儲能產業技術路線分析

趙玉吉

摘? ?要：近年來隨著電網對系統靈活性、經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業的大力發展，儲能技術在電網及能源方面的應用也越來越廣泛，從而得到了快速發展，該文首先對儲能產業進行了概述，對目前國內外各儲能技術路線進行整理和分析，指出先進的儲能技術及儲能產業未來的發展趨勢，最后提出現階段儲能產業存在的問題。

關鍵詞：儲能;新能源;電儲技術

中圖分類號：TK015? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 儲能產業概述

國際能源署（IEA）發布的《2015世界能源展望》預計到2030年，全球可再生能源發電量占全球總發電量的比例有望提升到33%，而儲能技術是解決可再生能源間歇性和不穩定性、安全性、經濟性、提高常規電力系統和區域能源系統效率最重要的保障。自2012年-2016年，全球投運的電化學儲能項目年復合增長率為32%，預測到2020年我國儲能項目市場規模將達到1 000億元，儲能產業將得到快速發展。

1 儲能技術發展路線

1.1 電儲技術-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為變速抽水蓄能、海水抽水蓄能和小型化抽水蓄能技術等。國外以日本河內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還處于起步階段，與國外技術存在較大距離。我國海水抽蓄、小型化抽蓄技術還處于攻關中。

1.2 電儲技術-壓縮空氣儲能

壓縮空氣儲能主要用于峰谷電能回收調節、平衡負荷、分布式儲能和發電系統備用等。德國、美國已有商業運營電站，我國在新型壓縮空氣儲能技術研究方面與國際同步，并且部分技術領先。國內已有院所實現1.5 MW級超臨界壓縮空氣儲能系統的示范運行，目前正在開展10 MW～100 MW系統研發。壓縮空氣儲能主要前沿技術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等。

1.3 電儲技術-飛輪儲能

飛輪儲能具有儲能密度較高、充放電次數與充放電深度無關、能量轉換效率高、可靠性高、易維護、使用環境要求低、無污染等優點，適合電網調頻、電網安全穩定控制、電能質量治理以及不間斷電源等方面應用。美國的飛輪儲能技術處于領先地位，我國這方面的理論和應用研究與國際先進水平差距較大。飛輪儲能前沿技術為儲能陣列與大型發電機組協調運行控制和基于軸向磁通永磁電機的新型飛輪儲能系統技術等。

1.4 電儲技術-鉛酸電池

鉛酸電池技術比較成熟，是小型風電、光伏以及應急電源的常用儲能設備。近年來，鉛酸電池技術不斷向大容量儲能發展。我國鉛酸電池技術與國際水平有一定差距，目前國內大型儲能電站很少，典型的是“西藏尼瑪縣可再生能源局域網工程”鉛炭電池儲能系統。鉛酸電池前沿技術為超級鉛酸電池和鉛炭電池技術等。

1.5 電儲技術-鋰離子電池

鋰離子電池多用于電動汽車、系統穩定及新能源接入等。鋰離子電池因比能量/比功率高、壽命長、充放電速度快、反應靈敏、轉換效率高等特點被視為最具有競爭力的化學儲能技術之一。鋰離子電池前沿技術為聚合物離子液態鋰電池、全固態鋰電池和鋰-空氣電池技術等。

1.6 電儲技術-鈉硫電池

鈉硫電池應用涵蓋消峰填谷、可再生能源輸出穩定、電動汽車應急電源、電能質量改善等。日本在全球鈉硫電池領域處于絕對領先地位，國內已在建設鈉硫電池儲能電站示范工程。鈉硫電池前沿技術為高質量陶瓷管和抗腐蝕電極材料技術等。

1.7 電儲技術-液流電池

液流電池主要應用于備用電源、電動汽車和規模儲能等。美國、日本及歐洲各國均布局液流電流技術的研究和應用示范，國內開展了全釩液流電池儲能系統的示范。液流電池前沿技術主要有全釩液流電池、鋅溴液流電池和鋰液流電池技術等。

1.8 電儲技術-超導磁儲能

超導磁儲能主要解決了電網暫停穩定性問題，適用于輸配電穩定、頻率調節、震蕩抑制等。在美國、日本和歐洲等地得到初步應用，目前國內外超導磁儲能研發差距并不明顯，我國研制了儲能高溫超導磁儲能系統樣機。超導磁儲能主要前沿技術有高效低溫制冷和功率變換調節技術等。

1.9 電儲技術-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公司開發出4 MW的超級電容器儲能裝置，西門子開發出儲能容量達到21 MJ/5.7 Wh、最大功率1 MW的超級電容器裝置，國內也陸續出現超級電容器的示范項目。超級電容器前沿技術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等。

1.10 儲熱技術

顯熱儲熱中熔融鹽儲熱是目前光熱發電方面的主要技術，其主要應用于中控德令哈熔融鹽太陽能熱電站。潛熱儲能技術趨于成熟，多用于建筑儲能或參與電網調峰。熱化學儲熱技術目前還不成熟，國內相關研究剛剛起步。儲熱技術前沿技術主要有復合混凝土、陶瓷球、熔融鹽高溫顯熱儲熱、納微復合材料相變儲熱、中低溫熱化學吸附儲熱以及中高溫熱化學反應儲熱等。

1.11 儲氫能技術

儲氫能核心技術包括制氫、儲氫、用氫、焦膜電極、雙極板、高壓儲氫瓶、增壓機等關鍵技術。我國氫能源的發展在一些關鍵核心技術方面仍然存在技術短板，象電驅動系統、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設施的建設。

2 儲能技術發展趨勢

儲能未來的應用趨勢主要集中在可再生能源發電、微電網和智能電網中，以后主要發展趨勢有：

（1）在集中式儲能方面，還應大力發展抽蓄技術。

（2）現階段成本過高是儲能技術大規模推廣運用的最大瓶頸，應提高轉換效率和降低成本。

（3）多種儲能元件的組合或電網常規手段的組合應用是儲能發展方向。

（4）開發先進的、適應性強的電池管理系統（BMS）是今后發展的方向，建立電池管理系統、虛擬發電系統以及配電網的能量管理系統將會融合成一個體系。

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

3 存在問題

能源行業的發展目標已從“數量至上”轉變為“提質增效”，而儲能技術對于新能源消納、微電網、電動汽車和電網調頻等領域具有重要意義。目前我國大部分儲能項目仍處于示范階段，沒有一種儲能技術在市場上占據絕對優勢，能實現盈利的項目少之又少，儲能行業想要取得長足發展，實現規?；⑸虡I化，需要解決經濟性、政策性和技術性三方面問題。經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，技術方面要解決安全性問題。儲能產業也要不斷拓寬其商業模式，將當前主要在用戶側的儲能應用拓展到調峰調頻、風光儲多能互補、輸配電擴容、智能電網和分布式微網等更多領域。

參考文獻

[1]周學志，徐玉杰，譚雅倩，等.小型抽水蓄能技術發展現狀及應用前景[J].中外能源，2017，22（8）：87-93.

[2]汪翔，陳海生，徐玉杰，等.儲熱技術研究進展與趨勢[J].科學通報，2017，62（15）：1602-1610.

[3]胡澤春，丁華杰，宋永華，等.能源互聯網背景下儲能應用的研究現狀與展望[J].電力建設，2016，37（8）：8-17.