai

6 大數據中心建設背景下的儲能技術

現代生活中所需的數據大多存儲在數據中心，伴隨著新基建的發(fā)展，數據中心的重要性逐漸顯現，其電力供應也顯得格外重要，而不間斷電源系統(tǒng)（uninterruptible power system，UPS）的普遍使用可以保證數據中心電力供應不會出現故障。因此，UPS儲能技術的發(fā)展至關重要，影響到UPS的體積、壽命和成本[25]。

6.1 UPS儲能技術在數據中心的應用

6.1.1 UPS+電化學儲能技術

UPS作為備用電源，一般后備時間要求不低于15 min，最初UPS內部通常采用鉛酸電池。谷歌（Google）是進行服務器自主研發(fā)定制的互聯網公司，早期采用鉛酸電池供電；臉書（Facebook）自建數據中心的供電系統(tǒng)采用DC48V離線備用系統(tǒng)，為每6個9 kW的機柜配置1個鉛酸蓄電池柜；中國移動數據中心采用DC48V輸出系統(tǒng)，并配置儲能電池柜，系統(tǒng)拓撲圖如圖8所示。

但是，由于鉛酸電池能量密度低、體積大，且對環(huán)境的要求較高，容易污染環(huán)境，一般每隔4～5年就要更換一次電池。新開發(fā)的UPS和儲能相融合的系統(tǒng)，增加了配置電池的容量，將鉛酸電池改為鉛碳電池，可進行削峰填谷，用作UPS備用電源，轉換效率更高、壽命更長。

此外，鋰電池因耐高溫、適應能力強、反應速度快，目前有公司將其作為備用電源，如Google的UPS已經由鉛酸電池改為鋰電池方案[26-27]；華為的基于智能鋰電特性的FusionPower@Li-ion1.6 MW大型數據中心UPS供配電系統(tǒng)配套華為自主研發(fā)的UPS鋰電池儲能系統(tǒng)，使用壽命長、占地面積小、運維簡單；設在印度的全球的搜索引擎公司、消費公司等的數據中心，均采用VXUPS+鋰電池的配置方案。

圖8 中國移動儲能備用電源系統(tǒng)拓撲圖Fig.8 The topology of energy storage and backup system in China Mobile Data Center

6.1.2 UPS+飛輪儲能技術

電力設備的體積、能耗以及確保關鍵任務應用的最高電能質量和可靠性是數據中心建設所面臨的挑戰(zhàn)，飛輪儲能可以完美地解決這一難題。飛輪儲能UPS和傳統(tǒng)儲能UPS技術對比如表4所示。

表4 飛輪儲能UPS和傳統(tǒng)儲能UPS技術對比Tab.4 Comparison between the flywheel energy storage UPS and the conventional energy storage UPS technology

美國Active Power公司的鋼制飛輪為中低速飛輪的典型代表，轉速7 700 r/min，可應用在小型UPS中，但不適合頻繁充放電場合；高速飛輪典型代表為美國Vycon公司的鋼制飛輪，轉速3 6750 r/min，已在UPS中商業(yè)化應用。在飛輪儲能陣列方面，容量為20 MW/5 MW·h的碳纖維復合材料轉子飛輪儲能陣列已在電網調峰調頻方面實現商業(yè)化運營。

飛輪儲能UPS作為備用電源的技術比較成熟，美國Vycon公司的VDC系列飛輪儲能設備具有良好的性能及較長的使用壽命，在其使用壽命內可以進行不限次的充放電且不會影響使用性能。美國麻省醫(yī)藥大學數據中心配置的2×825 kVA/750 kW UPS飛輪儲能、美國北卡Raleigh NC大型數據中心的6×825 kVA/750 kW UPS飛輪儲能、Delta牙科治療中心數據中心的2×500 kVA/450 kW UPS飛輪儲能以及美國EasyStreet Online Services數據中心采用的3套18臺飛輪儲能系統(tǒng)在其使用壽命內均有較好的表現。

6.2 其他儲能技術在數據中心的應用

我國的數據中心建設將更多地采用儲能材料和蓄冷技術。2019年，《關于加強綠色數據中心建設的指導意見》出臺，要求到2022年，數據中心平均能耗基本達到國際先進水平。在該意見指導下，工業(yè)和信息化部于2019年11月正式發(fā)布了《綠色數據中心先進適用技術產品目錄（2019年版）》，其中無機相變儲能材料蓄冷技術和水蓄冷技術入列。

百度在數據中心領域具有主導地位，其一直秉承綠色數據中心理念，以節(jié)能降耗為目標。百度的自建樓宇以及數據中心均采用冰蓄冷技術，利用夜間用電低谷期制備冷量并通過儲能系統(tǒng)存儲，白天用電高峰期通過夜間制備的冷量為中央空調供冷，實現電力系統(tǒng)的削峰填谷，保證經濟性。京瓷株式會社的數據中心位于北海道的石狩市，采用新能源技術和儲冷技術保證電力供應，并可以預測用電量及發(fā)電計劃出力，完成高效發(fā)電[28]。

阿里巴巴網絡技術有限公司在千島湖的數據中心利用水冷降溫，而位于河北省張家口的數據中心則采用了自主研發(fā)的分布式儲能技術和國際領先的能源互聯網技術，可實現最大程度的新能源供電、按需供電。

7 新基建背景下儲能技術展望

1）積極部署儲能在5G技術、軌道交通、工業(yè)能源互聯、軍民融合、國家應急保障體系等領域的試點工程，全方位驗證儲能在新基建工程中的樞紐作用。

2）積極部署新型、顛覆性技術對現有儲能體系的有益補充，鼓勵高安全、長壽命、高效率、低成本、易回收的電池體系戰(zhàn)略推進，進行試點示范及比對研究，實現新舊技術的交替，完成我國儲能產業(yè)從簡單跟跑到領跑的角色轉換。

3）選取代表性的、具備可推廣性的重大國家戰(zhàn)略意義的試點工程，在國家級開放區(qū)域、我國可再生能源富集基地、跨省區(qū)域外送通道薄弱環(huán)節(jié)、能源片區(qū)之間部署GW級大型儲能重大試點工程，并逐步在全國范圍推廣。

8 結論與建議

儲能技術可廣泛應用于融合新能源、城市應急供電、5G基站后備電源以及邊防哨所、軍民融合等諸多方面，是新基建不可或缺的重要保障。目前我國儲能技術仍面臨諸多挑戰(zhàn)，如儲能電池技術尚處于跟跑、借鑒水平，急需實現突破，挖掘新的電池體系；政策法規(guī)較少，有效執(zhí)行的保障少；缺乏長久、有效的商業(yè)模式等。對此，提出以下建議：

1）國家各部委政策應統(tǒng)一協(xié)調，頂層設計，成體系推進，避免出現重復制定甚至互相沖突的條款。

2）應進一步探索合作機制和商業(yè)模式，加快實現跨行業(yè)、跨領域的應用數據資源融通帶動大、中、小、微企業(yè)融合發(fā)展；推動制造業(yè)與服務業(yè)深度融合和資源共享的扁平化、系統(tǒng)化、標準化、規(guī)范化平臺建設，以激發(fā)市場活力。

3）各省應結合具體情況，出臺相應的配套實施細則，確保實操性，政策應具有持續(xù)性、連貫性，確保產業(yè)鏈中的各環(huán)節(jié)持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展。