國(guó)內(nèi)儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展

錢伯章

（金秋石化科技傳播工作室，上海 200127）

2013年，我國(guó)儲(chǔ)能技術(shù)不斷實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用突破［1－2］。

1）全釩液流電池儲(chǔ)能技術(shù)處于國(guó)際領(lǐng)先水平，2013年成功并網(wǎng)運(yùn)行的國(guó)電龍?jiān)磁P牛石風(fēng)電場(chǎng)大連融科5 MW／10 MWh全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。

2）鋰離子電池是國(guó)內(nèi)儲(chǔ)能領(lǐng)域應(yīng)用較廣的技術(shù)，尤其是磷酸鐵鋰電池，在發(fā)電系統(tǒng)以及電動(dòng)汽車領(lǐng)域均有較多的應(yīng)用。電動(dòng)汽車領(lǐng)域作為近年來(lái)鋰離子電池的應(yīng)用熱點(diǎn)領(lǐng)域，各種相關(guān)利好政策已經(jīng)對(duì)市場(chǎng)釋放出積極信號(hào)，吸引著相關(guān)知名企業(yè)的參與和關(guān)注。

3）鉛蓄電池型號(hào)及類別較多，鉛碳電池、超級(jí)鉛酸電池和水平鉛布電池等在儲(chǔ)能密度和循環(huán)壽命上都有所突破，鉛蓄電池的項(xiàng)目主要用于建設(shè)海島微網(wǎng)以及解決西藏等多個(gè)無(wú)電人口的用電問(wèn)題。

4）壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)也取得重要突破。國(guó)際首臺(tái)1.5 MW超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能示范裝置通過(guò)驗(yàn)收，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到或超過(guò)預(yù)定目標(biāo)。

總的來(lái)說(shuō)，經(jīng)過(guò)多年產(chǎn)、學(xué)、研，用（戶）緊密合作，各類儲(chǔ)能技術(shù)不斷實(shí)現(xiàn)突破，未來(lái)成本更低、性能更好的儲(chǔ)能技術(shù)將越來(lái)越多的應(yīng)用到不同領(lǐng)域，但短時(shí)期內(nèi)還將存在“多種儲(chǔ)能技術(shù)并存，共同發(fā)展”的格局。

目前，儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展方向主要體現(xiàn)大容量?jī)?chǔ)能技術(shù)，開發(fā)高效而實(shí)用的儲(chǔ)能電池，如全釩液流儲(chǔ)能電池（VRB），他與傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池、鎳氫電池相比，具有功率大、壽命長(zhǎng)達(dá)15年以上、價(jià)格低、可靠性高、操作和維修費(fèi)用少、綠色無(wú)污染等明顯優(yōu)勢(shì)，并能支持頻繁大電流充放電；可廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能、風(fēng)能發(fā)電裝置配套儲(chǔ)能設(shè)備，也可用于再生能源并網(wǎng)發(fā)電、城市電網(wǎng)儲(chǔ)能、遠(yuǎn)程供電、UPS系統(tǒng)等領(lǐng)域。

在支持發(fā)展和促進(jìn)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策方面，近年來(lái)，中國(guó)對(duì)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的關(guān)注度明顯提升，儲(chǔ)能已寫入了“十二五”規(guī)劃，并提出要加強(qiáng)儲(chǔ)能先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用；在智能電網(wǎng)規(guī)劃的6個(gè)方面中有3個(gè)方面提到了儲(chǔ)能應(yīng)用。各地陸續(xù)也出臺(tái)了一些鼓勵(lì)儲(chǔ)能應(yīng)用的政策，上海提出聚焦鋰電池、鈉硫電池和液流電池等領(lǐng)域，支持2～3家發(fā)電潛力大的企業(yè)發(fā)展儲(chǔ)能業(yè)務(wù)；湖南省規(guī)劃了具體的儲(chǔ)能發(fā)展目標(biāo)，重點(diǎn)支持全釩液流電池，明確指出“十二五”期間建設(shè)儲(chǔ)能變電站500個(gè)；另外，河南、湖北、四川也都有各自重點(diǎn)發(fā)展的儲(chǔ)能方向。

1 各種儲(chǔ)能技術(shù)的主要特點(diǎn)

儲(chǔ)能是智能電網(wǎng)、可再生能源接入、分布式發(fā)電、微網(wǎng)以及電動(dòng)汽車發(fā)展不可或缺的支撐環(huán)節(jié)。目前已經(jīng)探索和開發(fā)了多種形式的電能儲(chǔ)能方式，分為物理儲(chǔ)能、化學(xué)儲(chǔ)能以及其他儲(chǔ)能三大類。各種儲(chǔ)能技術(shù)的特點(diǎn)如表1所示。

根據(jù)各種儲(chǔ)能技術(shù)的特點(diǎn)，抽水儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能和電化學(xué)電池儲(chǔ)能適合于系統(tǒng)調(diào)峰、大型應(yīng)急電源、可再生能源接入等大規(guī)模、大容量的應(yīng)用場(chǎng)合，而超導(dǎo)、飛輪及超級(jí)電容器儲(chǔ)能適合于需要提供短時(shí)較大的脈沖功率場(chǎng)合，如應(yīng)對(duì)電壓暫降和瞬時(shí)停電、提高用戶的用電質(zhì)量，抑制電力系統(tǒng)低頻振蕩、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性等。電化學(xué)儲(chǔ)能電池由于具有可模塊化組裝、能源轉(zhuǎn)換效率較高等優(yōu)勢(shì)，正成為儲(chǔ)能家族的重要一員，有代表性的儲(chǔ)能電池有鋰離子電池、鈉硫電池、全釩液流電池等。

各種儲(chǔ)能技術(shù)由于在能量密度和功率密度方面均有不同的表現(xiàn)，而電力系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用也提出了不同的技術(shù)要求，但很少有一種儲(chǔ)能技術(shù)可以完全勝任電力系統(tǒng)中的各種應(yīng)用。因此，電力系統(tǒng)在應(yīng)用時(shí)必須兼顧雙方需求，選擇匹配的儲(chǔ)能方式與電力應(yīng)用。

2 儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展

鉛炭電池、鋰離子電池和液流電池是新能源儲(chǔ)能電池的三大發(fā)展方向［3－6］。鋰電池、液流電池成本相對(duì)較高，鉛炭電池成本相對(duì)低廉。普通鉛酸電池具有低成本優(yōu)勢(shì)，但循環(huán)壽命短。鉛炭電池由于加入了活性炭，阻止了負(fù)極硫酸鹽化現(xiàn)象，延長(zhǎng)了電池壽命。鉛炭電池兼具鉛酸電池和超級(jí)電容器的特性，具有瞬間大容量充電的優(yōu)點(diǎn)。其充電時(shí)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(guó)內(nèi)有多家企業(yè)都在研制、開發(fā)和應(yīng)用這些新能源儲(chǔ)能電池，且一些企業(yè)已有突破，取得了階段性成果。

2.1 全釩液流儲(chǔ)能電池

全釩液流儲(chǔ)能電池（VFB）與風(fēng)電、光伏電組合成離網(wǎng)或微電網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，對(duì)于孤島、離網(wǎng)的邊遠(yuǎn)地區(qū)來(lái)說(shuō)，是最佳綠色能源組合。我國(guó)風(fēng)電、光伏發(fā)電投資巨大，如果真正解決儲(chǔ)能問(wèn)題，讓發(fā)出的電最大限量的上網(wǎng)，將給企業(yè)和國(guó)家?guī)?lái)巨大的效益，同時(shí)化學(xué)大容量?jī)?chǔ)能電池也將成為一個(gè)新興的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)。

表1 各種儲(chǔ)能技術(shù)的特點(diǎn)

VFB的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是高性能離子膜，目前在國(guó)內(nèi)有多家企業(yè)都在開發(fā)低成本、具有更高的能量效率的離子膜產(chǎn)品，可望在“十二五”期間實(shí)現(xiàn)大容量全釩液流儲(chǔ)能電池的規(guī)模化生產(chǎn)。

1）在非氟離子交換膜等關(guān)鍵核心材料實(shí)現(xiàn)突破的前提下，國(guó)內(nèi)有中科院大連化物所（以下簡(jiǎn)稱大化所）自主研發(fā)的2k W全釩液流儲(chǔ)能電池已成功實(shí)現(xiàn)10 000次以上的充／放電循環(huán)，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(guó)產(chǎn)非氟高分子聚合物研制成功了釩電池用離子膜，可替代進(jìn)口的專用離子膜，投入運(yùn)行國(guó)內(nèi)首臺(tái)5～10 k W高性能全釩液流儲(chǔ)能電池（VRB）樣機(jī)，其儲(chǔ)能效率達(dá)到70%。

2）22 k W全釩液流儲(chǔ)能電池電堆技術(shù)。由若干個(gè)串聯(lián)的全釩液流單電池構(gòu)成，電池堆外設(shè)置有正電解液儲(chǔ)液罐和負(fù)電解液儲(chǔ)液罐，正電解液儲(chǔ)液罐和負(fù)電解液儲(chǔ)液罐分別通過(guò)正進(jìn)液管路和負(fù)進(jìn)液管路向單電池輸入電解液，保證電池堆安全穩(wěn)定地運(yùn)行，達(dá)到理想的電池性能。

在全釩液流儲(chǔ)能電池系統(tǒng)的應(yīng)用方面：

1）大連融科儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展有限公司提供的200 k W／800 k Wh全釩液流儲(chǔ)能電池系統(tǒng)，2012年6月下旬接入可再生能源智能微網(wǎng)，成功并網(wǎng)運(yùn)行。該套系統(tǒng)具有自動(dòng)化監(jiān)控、精確在線容量監(jiān)測(cè)、智能化運(yùn)行等特點(diǎn)，與能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和微網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)配合，可實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)系統(tǒng)并網(wǎng)／孤網(wǎng)智能化運(yùn)行，平抑新能源發(fā)電的不連續(xù)、不穩(wěn)定性，提高供電的穩(wěn)定可靠性、改善電能質(zhì)量等。

2）國(guó)電龍?jiān)? MW／10 MW時(shí)儲(chǔ)能電池系統(tǒng)工程，是迄今為止全球最大規(guī)模的全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用示范工程。該儲(chǔ)能電池系統(tǒng)工程將與國(guó)電龍?jiān)磁P牛石50 MW風(fēng)電場(chǎng)配套，實(shí)現(xiàn)跟蹤計(jì)劃發(fā)電、平滑輸出、提高電網(wǎng)對(duì)可再生能源發(fā)電的接納能力。該液流電池系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，單個(gè)電堆的額定輸出功率為22 k W，由16個(gè)22 k W電堆組成352 k W的單元模塊系統(tǒng)，再由352 k W的單元模塊系統(tǒng)構(gòu)建5 MW液流儲(chǔ)能電池系統(tǒng)。

2.2 其他電池儲(chǔ)能技術(shù)

1）2013年6月，南都電源公司通過(guò)大幅提高鉛酸電池循環(huán)壽命及高倍率充放電等特性，實(shí)現(xiàn)了鉛酸電池技術(shù)的重大突破，該技術(shù)成果成功用于新能源存儲(chǔ)應(yīng)用的2V-REX系列鉛炭電池，以及混合動(dòng)力應(yīng)用的12V系列鉛炭電池的開發(fā)。

2）用于儲(chǔ)能系統(tǒng)的鈉硫電池和液流電池已經(jīng)得到應(yīng)用。國(guó)內(nèi)鈉硫電池的主要開發(fā)者是上海市電力公司和中科院上海硅酸鹽研究所，其產(chǎn)業(yè)化目標(biāo)分三階段進(jìn)行：第一階段將加大原鈉硫中試基地已開展的各項(xiàng)科研攻關(guān)力度，提高單體電池性能；第二階段規(guī)劃貫通具備5～10 MW級(jí)生產(chǎn)能力的產(chǎn)品中試線，配合國(guó)家、上海市的示范項(xiàng)目，建立兆瓦級(jí)儲(chǔ)能示范電站；第三階段是貫通50 MW生產(chǎn)線，達(dá)到產(chǎn)業(yè)化目標(biāo)。目前國(guó)內(nèi)液流電池主要供應(yīng)商是普能公司，全球液流電池領(lǐng)先企業(yè)加拿大VRB公司已被其收購(gòu)。國(guó)內(nèi)大連融科、上海神力等公司目前也在研發(fā)生產(chǎn)液流儲(chǔ)能系統(tǒng)產(chǎn)品。

4）作為風(fēng)電和光伏發(fā)電以及智能電網(wǎng)重要組成部分的儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用方面，2011年12月，國(guó)家風(fēng)光儲(chǔ)輸示范項(xiàng)目一期工程在河北省張北縣投運(yùn)。該示范項(xiàng)目?jī)?chǔ)能系統(tǒng)由5套組成，其中1套為液流電池系統(tǒng)，規(guī)格為2 MW×4 h，另外4套為磷酸鐵鋰電池系統(tǒng)。這標(biāo)志著國(guó)內(nèi)儲(chǔ)能系統(tǒng)已出現(xiàn)由磷酸鐵鋰電池與鈉硫電池、液流電池并列的儲(chǔ)能電池主流解決方案。

3 儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用中存在的缺失

作為可再生能源發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，剛剛起步的我國(guó)儲(chǔ)能應(yīng)用存在4個(gè)缺失［7－8］：

1）技術(shù)缺失，國(guó)內(nèi)僅對(duì)電池技術(shù)有所研究，對(duì)其他載體的研究不夠，僅對(duì)材料和單一裝置有所研究，對(duì)系統(tǒng)應(yīng)用和管理的研究不夠，沒(méi)有或少有針對(duì)整個(gè)產(chǎn)業(yè)的一攬子解決方案，技術(shù)路線尚不清晰；

2）標(biāo)準(zhǔn)缺失，個(gè)別產(chǎn)品有標(biāo)準(zhǔn)，但整個(gè)產(chǎn)業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化體系尚未建立，更談不上根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)和認(rèn)證；

3）應(yīng)用示范項(xiàng)目缺失；

4）政策缺失，儲(chǔ)能作為可再生能源應(yīng)用的重要輔助環(huán)節(jié)，所受重視程度不足，尚沒(méi)有專門的規(guī)劃。

4 結(jié)語(yǔ)

儲(chǔ)能是智能電網(wǎng)、可再生能源接入、分布式發(fā)電、微網(wǎng)以及電動(dòng)汽車發(fā)展不可或缺的支撐環(huán)節(jié)，我國(guó)風(fēng)能、太陽(yáng)能發(fā)電等新能源發(fā)電技術(shù)應(yīng)用已走在世界前列，但在風(fēng)電、光伏發(fā)電等領(lǐng)域，由于缺少化學(xué)大容量?jī)?chǔ)能電池等儲(chǔ)能技術(shù)的支持，應(yīng)用受到制約。

本文分析了我國(guó)儲(chǔ)能技術(shù)在發(fā)展中存在的主要問(wèn)題、發(fā)展方向與政策支持，雖然各類儲(chǔ)能技術(shù)不斷實(shí)現(xiàn)突破，但短時(shí)期內(nèi)還將存在“多種儲(chǔ)能技術(shù)并存，共同發(fā)展”的格局，重點(diǎn)介紹了目前國(guó)內(nèi)多家企業(yè)研制開發(fā)和應(yīng)用這些新能源儲(chǔ)能電池的進(jìn)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.