儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線分析

趙玉吉

摘? ?要：近年來隨著電網(wǎng)對系統(tǒng)靈活性、經(jīng)濟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，儲能技術(shù)在電網(wǎng)及能源方面的應(yīng)用也越來越廣泛，從而得到了快速發(fā)展，該文首先對儲能產(chǎn)業(yè)進行了概述，對目前國內(nèi)外各儲能技術(shù)路線進行整理和分析，指出先進的儲能技術(shù)及儲能產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展趨勢，最后提出現(xiàn)階段儲能產(chǎn)業(yè)存在的問題。

關(guān)鍵詞：儲能;新能源;電儲技術(shù)

中圖分類號：TK015? ? ? ? ? 文獻標(biāo)志碼：A

0 儲能產(chǎn)業(yè)概述

國際能源署（IEA）發(fā)布的《2015世界能源展望》預(yù)計到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，全球投運的電化學(xué)儲能項目年復(fù)合增長率為32%，預(yù)測到2020年我國儲能項目市場規(guī)模將達到1 000億元，儲能產(chǎn)業(yè)將得到快速發(fā)展。

1 儲能技術(shù)發(fā)展路線

1.1 電儲技術(shù)-抽水蓄能

全球累計運行的儲能項目中抽水蓄能占比最大，約占全球96.4%。我國抽水蓄能技術(shù)起步較晚但起點較高，2016年抽水蓄能裝機量已躍居第一，日本和美國次之，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。國外以日本河內(nèi)400 MW電站機組為代表的變速抽水蓄能機組項目較多，而我國變速抽水蓄能技術(shù)還處于起步階段，與國外技術(shù)存在較大距離。我國海水抽蓄、小型化抽蓄技術(shù)還處于攻關(guān)中。

1.2 電儲技術(shù)-壓縮空氣儲能

壓縮空氣儲能主要用于峰谷電能回收調(diào)節(jié)、平衡負荷、分布式儲能和發(fā)電系統(tǒng)備用等。德國、美國已有商業(yè)運營電站，我國在新型壓縮空氣儲能技術(shù)研究方面與國際同步，并且部分技術(shù)領(lǐng)先。國內(nèi)已有院所實現(xiàn)1.5 MW級超臨界壓縮空氣儲能系統(tǒng)的示范運行，目前正在開展10 MW～100 MW系統(tǒng)研發(fā)。壓縮空氣儲能主要前沿技術(shù)為等溫壓縮空氣儲能、先進絕熱壓縮空氣儲能和超臨界壓縮空氣儲能技術(shù)等。

1.3 電儲技術(shù)-飛輪儲能

飛輪儲能具有儲能密度較高、充放電次數(shù)與充放電深度無關(guān)、能量轉(zhuǎn)換效率高、可靠性高、易維護、使用環(huán)境要求低、無污染等優(yōu)點，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。美國的飛輪儲能技術(shù)處于領(lǐng)先地位，我國這方面的理論和應(yīng)用研究與國際先進水平差距較大。飛輪儲能前沿技術(shù)為儲能陣列與大型發(fā)電機組協(xié)調(diào)運行控制和基于軸向磁通永磁電機的新型飛輪儲能系統(tǒng)技術(shù)等。

1.4 電儲技術(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)急電源的常用儲能設(shè)備。近年來，鉛酸電池技術(shù)不斷向大容量儲能發(fā)展。我國鉛酸電池技術(shù)與國際水平有一定差距，目前國內(nèi)大型儲能電站很少，典型的是“西藏尼瑪縣可再生能源局域網(wǎng)工程”鉛炭電池儲能系統(tǒng)。鉛酸電池前沿技術(shù)為超級鉛酸電池和鉛炭電池技術(shù)等。

1.5 電儲技術(shù)-鋰離子電池

鋰離子電池多用于電動汽車、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、充放電速度快、反應(yīng)靈敏、轉(zhuǎn)換效率高等特點被視為最具有競爭力的化學(xué)儲能技術(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)域處于絕對領(lǐng)先地位，國內(nèi)已在建設(shè)鈉硫電池儲能電站示范工程。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 電儲技術(shù)-液流電池

液流電池主要應(yīng)用于備用電源、電動汽車和規(guī)模儲能等。美國、日本及歐洲各國均布局液流電流技術(shù)的研究和應(yīng)用示范，國內(nèi)開展了全釩液流電池儲能系統(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 電儲技術(shù)-超導(dǎo)磁儲能

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

1.9 電儲技術(shù)-超級電容器

超級電容器適合于需要提供短時較大的脈沖功率場合。ABB公司開發(fā)出4 MW的超級電容器儲能裝置，西門子開發(fā)出儲能容量達到21 MJ/5.7 Wh、最大功率1 MW的超級電容器裝置，國內(nèi)也陸續(xù)出現(xiàn)超級電容器的示范項目。超級電容器前沿技術(shù)為石墨烯基超級電容器、鋰離子超級電容器和超級電容封裝和模塊化技術(shù)等。

1.10 儲熱技術(shù)

顯熱儲熱中熔融鹽儲熱是目前光熱發(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能熱電站。潛熱儲能技術(shù)趨于成熟，多用于建筑儲能或參與電網(wǎng)調(diào)峰。熱化學(xué)儲熱技術(shù)目前還不成熟，國內(nèi)相關(guān)研究剛剛起步。儲熱技術(shù)前沿技術(shù)主要有復(fù)合混凝土、陶瓷球、熔融鹽高溫顯熱儲熱、納微復(fù)合材料相變儲熱、中低溫?zé)峄瘜W(xué)吸附儲熱以及中高溫?zé)峄瘜W(xué)反應(yīng)儲熱等。

1.11 儲氫能技術(shù)

儲氫能核心技術(shù)包括制氫、儲氫、用氫、焦膜電極、雙極板、高壓儲氫瓶、增壓機等關(guān)鍵技術(shù)。我國氫能源的發(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)動系統(tǒng)、高速軸承、電堆水平等方面。未來將推進氫燃料電池工程化及基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。

2 儲能技術(shù)發(fā)展趨勢

儲能未來的應(yīng)用趨勢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)展趨勢有：

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

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

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

（4）開發(fā)先進的、適應(yīng)性強的電池管理系統(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)將會融合成一個體系。

（5）隨著電動汽車數(shù)量的不斷增加，電動汽車中上的儲能電池對電網(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，遠期儲能技術(shù)的市場看好，應(yīng)探索在氫和合成天然氣方面的應(yīng)用。

3 存在問題

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”，而儲能技術(shù)對于新能源消納、微電網(wǎng)、電動汽車和電網(wǎng)調(diào)頻等領(lǐng)域具有重要意義。目前我國大部分儲能項目仍處于示范階段，沒有一種儲能技術(shù)在市場上占據(jù)絕對優(yōu)勢，能實現(xiàn)盈利的項目少之又少，儲能行業(yè)想要取得長足發(fā)展，實現(xiàn)規(guī)模化、商業(yè)化，需要解決經(jīng)濟性、政策性和技術(shù)性三方面問題。經(jīng)濟方面要解決盈利能力不強的問題，政策方面要明確市場化機制和價格，技術(shù)方面要解決安全性問題。儲能產(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)的儲能應(yīng)用拓展到調(diào)峰調(diào)頻、風(fēng)光儲多能互補、輸配電擴容、智能電網(wǎng)和分布式微網(wǎng)等更多領(lǐng)域。

參考文獻

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