儲能技術(shù)——可再生能源發(fā)展的關(guān)鍵

本刊記者 ■ 安麗珍

隨著全球可再生能源的普及應(yīng)用、電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及智能電網(wǎng)的建設(shè)，各種儲能技術(shù)成為促進能源發(fā)展的熱點之一。儲能作為未來電網(wǎng)不可或缺的關(guān)鍵組成部分，將面臨著巨大挑戰(zhàn)和前所未有的發(fā)展機遇。

在“新能源動力與儲能”分論壇上，原本僅能容納100人的小會場被擠爆，將近200人次參加并認真聆聽了本次論壇的相關(guān)議題。論壇內(nèi)容涉及全球儲能產(chǎn)業(yè)政策及儲能技術(shù)(釩電池、壓縮空氣儲能、飛輪儲能和超級電容器)，現(xiàn)場討論十分熱烈。此次論壇將進一步促進儲能技術(shù)的發(fā)展。

儲能產(chǎn)業(yè)面臨的挑戰(zhàn)

風能、太陽能發(fā)電具有隨機性、波動性問題，如何穩(wěn)定可靠地并入電網(wǎng)，并與風電、光電組成離網(wǎng)綠色電力系統(tǒng)，儲能技術(shù)便是為智能電網(wǎng)的建設(shè)提供的有力保障。歐洲能源委員會指出：“一部分傳統(tǒng)火電站將被分布式發(fā)電、可再生能源需求管理系統(tǒng)及儲能所代替”。儲能將成為未來智能電網(wǎng)的一個必要的組成部分。

全國工商聯(lián)新能源商會儲能專業(yè)委員會秘書長林朔表示，儲能作為未來智能電網(wǎng)主要技術(shù)瓶頸之一，其產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在三方面的挑戰(zhàn)。

第一，經(jīng)濟性挑戰(zhàn)。經(jīng)濟性將成為各種技術(shù)派選擇的關(guān)鍵問題。由于不同應(yīng)用場合對產(chǎn)品的性能、壽命、可靠性要求不同，對關(guān)鍵材料的規(guī)格要求也不同，進而存在成本制約。制造工藝的復(fù)雜性將增加成本下降的難度。此外，低能量轉(zhuǎn)換效率會提高用戶的運營成本，降低客戶使用價值。關(guān)鍵材料、制造工藝和能量轉(zhuǎn)化效率是各種技術(shù)面臨的共同挑戰(zhàn)，但針對具體的應(yīng)用場景，各種技術(shù)面對的挑戰(zhàn)不盡相同。

第二，應(yīng)用挑戰(zhàn)。儲能在電力系統(tǒng)的應(yīng)用時間短。電力行業(yè)對產(chǎn)品可靠性要求高，傳統(tǒng)上至少需要5年以上的實地可靠性測試和試用才能通過電力用戶的最低標準，導致產(chǎn)品規(guī)模生產(chǎn)前定型周期長。儲能產(chǎn)品的方案設(shè)計成熟度、可靠性與一定的規(guī)?；苯酉嚓P(guān)。電力行業(yè)的這種情況使得儲能技術(shù)產(chǎn)業(yè)化道路漫長。

第三，政策機制挑戰(zhàn)。針對儲能的政策出臺有難度。由于發(fā)電、輸電、配電和用電均能從儲能的應(yīng)用中受益，因此政策針對哪一方出臺機制尚沒有明確結(jié)論。另外應(yīng)用場景的不同會對以上各方帶來受益的較大差異，儲能的經(jīng)濟價值難以計算。

儲能可削峰填谷，節(jié)約能源；有利于促進可再生能源的大規(guī)模應(yīng)用；有利于提高電網(wǎng)效率，減少或延緩電力建設(shè)的投資；提高突發(fā)事故的應(yīng)對能力，保證電力系統(tǒng)安全運行。儲能是未來電網(wǎng)不可或缺的關(guān)鍵組成部分。但如何選擇適用的儲能技術(shù)、如何在電力系統(tǒng)中進行規(guī)模應(yīng)用、如何建立行業(yè)機制都是確定儲能產(chǎn)業(yè)政策需要考慮的核心問題。

儲能產(chǎn)業(yè)需與政策對接

美國和日本作為規(guī)模儲能產(chǎn)業(yè)的全球領(lǐng)跑者，在一二十年前就已出臺一系列政策促進其儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。主要手段包括持續(xù)投入多種儲能技術(shù)的基礎(chǔ)研發(fā)、通過直接資金支持重點儲能企業(yè)的發(fā)展、通過示范項目論證儲能系統(tǒng)在實際應(yīng)用中的效果、通過財政補貼對使用儲能技術(shù)的用戶方進行鼓勵等。

從國外的經(jīng)驗看，政策對于儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。中國在儲能產(chǎn)業(yè)化的領(lǐng)域剛起步，繼2010年《可再生能源法修正案》中第一次提到儲能的發(fā)展后，地方政府陸續(xù)出臺了儲能相關(guān)政策。但主要還在指導層面支持產(chǎn)業(yè)的示范項目，沒有針對產(chǎn)業(yè)機制的方案。國內(nèi)儲能產(chǎn)業(yè)迫切需要系統(tǒng)性的方案逐步解決面臨的各項挑戰(zhàn)。

國務(wù)院發(fā)展研究中心張永偉研究員從政策研究制定的角度，對儲能技術(shù)發(fā)展提出了七點建議：一是儲能的發(fā)展可考慮納入新能源發(fā)展的總體規(guī)劃；二是可借鑒電動汽車發(fā)展經(jīng)驗，鼓勵多元技術(shù)路線，加快各類技術(shù)的小規(guī)模試點和示范應(yīng)用；三是建立合理的峰谷電價等價格機制，使得儲能項目投資能夠獲得回報；四是加大政策補貼力度，可考慮在發(fā)電側(cè)建立專項基金；五是成立由政府主導的儲能產(chǎn)品擔保公司，分擔高額風險費用；六是通過多元競爭摸清儲能產(chǎn)品的實際成本，為價格制定提供真實可靠的依據(jù)；七是實施新能源并網(wǎng)與儲能配額制。同時他強調(diào)，儲能產(chǎn)業(yè)需“先標準后制造”，在加大儲能研發(fā)技術(shù)突破的基礎(chǔ)上，再推進商業(yè)示范規(guī)?；l(fā)展。

儲能技術(shù)呈多元化發(fā)展格局

當前，儲能技術(shù)的發(fā)展呈現(xiàn)多元化格局，技術(shù)類別繁多。依據(jù)儲能將電力轉(zhuǎn)化成其他形式的能量，并在需要的時候以電能的形式釋放的特點，全國工商聯(lián)新能源商會副會長、中華新能源動力與儲能委員會理事長俞振華介紹，全球儲能技術(shù)主要有物理儲能(如抽水蓄能、壓縮空氣儲能、蓄冰儲能等)、化學儲能(如鉛酸電池、鋰離電池、釩電池、鈉硫電池等)和其他儲能(如超導儲能、飛輪儲能、超級電容等)三大類。每種技術(shù)均有自身的優(yōu)勢和局限，其未來發(fā)展取決于是否能夠找到適合該技術(shù)特點的應(yīng)用領(lǐng)域。因此，多種技術(shù)并存、共同發(fā)展將成為未來的趨勢。

在目前已經(jīng)獲得實際應(yīng)用或者第三方測試驗證的各種大規(guī)模儲能技術(shù)中，抽水蓄能和壓縮空氣技術(shù)相對成熟。

壓縮空氣蓄能指的是在高壓情況下通過壓縮空氣來存儲大量的可再生能源，然后將其存儲在大型地下洞室、枯竭井或蓄水層里。在非用電高峰期，用電機帶動壓縮機，將空氣壓縮進一個特定的地下空間存儲。然后，在用電高峰期，通過一種特殊構(gòu)造的燃氣渦輪機，釋放地下的壓縮空氣進行發(fā)電。

“壓縮空氣儲能系統(tǒng)是一種比較適合大規(guī)模儲能的儲能技術(shù)，在常規(guī)電力、可再生能源和智能電網(wǎng)中具有廣泛的應(yīng)用前景，是當前電力儲能領(lǐng)域的研究熱點?！敝袊茖W院工程熱物理研究所陳海生在儲能研討會上提到。業(yè)內(nèi)專家將壓縮空氣儲能電站比作“能量多媒體”。因為能夠把包括風能、太陽能、核能在內(nèi)的各種新興能源轉(zhuǎn)換、儲存，取用的只有“空氣”，壓縮空氣儲能電站是這個“角色”的“最佳人選”。 陳海生還表示，壓縮空氣儲能電站不受場地限制，再加上它大容量存儲的特點，最適合建在大型的風電場。

作為目前技術(shù)進步最快的化學儲能，其中液流、鋰電池技術(shù)在安全性、能量轉(zhuǎn)換效率和經(jīng)濟性等方面取得重大突破，產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的條件日趨成熟。據(jù)中國科學院大連化學物理所研究員、大連融科儲能技術(shù)發(fā)展有限公司副總經(jīng)理兼總工程師張華民介紹，液流儲能技術(shù)是最適合于風能發(fā)電調(diào)幅調(diào)頻并網(wǎng)的儲能技術(shù)，其中，全釩液流儲能電池以能量轉(zhuǎn)換效率高、循環(huán)壽命長、蓄電容量大、選址自由、可深度放電、系統(tǒng)設(shè)計靈活、安全環(huán)保、維護費用低等優(yōu)點，成為可再生能源發(fā)電和智能電網(wǎng)的首選儲能技術(shù)之一。釩電池通過更換電池模塊，電解液和儲能罐可反復(fù)使用，預(yù)計壽命可達到15年以上。同時，釩電池的充放電效率約為75%?！半姵氐妮敵鲰憫?yīng)很快，可以在幾個毫秒內(nèi)完成從零功率到滿功率輸出?！睆埲A民指出。

飛輪儲能作為其他儲能之一，是利用互逆式雙向電機實現(xiàn)電能與高速旋轉(zhuǎn)飛輪的機械能之間轉(zhuǎn)換的一種儲能技術(shù)。據(jù)清華大學工程物理系副研究員戴興建介紹，飛輪儲能的技術(shù)以其循環(huán)成本低、壽命長、高效率、環(huán)境特性友好等特點，應(yīng)用于風力發(fā)電、電網(wǎng)調(diào)頻、高品質(zhì)供電、電制動能量再生、脈沖電源等更大規(guī)模的儲能。戴興建指出，目前飛輪儲能的研究主要著力于研發(fā)提高能量密度的復(fù)合材料技術(shù)和超導磁懸浮技術(shù)。其中超導磁懸浮是降低損耗的主要方法，而復(fù)合材料能夠提高儲能密度，降低系統(tǒng)體積和重量。另外，我國還沒有100kW、1萬轉(zhuǎn)以上的飛輪儲能電機，研發(fā)高功率高速電機也是一大方向。飛輪儲能技術(shù)突破還需產(chǎn)業(yè)力量。

超級電容器(即雙電層電容)歷經(jīng)三代及數(shù)十年的發(fā)展，已經(jīng)形成可商業(yè)化的系列產(chǎn)品，在用于短時間、大功率的負載平滑和高峰值功率、低容量的場合，越來越多的發(fā)揮著提升電能質(zhì)量的有效作用。目前基于活性碳雙層電極與鋰離子插入式電極的第四代超級電容器正在開發(fā)中。集盛星泰(北京)科技有限公司首席執(zhí)行官陳勝軍介紹，與電池相比，雙電層電容(EDLC)以可深度充放電、低能量損耗、工作溫度范圍寬、環(huán)境適應(yīng)性和可靠性強、免維護等特點，廣泛應(yīng)用于電動/混合動力汽車、風電、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域。

業(yè)內(nèi)人士認為儲能技術(shù)是一項可能對未來能源系統(tǒng)發(fā)展及運行帶來革命性變化的技術(shù)，必須立足長遠從整個能源系統(tǒng)的角度來考慮、明確儲能技術(shù)的發(fā)展定位，要全面分析儲能技術(shù)應(yīng)用對整個能源系統(tǒng)和社會帶來的綜合效益和價值，才能助推儲能技術(shù)商業(yè)化應(yīng)用發(fā)展。