儲能技術(shù)融合分布式可再生能源的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

李建林　馬會萌　惠　東

（中國電力科學(xué)研究院　北京　100192）

儲能技術(shù)融合分布式可再生能源的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

李建林馬會萌惠東

（中國電力科學(xué)研究院北京100192）

編者按大規(guī)模儲能技術(shù)在電力系統(tǒng)發(fā)-輸-配-用各個環(huán)節(jié)均有廣泛用途，備受國內(nèi)外業(yè)界人士高度關(guān)注?！笆濉遍_局之年，國家利好政策頻出，除《中共中央關(guān)于制定國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃的建議》外，國家發(fā)改委、能源局也陸續(xù)頒布了《電儲能參與“三北”地區(qū)電網(wǎng)調(diào)峰輔助服務(wù)的通知》、《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計劃（2016～2030年）》、《關(guān)于在能源領(lǐng)域積極推廣政府和社會資本合作模式的通知》等系列政策，極大地激勵了我國儲能產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，百 MW 級儲能電站已經(jīng)上升到國家戰(zhàn)略層面。

在強有力的政策引導(dǎo)下，主要類型的物理、化學(xué)儲能技術(shù)獲得了迅速發(fā)展。MW級化學(xué)儲能技術(shù)已進行了多種示范運行，其中鋰離子電池、鉛酸電池在我國已開始商業(yè)化運行。繼張北風(fēng)光儲輸示范工程之后，陸續(xù)涌現(xiàn)出了一批有代表性的示范性儲能電站和光儲一體化電站，如遼寧臥牛石5MW儲能電站、甘肅酒泉MW級儲能電站、青海15MW儲能電站等；在用戶側(cè)，深圳寶清MW級儲能電站、欣旺達居民園區(qū) MW 級移動式儲能系統(tǒng)也得到了示范應(yīng)用。當(dāng)前儲能技術(shù)正逐步從試驗示范邁向商業(yè)化推廣，大規(guī)模儲能系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用需重點突破高安全、低成本、長壽命、高能量轉(zhuǎn)換效率等儲能裝備的關(guān)鍵技術(shù)。

著眼于國家戰(zhàn)略，本期特邀中國電力科學(xué)研究院李建林老師作為特邀主編策劃“大規(guī)模儲能技術(shù)與應(yīng)用”專題。同時編輯部圍繞新能源電力系統(tǒng)方面的研究后續(xù)會陸續(xù)推出“多源多變換復(fù)雜交直流系統(tǒng)穩(wěn)定控制與運行優(yōu)化技術(shù)”、“電力系統(tǒng)低頻振蕩與次同步振蕩”等專題，以期引發(fā)研究人員的廣泛關(guān)注，推動該領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展。

分布式發(fā)電能夠充分利用可再生能源實現(xiàn)節(jié)能減排，是集中式發(fā)電的有效補充，利用儲能系統(tǒng)的雙向功率能力和靈活調(diào)節(jié)特性可以提高系統(tǒng)對分布式電源的接納能力，具有廣闊的應(yīng)用前景。首先匯總了多種主流儲能技術(shù)目前在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用規(guī)模及其本體關(guān)鍵參數(shù)，并從儲能設(shè)備自身特點和電力系統(tǒng)對儲能的需求出發(fā)，分析各儲能技術(shù)的優(yōu)勢和不足，提出了可能突破的方向及發(fā)展預(yù)期，然后從應(yīng)對分布式可再生能源大量接入給電網(wǎng)帶來的問題出發(fā)，歸納了儲能技術(shù)在融合分布式可再生能源方面的應(yīng)用模式，分析了國內(nèi)外的應(yīng)用現(xiàn)狀及不足，最后從本體發(fā)展和應(yīng)用技術(shù)層面探討了儲能技術(shù)的未來發(fā)展方向。

儲能技術(shù)分布式可再生能源評價指標(biāo)

0　引言

分布式發(fā)電能夠充分利用可再生能源，是實現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)的重要舉措，也是集中式發(fā)電的有效補充［1］。作為第三次工業(yè)革命的重要特征之一，分布式發(fā)電尤其是分布式光伏發(fā)電飛速發(fā)展，至2014年底，我國分布式光伏發(fā)電裝機容量達8GW，并且新一輪電力體制改革力推分布式能源。中央發(fā)布的《關(guān)于進一步深化電力體制改革的若干意見》［2］（中發(fā)［2015］第 9號）明確規(guī)定“允許擁有分布式電源的用戶或微網(wǎng)參與電力交易”，“全面開放用戶側(cè)分布式電源市場，積極開展分布式電源項目的各類試點和示范”，可以預(yù)見分布式發(fā)電將擁有更廣闊的發(fā)展空間。然而可再生能源發(fā)電的特性對系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定、可靠性和電能質(zhì)量將產(chǎn)生影響。針對該問題，當(dāng)前儲能技術(shù)在可再生能源發(fā)電領(lǐng)域中的重要補充作用已基本得到業(yè)內(nèi)認可，利用儲能系統(tǒng)的雙向功率能力和靈活調(diào)節(jié)特性可以提高系統(tǒng)對分布式電源的接納能力。隨著儲能技術(shù)日益成熟、成本不斷降低，以及未來智能配電網(wǎng)的發(fā)展，其在促進分布式電源消納領(lǐng)域?qū)碛懈鼜V闊的應(yīng)用前景。本文首先介紹了儲能本體技術(shù)的特點及發(fā)展現(xiàn)狀，歸納了儲能在促進分布式可再生能源消納方面的應(yīng)用情況，并從應(yīng)用技術(shù)、評估技術(shù)和本體技術(shù)層面對其未來發(fā)展方向進行了探討。

1　儲能技術(shù)的特點及發(fā)展現(xiàn)狀

儲能技術(shù)包含本體技術(shù)與應(yīng)用技術(shù)，本體技術(shù)是儲能技術(shù)的基礎(chǔ)。儲能本體形式按照能量儲存形式，可以分為機械儲能、電磁儲能、化學(xué)儲能和相變儲能。化學(xué)儲能目前來看主要有電化學(xué)儲能、氫儲能等；電化學(xué)儲能又包括鋰離子電池、液流電池、鉛酸電池、鈉硫電池等典型的二次電池體系，以及新興的二次電池體系（鈉離子電池、鋰硫電池、鋰空氣電池等）。

對于電力系統(tǒng)應(yīng)用而言，儲能系統(tǒng)的基本技術(shù)特征體現(xiàn)在功率等級及其作用時間上，儲能的作用時間是區(qū)別于電力系統(tǒng)傳統(tǒng)即發(fā)即用設(shè)備的顯著標(biāo)志，是儲能技術(shù)價值的重要體現(xiàn)，是特有的技術(shù)特征。儲能所擁有的這一獨特技術(shù)特征將改變現(xiàn)有電力系統(tǒng)供需瞬時平衡的傳統(tǒng)模式，在能源革命中發(fā)揮重要作用。

儲能技術(shù)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用涉及發(fā)輸配用各個環(huán)節(jié)［3，4］，在促進集中式和分布式可再生能源消納領(lǐng)域的應(yīng)用已備受關(guān)注。其中在集中式可再生能源領(lǐng)域應(yīng)用的項目數(shù)、裝機容量占比均最大，增長態(tài)勢最明顯，在分布式可再生能源領(lǐng)域應(yīng)用的項目數(shù)占比增長速率較快。據(jù)不完全統(tǒng)計，近 10年來全球MW級以上規(guī)模的儲能示范工程約190個，其中超過120個與電化學(xué)儲能相關(guān)，主要儲能類型項目數(shù)占比如圖1所示。這些項目均以電池作為主要裝置載體，采用的電池類型包括鈉硫、液流、鋰離子、鉛酸等，國際上各示范工程對儲能本體的選型表明現(xiàn)階段電化學(xué)儲能的技術(shù)基礎(chǔ)積累優(yōu)于其他類型的儲能技術(shù)。從電化學(xué)儲能裝機容量方面分析，MW級儲能項目中主要類型儲能總裝機增長趨勢如圖 2所示。圖2顯示：鋰離子電池儲能前期裝機容量小，自2012年后，其裝機容量得到大幅提升，在電池儲能中位列最高。鉛酸電池自 2012年后處于停滯狀態(tài)，鈉硫裝機容量在2011年之后位居第一，之后增長緩慢，從圖2中可看出，在電化學(xué)儲能示范項目中，以鋰離子電池儲能示范項目數(shù)、裝機容量占比最高，達 48%，增長幅度也最快，可以預(yù)見鋰離子電池仍將是應(yīng)用最廣的電化學(xué)儲能技術(shù)。

目前，各種儲能的技術(shù)發(fā)展水平各有不同，在集成功率等級、持續(xù)放電時間、能量轉(zhuǎn)換效率、循環(huán)壽命、功率/能量密度及成本等方面均有差異，主要儲能技術(shù)參數(shù)見附表1［5-14］。

圖1　主要儲能類型項目數(shù)占比Fig.1　The proportion of main type energy storage projects

圖2　MW級儲能項目中主要類型儲能總裝機增長趨勢Fig.2　The growth trends of installed capacity in the MW energy storage projects

2　分布式可再生能源領(lǐng)域中的儲能應(yīng)用現(xiàn)狀

分布式電源的接入促進了電能與其他能源的融合和轉(zhuǎn)換，促進了多種能源的互補和高效利用。電力、天然氣、熱能、氫能、生物質(zhì)能等多種一次和二次能源將在用戶側(cè)得到綜合利用，聯(lián)合提供用戶所需的終端用能服務(wù)。

而分布式電源的接入使配電網(wǎng)變成有源電網(wǎng)，對配電網(wǎng)規(guī)劃、并網(wǎng)管理、運行、經(jīng)營服務(wù)等提出了很大的挑戰(zhàn)［15，16］。主動配電網(wǎng)（Active Distribution Network， ADN）有機整合先進信息通信、電力電子及智能控制等技術(shù)，為實現(xiàn)分布式可再生能源大規(guī)模并網(wǎng)與高效利用提供了一種有效解決方案［17］。而儲能技術(shù)作為主動配電網(wǎng)的必要環(huán)節(jié)，通過與分布式電源一同并入電網(wǎng)，對電網(wǎng)起到支撐作用，圖 3為儲能技術(shù)促進分布式發(fā)電并網(wǎng)的典型拓撲結(jié)構(gòu)。在促進分布式可再生能源發(fā)電靈活接入和高效利用［18］中的作用主要有：①抑制分布式電源的功率波動，減少分布式電源對用戶電能質(zhì)量的影響［19，20］；②為未來可能出現(xiàn)的直流配電網(wǎng)及直流用電設(shè)備的應(yīng)用提供支持；③增強配電網(wǎng)潮流、電壓控制及自恢復(fù)能力，提高配電網(wǎng)對分布式發(fā)電的接納能力［21，22］；④提供時空功率和能量調(diào)節(jié)能力，提高配電設(shè)施利用效率，優(yōu)化資源配置。

圖3　基于直流母線方式的分布式發(fā)電系統(tǒng)Fig.3　Distributed generation system based on DC bus mode

圖4　經(jīng)典微網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)Fig.4　Classical micro network topology

微網(wǎng)將分布式發(fā)電裝置、負荷、儲能以及控制裝置有機結(jié)合接入中低壓配電系統(tǒng)中。既可與電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運行，也可在電網(wǎng)故障或需要時與主網(wǎng)斷開單獨運行，是分布式可再生能源有效利用的重要形式［23，24］。

圖4為典型的微網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)，包括微型燃氣輪機、風(fēng)力發(fā)電機、光伏電池、燃料電池和蓄電池等多種微電源形式。儲能是微電網(wǎng)中的必要元件［25］，在微電網(wǎng)的運行管理中發(fā)揮如下重要作用：①實現(xiàn)微電網(wǎng)與電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率控制，滿足電網(wǎng)的管理要求；②作為主電源，維持微電網(wǎng)離網(wǎng)運行時電壓和頻率的穩(wěn)定［26］；③為微電網(wǎng)提供快速的功率支持，實現(xiàn)微電網(wǎng)并網(wǎng)和離網(wǎng)運行模式的靈活切換；④參與微電網(wǎng)能量優(yōu)化管理，兼顧不同類型分布式電源及負荷的輸出特性，實現(xiàn)微電網(wǎng)經(jīng)濟高效運行。

不同工況提出的儲能技術(shù)需求不同，應(yīng)結(jié)合儲能本體的技術(shù)特點進行儲能選型。按照放電時間尺度劃分，儲能技術(shù)可分為功率型儲能和能量型儲能。功率型儲能適用于短時間內(nèi)對功率需求較高的場合，如微電網(wǎng)離網(wǎng)運行時暫態(tài)支撐。能量型儲能適用于對能量需求較高的場合，如抑制分布式電源的功率波動、提升分布式能源匯聚效應(yīng)等，見表1。

表1　儲能技術(shù)劃分Tab.1　Energy storage technology division

國際上，美國、日本、歐洲很多國家和地區(qū)都在儲能提高分布式能源利用率、新型智能用電等方面展開了積極的示范，驗證了儲能在調(diào)峰、調(diào)頻、應(yīng)急供電的作用。從國內(nèi)的應(yīng)用情況來看，示范應(yīng)用場景主要包括用于新能源的并網(wǎng)發(fā)電、配電網(wǎng)的削峰填谷、分布式電源以及電能質(zhì)量改善等。目前這些項目還處于儲能系統(tǒng)功能驗證的示范運行階段。從國內(nèi)外應(yīng)用示范所展示或驗證的應(yīng)用功能來看，儲能系統(tǒng)在融合分布式電源方面主要取得的成果包括以下幾個方面：

（1）儲能融合多能源接入能力應(yīng)用。國際上，日本、美國、韓國等利用儲能平滑風(fēng)電場或光伏出力波動，抑制可再生發(fā)電爬坡率，提高可再生能源的利用率。韓國濟州島風(fēng)/光/儲/柴聯(lián)合應(yīng)用項目最具代表性，該項目配置了0.1MW/2h的全釩電池儲能系統(tǒng)［17］，借助儲能系統(tǒng)雙向功率調(diào)節(jié)能力實現(xiàn)了多能有效互補應(yīng)用，提出了相應(yīng)的協(xié)調(diào)控制策略，但能源類型相對較少，未能反映儲能技術(shù)在主網(wǎng)與微網(wǎng)互動中的作用。在國內(nèi)，位于舟山海島的風(fēng)/ 光/儲/海/柴項目配置了多類型儲能系統(tǒng)［17］，包括200kW/120F的超級電容器儲能與1MW/500kW·h的鋰離子電池儲能。通過研究多類型儲能系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制策略實現(xiàn)平抑風(fēng)光功率波動及負荷調(diào)平功能，提升了風(fēng)電或光伏跟蹤日前調(diào)度計劃能力，但在應(yīng)對多類型負荷及新型用電方式情況下的功能未展開示范驗證。

（2）儲能提高用戶新型用電能力應(yīng)用。國際上，美國、日本、法國等國示范項目使用戶有機會管理其電能消耗及預(yù)算，成為“生產(chǎn)消費者”或利用移動式儲能參與負荷用電管理。其中尤以美國夏威夷大學(xué)智能電網(wǎng)和能量存儲示范項目為最［17］，其將1MW/1MW·h鋰離子電池系統(tǒng)被安裝于變電站中，用以減少變壓器的高峰負荷。并實施分布式電源/儲能裝置/微網(wǎng)/不同特性用戶（含電動汽車等移動電力用戶）接入和統(tǒng)一監(jiān)控，用以展示儲能系統(tǒng)在配網(wǎng)的協(xié)同調(diào)度，通過基于儲能相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)提高用戶新型用電能力。在國內(nèi)，最具代表性的為中新天津生態(tài)城，它利用儲能系統(tǒng)參與用電側(cè)電能管理，將負荷分為不可控負荷、可控負荷和可切負荷不同級別，并配以不同功率等級的儲能系統(tǒng)。將源-荷有機地整合在一起，使之變?yōu)殡娋W(wǎng)中的一個可控單元，滿足不同用戶的特定需求。通過儲能系統(tǒng)使負荷變?yōu)橛押眯陀秒娯摵?，提升了用電靈活互動能力，降低了大量分布式電源接入對配電網(wǎng)運行的復(fù)雜程度，提升了供電可靠性和供電質(zhì)量。

（3）提升分布式能源匯聚效應(yīng)能力應(yīng)用。國際上，美國、日本、意大利等國利用分布式儲能減少可再生能源發(fā)電引起的潮流變化，使變電站與上級電網(wǎng)進行可控的能量交換，或通過熱儲能為用戶提供供冷、供熱綜合服務(wù)。其中基于車網(wǎng)（Vehicle to Grid， V2G）融合技術(shù)的理念，日本東京電力公司提出的“BESS SCADA”，對分布在配電網(wǎng)和用戶側(cè)的儲能單元進行集中的管理和控制。通過對大量儲能單元的統(tǒng)一管理和控制，形成大規(guī)模的儲能能力，但控制上還有欠缺，未充分體現(xiàn)雙向互動。目前國內(nèi)針對儲能匯聚效應(yīng)的工程還未開展，在薛家島電動汽車工程示范中基于V2G理念做了類似的嘗試，配套建設(shè)的集中充電站可同時為360輛乘用車電池充電。在儲放功能上，可實現(xiàn)低谷時存儲電能，在用電高峰和緊急情況下向電網(wǎng)釋放電量，峰谷調(diào)節(jié)負荷7 020kW，最大可達10 520kW。但是切入點單一，缺乏基于能源互聯(lián)系統(tǒng)層面的實現(xiàn)儲能匯聚效應(yīng)的統(tǒng)一規(guī)劃和全面部署。

綜上所述，國內(nèi)外示范工程中，接入新能源種類局限在1～2種，儲能主體以能量型居多，其中又以電化學(xué)儲能為主導(dǎo)?，F(xiàn)有示范工程中儲能系統(tǒng)在提供電網(wǎng)輔助服務(wù)、平抑風(fēng)電波動、實現(xiàn)風(fēng)光多能互補、提高分布式系統(tǒng)供電可靠性等方面都得到了運用。但兼具幾種功能的綜合演示鮮見報道，與能源互聯(lián)網(wǎng)概念結(jié)合不夠，未充分利用儲能的聚合效應(yīng)和雙向調(diào)節(jié)能力，不能完全適應(yīng)源-荷協(xié)同管理、終端用戶和電網(wǎng)的靈活互動，且儲能功能較為單一。局限在單純的新能源接入、參與新型用戶用電、分散式能源匯聚等各種單項技術(shù)進行研究和工程示范，鮮有在一個區(qū)域中進行集成多種分布式能源和多種儲能技術(shù)，并且對其能源的管理，缺乏自上而下的總體設(shè)計。

國內(nèi)與國外相比，雖在儲能本體的原創(chuàng)技術(shù)上總體落后于國外發(fā)達國家，但在儲能應(yīng)用技術(shù)特別是化學(xué)電池儲能示范應(yīng)用方面處于國際先進水平?！笆濉逼陂g由國家電網(wǎng)公司主導(dǎo)，在儲能領(lǐng)域取得了顯著成績，建成了天津生態(tài)城綜合示范、上海世博園、張北風(fēng)光儲綜合示范工程等具有影響力的項目。但這些技術(shù)也只是一個區(qū)域內(nèi)實施了單項技術(shù)，缺少系統(tǒng)性的多種能源接入與分布式儲能應(yīng)用技術(shù)的集成。在技術(shù)推廣過程中也暴露出一些不足。第一，我國能源互聯(lián)網(wǎng)儲能基礎(chǔ)理論研究落后于應(yīng)用技術(shù)研究，缺乏從第三次工業(yè)革命儲能支柱性角度進行頂層設(shè)計，多數(shù)應(yīng)用利用已有經(jīng)驗來指導(dǎo)工程設(shè)計，沒有形成系統(tǒng)化的理論體系做支撐。第二，對分布式儲能關(guān)鍵控制技術(shù)的研究多以工程實用為導(dǎo)向，原理上的研究不夠深入，與信息物理融合技術(shù)的發(fā)展并不緊密。第三，儲能關(guān)鍵裝置的研究應(yīng)該以需求為導(dǎo)向，開發(fā)相應(yīng)的儲能接入裝置，與能源互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合的力度有待提升。第四，儲能系統(tǒng)與能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)智能用電的交互影響及作用方面，研究尚不充分。這些問題與不足都應(yīng)在“十三五”期間加以重視。

3　儲能在分布式可再生能源領(lǐng)域中的發(fā)展趨勢

3.1本體技術(shù)選擇依據(jù)及對策

3.1.1評價要素

基于近幾年來關(guān)于儲能技術(shù)的研究工作，歸納出大容量儲能技術(shù)推廣應(yīng)用的關(guān)鍵因素，并提出規(guī)模等級、技術(shù)水平、經(jīng)濟成本以及技術(shù)形態(tài)這四項指標(biāo)，用于判斷適于規(guī)?；l(fā)展的儲能技術(shù)類型。

未來廣泛用于電力系統(tǒng)的儲能技術(shù)，至少需要達到MW級、MW·h級的規(guī)模，而對于現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展水平來說，抽水蓄能、壓縮空氣儲能和電池儲能、熔融鹽蓄熱、氫儲能具備MW級或MW·h級的規(guī)模，而飛輪、超導(dǎo)及超級電容器儲能很難達到MW·h量級。

安全與可靠始終是電力系統(tǒng)運行的基本要求，MW級、MW·h級規(guī)模的儲能系統(tǒng)將對安全與可靠性提出更高的要求。儲能系統(tǒng)的安全問題，與儲能系統(tǒng)本身的材料體系、結(jié)構(gòu)布局以及系統(tǒng)設(shè)計中所考慮的安全措施等因素相關(guān)。尤其對電池儲能系統(tǒng)而言，由于在應(yīng)用過程中往往需要通過串并聯(lián)成組設(shè)計將電池單體組成電池模塊及電池系統(tǒng)才能滿足應(yīng)用需求，所以電池系統(tǒng)內(nèi)部各單體電池的性能一致性問題，也成為影響電池系統(tǒng)安全性與可靠性的又一個因素。

在技術(shù)水平方面，首先，轉(zhuǎn)換效率和循環(huán)壽命是兩個重要指標(biāo)，它們影響儲能系統(tǒng)總成本。低效率會增加有效輸出能源的成本，低循環(huán)壽命因?qū)е滦枰哳l率的設(shè)備更新而增加總成本。其次，在具體應(yīng)用中，影響儲能系統(tǒng)比能量的儲能設(shè)備體積和質(zhì)量也是考慮因素。體積能量密度影響占地面積和空間，質(zhì)量能量密度則反應(yīng)了對設(shè)備載體的要求。

在經(jīng)濟成本方面，現(xiàn)有電價機制和政策環(huán)境下，單就儲能技術(shù)的成本來講遠不能滿足商業(yè)應(yīng)用的需求。以風(fēng)電應(yīng)用為例，配套的儲能設(shè)施單位kW投資成本幾乎都超出了風(fēng)電的單位投資成本，同時大規(guī)?；膬δ芟到y(tǒng)還要考慮相應(yīng)的運行維護成本。因此，所關(guān)注的規(guī)?；茝V的儲能技術(shù)必須具備經(jīng)濟前瞻性，也就是說應(yīng)該具備大幅降價空間，或者從長時期來看具有一定顯性的經(jīng)濟效益，否則很難推廣普及。

衡量一種儲能技術(shù)能否得到大規(guī)模推廣運用的第四項指標(biāo)應(yīng)是儲能系統(tǒng)能否以設(shè)備或工程形態(tài)（批量化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，便于安裝、運行與維護）運用在電力系統(tǒng)中。在眾多儲能方式中，電池儲能是契合設(shè)備形態(tài)需求較好的儲能技術(shù)類型。

就目前儲能技術(shù)發(fā)展水平而言，實現(xiàn)在電力系統(tǒng)的大規(guī)模應(yīng)用，期望儲能效率大于95%，充放電循環(huán)壽命超過 10 000次，儲能系統(tǒng)規(guī)?？蛇_到10MW·h以上，并具有較高的安全性。在上述基準(zhǔn)下，當(dāng)前各類儲能技術(shù)現(xiàn)狀如圖5所示。從對比效果來看，各種儲能技術(shù)互有短板，距期望值有一定差距，其中鋰電池與應(yīng)用指標(biāo)差距最大的是壽命和成本，液流電池與應(yīng)用指標(biāo)差距最大的是效率和成本。

圖5　儲能技術(shù)現(xiàn)狀雷達圖Fig.5　The status of energy storage technology in radar chart

在促進新能源消納領(lǐng)域，單一儲能配置，從技術(shù)角度可以實現(xiàn)儲能的多種功能應(yīng)用。但是從經(jīng)濟性角度，并非優(yōu)化方案，需要在實際配置中考慮各類型儲能的工況適應(yīng)性，采用多元復(fù)合儲能方案，使不同的儲能技術(shù)之間可以取長補短，以達到投資和運行成本最優(yōu)。到2020年，各項儲能技術(shù)發(fā)展期望如圖6所示。

圖6　儲能技術(shù)發(fā)展期望雷達圖Fig.6　The development of energy storage technology in radar chart

3.1.2國內(nèi)外發(fā)展路線

我國提出了在2020年之前，針對鋰離子電池、全釩液流電池等的研究方向、預(yù)期目標(biāo)。日本NEDO［27］發(fā)布的關(guān)于鋰離子電池至 2030年技術(shù)發(fā)展路線圖中，詳細說明了鋰離子電池在未來20年內(nèi)的發(fā)展趨勢與技術(shù)指標(biāo)，并明確列出研發(fā)時間節(jié)點，為我國相關(guān)電池技術(shù)的發(fā)展提供了良好的參考依據(jù)。美國DOE于2010年底發(fā)布的關(guān)于儲能技術(shù)應(yīng)用研究的最新報告中，也針對各種儲能技術(shù)，詳細提出在未來5～20年中的技術(shù)發(fā)展方向與投資成本目標(biāo)等，并確定超級鉛酸與先進鉛酸電池、鋰離子電池、硫基電池、液流電池、功率型儲能電池以及金屬空氣電池、液金屬電池、鋰硫電池、先進壓縮空氣等作為其重點關(guān)注的儲能技術(shù)類型。

3.1.3本體技術(shù)攻關(guān)對策

目前儲能應(yīng)用對本體技術(shù)的特征需求（規(guī)模、壽命、安全、成本和效率）與目前的本體技術(shù)水平還有一定差距，儲能技術(shù)尚未得到廣泛應(yīng)用。因此，一方面要提升現(xiàn)有本體技術(shù)水平，挖掘其技術(shù)潛力，逐步縮短與儲能應(yīng)用需求之間的差距；另一方面要探索研究新型的儲能技術(shù)，關(guān)注發(fā)展前景好、技術(shù)潛力大、具有相對技術(shù)優(yōu)勢的新型一代本體技術(shù)。結(jié)合國內(nèi)外現(xiàn)有儲能技術(shù)研究水平、國內(nèi)外關(guān)于電池技術(shù)的發(fā)展規(guī)劃及資源條件等幾個方面的因素，應(yīng)該將鋰離子電池作為重點攻關(guān)方向。重點關(guān)注并開展液流和鉛炭電池相關(guān)研究，積極關(guān)注并適時切入熔融鹽蓄熱和氫儲能，跟蹤并把握鈉硫電池、壓縮空氣、飛輪等技術(shù)的最新發(fā)展動態(tài)。

3.2應(yīng)用技術(shù)

（1）儲能支撐多能源高效融合效應(yīng)日益顯現(xiàn)。能源生產(chǎn)者、消費者和二者兼具的能源生產(chǎn)消費者，分層分散接入，種類繁多，構(gòu)成城市能源局域網(wǎng)。能源管理和控制運行呈現(xiàn)出分散自治和集中協(xié)調(diào)相結(jié)合的模式。

（2）儲能系統(tǒng)功能由單一走向多元。儲能應(yīng)用場景日益豐富，作用時間覆蓋從s級到h級，由單一功能向融合多能源+新型用電等多元復(fù)合功能過渡。緊湊型、模塊化和響應(yīng)快是儲能裝置的發(fā)展方向。

（3）分布式儲能系統(tǒng)促進終端用戶用電方式多樣化。隨著用電需求多樣化，不同電壓等級下交直流用戶共存，通過儲能實現(xiàn)終端用戶供用電關(guān)系轉(zhuǎn)換、用能設(shè)備的能量緩沖、靈活互動以及智能交互是技術(shù)主流。

（4）分散式儲能系統(tǒng)匯聚效應(yīng)進一步發(fā)揮。儲能系統(tǒng)匯聚效應(yīng)在電動汽車 V2G運行模式已得到初步顯現(xiàn)，隨著分散式儲能系統(tǒng)的規(guī)模化普及，在新能源接入、用戶互動等方面的聚合作用會逐步凸顯。

（5）動力電池梯次利用試點逐步展開。隨著動力電池篩選、重組技術(shù)、電池管理技術(shù)的進步［28，29］及梯次利用電池的適應(yīng)工況研究，退役動力電池在融合分布式可再生能源領(lǐng)域的作用將得到進一步發(fā)展。

4　結(jié)論

伴隨清潔能源大量分散接入和終端用戶雙向互動，儲能系統(tǒng)的作用已開始由簡單的友好接入向以能源互聯(lián)為導(dǎo)向過渡，并傾向于基于高效協(xié)同管理統(tǒng)一規(guī)劃開展全面研究和技術(shù)示范。以儲能作為核心承載技術(shù)的多能互補、雙向互動一體化示范工程將全方位勾勒第三次工業(yè)革命的發(fā)展愿景。

附錄

附表1　儲能技術(shù)參數(shù)［5-14］App. Tab.1　Energy storage technology parameters

（續(xù)）

（續(xù)）

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Present Development Condition and Trends of Energy Storage Technology in the Integration of Distributed Renewable Energy

Li JianlinMa HuimengHui Dong
（China Electric Power Research InstituteBeijing100192China）

This paper summaries the application scale and the key parameters of the main energy storage technologies in the power system. According to the characteristics of the energy storage equipment and the demands for energy storage in power systems， this paper analyzes the advantages and disadvantages of various energy storage technologies， and then proposes the possible breakthrough directions and expected developments. Subsequently， due to the problems caused by a large amount of distributed renewable energy integrated into power grid， this paper summarizes the application models of energy storage technologies， and analyzes the application status and shortages at home and abroad. Finally， the future development directions of large scale energy storage technologies are discussed.

Energy storage technology， distributed， renewable energy， evaluation index

TM61

李建林男，1976年生，教授級高工，主要從事電能存儲與轉(zhuǎn)換技術(shù)方面的研究工作。

E-mail： dkylil@163.com（通信作者）

馬會萌女，1985年生，碩士研究生，主要從事電能存儲與轉(zhuǎn)換技術(shù)方面的研究工作。

E-mail： mahuimeng@epri.sgcc.com.cn

國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）（2014AA052004）和國家電網(wǎng)公司科技項目（KY-SG02016-204-JLDKY）資助。

2016-02-29改稿日期 2016-04-29