儲能技術分類及市場需求分析

董 舟，王 寧，李 凱，況 波，李江波，朱 青

（中國電建集團河北省電力勘測設計研究院有限公司，河北 石家莊 050031）

儲能主要是指電能的儲存，并通過某種介質或者設備，將各種形式的能量儲存起來，根據現場所要應用的形式，將特定的能量釋放出來的過程。儲能技術廣泛應用于智能電網建設的發電、輸電、配電、用電四大環節，也是發展可再生能源接入、分布式發電、微電網和電動汽車的必要支持技術。根據能量的具體形式，儲能可分為化學儲能、電磁儲能、物理儲能等。

1 儲能技術分類及應用特點

1.1 化學儲能

化學儲能主要是指電池儲能，其在儲能密度、儲能效率、儲放電速率等方面具有明顯優勢。化學儲能主要適用于新能源發電側平滑波動、調頻等快速響應的應用場景。目前適合電網規模化應用的電池技術主要有鉛酸電池、鋰電池、鈉硫電池和液流電池[1]。

（1）鉛酸電池。鉛酸電池具有儲能容量大、成本低、維護簡單等優點，但儲能密度低、自放電率高、循環壽命短、重金屬污染、深度放電對電池壽命影響較大。目前，鉛酸電池在備用電源領域應用規模最大，例如，在電力系統正常運行時提供斷路器開關電源，在電廠、變電站中起到獨立供電中斷的作用。

（2）鋰電池。相較于鉛酸蓄電池，鋰電池具有能量密度高、充放電效率高、安全性高的優點，可通過串聯或并聯獲得高電壓或高容量，但電池壽命仍有待提高。鋰電池各項關鍵技術的突破以及資源和環保方面的優勢，使得其在新能源汽車、新能源發電、智能電網、國防軍工等領域備受青睞。

（3）鈉硫電池。鈉硫電池具有能量密度高、充放電效率高、運行成本低、占地面積小、維護方便等優點。但放電深度和循環壽命有待提高，運行需要保持300℃的高溫環境，運行安全性還需要更多工作予以保障。鈉硫電池系統在平滑可再生能源發電功率輸出、削峰填谷、應急電源等領域已有應用。

（4）液流電池。液流電池具有高功率的輸出、能夠進行能量轉換，安全穩定的傳輸優點，可進行深度的放點與大電流放點過程，并無需進行特殊保護。液流電池適用于平抑新能源發電波動、輔助調峰、邊遠地區供電、工廠及辦公樓供電、不間斷電源場所等，主要包括鋅溴液流電池，氯化鋅液流電池和全釩液流電池等。

1.2 電磁儲能

電磁儲能主要包括超級電容器儲能和超導磁儲能，是功率型儲能技術。

（1）超級電容器。超級電容器具有循環效率高、充放電速度快、功率密度高、循環充放電次數多、工作溫度范圍廣等優點。它主要應用于電力系統中，具有時間短、功率負荷平滑、峰值電能質量高等優點。其制約因素主要是能量密度低、自放電率較高、成本較高。

（2）超導磁儲能。超導磁儲能是將通過變流器進入線圈的電能轉換為磁能進行儲存的一種儲能技術，在進行轉換電能時，功率輸送無需進行能源的形式轉換，其響應的速度為ms級，轉換與循環的效率較高，具有較大的功率密度和比容量。

1.3 物理儲能

物理儲能主要包括抽水蓄能、飛輪儲能和壓縮空氣儲能等。

（1）抽水蓄能。抽水蓄能是目前最成熟、建設規模最大的蓄能方式。其主要應用領域包括系統的峰值負荷調節、調頻、相位調制、應急備用、黑啟動和后備容量。進一步提高整體經濟,高水頭抽水蓄能機組,高速度、大容量發展方向，未來的重點將基于振動和空蝕、變形、止水以及磁性的研究，側重于操作的可靠性和穩定性，水量不大，使用連續供電的質量要求較高的速度控制單元，實現自動頻率控制[2]。

（2）飛輪儲能。飛輪儲能技術比較成熟，具有可長期循環使用、壽命長、幾乎不受充放電次數限制、安裝維護方便、對環境無危害的優點。飛輪儲能技術既可以提供有功和無功功率，又可以從配網中吸收有功和無功功率，適合應用于配電網的電能質量控制，負荷跟蹤性好，能自動調節自身運行狀態，實時控制配電網電能質量，但其容量通常在5kW~1.5MW之間，遠遠低于抽水蓄能和壓縮空氣儲能的容量。

（3）壓縮空氣儲能。壓縮空氣儲能屬于能量型規模化電網儲能技術，具有儲能容量大、存儲時間長、建設周期較短、壽命長且無污染等優點，可用于削峰填谷、平抑可再生能源間歇性和參與電網二次調頻等[3]。壓縮空氣儲能裝機容量可達數百兆瓦，規模僅次于抽水蓄能，且技術較為成熟，其響應時間等特性適用于電網調峰，便于開展大規模的商業化應用。

1.4 儲能技術性能對比

目前，沒有一種儲能技術能夠同時滿足能量密度、功率密度、儲能效率、使用壽命、環境、成本等大規模應用的要求。不同的儲能技術具有不同的性能特點，也決定了其不同的電網應用場景。各種儲能技術關鍵性指標對比見表1。

2 儲能產業現狀簡介

根據國際能源署（IRENA）數據，到2017年中，全球儲能的累計裝機為176GW。其中，抽水蓄能裝機容量169GW、占全球電力儲能總裝機的96%,蓄熱儲能裝機容量3.3GW、占全球電力儲能總裝機的1.9%，電化學儲能裝機容量1.9GW、占全球電力儲能總裝機的1.1%，機械儲能（飛輪儲能和壓縮空氣儲能）總裝機容量1.6GW、占全球總裝機容量的0.9%。同時期，我國可統計儲能總裝機為28.9GW，約占全球電力儲能總裝機的16.4%，主要為抽水蓄能和電化學儲能，其中抽水蓄能裝機量占比接近99%[4]。

表1 各種儲能技術關鍵性能指標對比

3 儲能市場需求分析

截止2017年底，我國風力發電總裝機容量為164GW，太陽能發電總裝機容量為130.25GW。根據《中國可再生能源發展路線圖2050》研究報告，中國的風能資源潛力在3000GW左右，但風、光可再生能源的發電特性受到自然條件的約束，特點為間歇性發電和不穩定性發電。

在一天時間內，客戶端用電不穩定，電力負荷受白天高峰和夜間低谷的周期性變化影響，負荷峰谷差高達發電量的30%~40%，給發電和調度帶來困難。建立調峰電站和大規模、運行經濟、響應迅速的儲能系統，將非峰功率轉化為峰功率，是實現發電與用電解耦和負荷調節的有效途徑。

4 結語

隨著電力需求和生產的不斷增長，電網負荷的峰谷差不斷擴大。電力蓄能系統迫切需要與之相匹配，平滑電力負荷，提高設備運行效率和經濟性。此外，儲能系統可以“拼接”間歇性可再生能源，提高電力系統的穩定性，從而解決可再生能源發展的瓶頸問題。本文通過對各類儲能技術特性和市場需求分析，闡明了儲能產業在電力建設中的重要作用和巨大發展前景，我們應進一步加大相關技術研究，切實推進其產業化應用，使其在未來智能電網、可再生能源接入、分布式發電、微網以及電動汽車發展中發揮其重要作用。