储能技术——可再生能源发展的关键

本刊记者 ■ 安丽珍

随着全球可再生能源的普及应用、电动汽车产业的发展及智能电网的建设，各种储能技术成为促进能源发展的热点之一。储能作为未来电网不可或缺的关键组成部分，将面临着巨大挑战和前所未有的发展机遇。

在“新能源动力与储能”分论坛上，原本仅能容纳100人的小会场被挤爆，将近200人次参加并认真聆听了本次论坛的相关议题。论坛内容涉及全球储能产业政策及储能技术(钒电池、压缩空气储能、飞轮储能和超级电容器)，现场讨论十分热烈。此次论坛将进一步促进储能技术的发展。

储能产业面临的挑战

风能、太阳能发电具有随机性、波动性问题，如何稳定可靠地并入电网，并与风电、光电组成离网绿色电力系统，储能技术便是为智能电网的建设提供的有力保障。欧洲能源委员会指出：“一部分传统火电站将被分布式发电、可再生能源需求管理系统及储能所代替”。储能将成为未来智能电网的一个必要的组成部分。

全国工商联新能源商会储能专业委员会秘书长林朔表示，储能作为未来智能电网主要技术瓶颈之一，其产业发展存在三方面的挑战。

第一，经济性挑战。经济性将成为各种技术派选择的关键问题。由于不同应用场合对产品的性能、寿命、可靠性要求不同，对关键材料的规格要求也不同，进而存在成本制约。制造工艺的复杂性将增加成本下降的难度。此外，低能量转换效率会提高用户的运营成本，降低客户使用价值。关键材料、制造工艺和能量转化效率是各种技术面临的共同挑战，但针对具体的应用场景，各种技术面对的挑战不尽相同。

第二，应用挑战。储能在电力系统的应用时间短。电力行业对产品可靠性要求高，传统上至少需要5年以上的实地可靠性测试和试用才能通过电力用户的最低标准，导致产品规模生产前定型周期长。储能产品的方案设计成熟度、可靠性与一定的规模化直接相关。电力行业的这种情况使得储能技术产业化道路漫长。

第三，政策机制挑战。针对储能的政策出台有难度。由于发电、输电、配电和用电均能从储能的应用中受益，因此政策针对哪一方出台机制尚没有明确结论。另外应用场景的不同会对以上各方带来受益的较大差异，储能的经济价值难以计算。

储能可削峰填谷，节约能源；有利于促进可再生能源的大规模应用；有利于提高电网效率，减少或延缓电力建设的投资；提高突发事故的应对能力，保证电力系统安全运行。储能是未来电网不可或缺的关键组成部分。但如何选择适用的储能技术、如何在电力系统中进行规模应用、如何建立行业机制都是确定储能产业政策需要考虑的核心问题。

储能产业需与政策对接

美国和日本作为规模储能产业的全球领跑者，在一二十年前就已出台一系列政策促进其储能产业的发展。主要手段包括持续投入多种储能技术的基础研发、通过直接资金支持重点储能企业的发展、通过示范项目论证储能系统在实际应用中的效果、通过财政补贴对使用储能技术的用户方进行鼓励等。

从国外的经验看，政策对于储能产业的发展至关重要。中国在储能产业化的领域刚起步，继2010年《可再生能源法修正案》中第一次提到储能的发展后，地方政府陆续出台了储能相关政策。但主要还在指导层面支持产业的示范项目，没有针对产业机制的方案。国内储能产业迫切需要系统性的方案逐步解决面临的各项挑战。

国务院发展研究中心张永伟研究员从政策研究制定的角度，对储能技术发展提出了七点建议：一是储能的发展可考虑纳入新能源发展的总体规划；二是可借鉴电动汽车发展经验，鼓励多元技术路线，加快各类技术的小规模试点和示范应用；三是建立合理的峰谷电价等价格机制，使得储能项目投资能够获得回报；四是加大政策补贴力度，可考虑在发电侧建立专项基金；五是成立由政府主导的储能产品担保公司，分担高额风险费用；六是通过多元竞争摸清储能产品的实际成本，为价格制定提供真实可靠的依据；七是实施新能源并网与储能配额制。同时他强调，储能产业需“先标准后制造”，在加大储能研发技术突破的基础上，再推进商业示范规模化发展。

储能技术呈多元化发展格局

当前，储能技术的发展呈现多元化格局，技术类别繁多。依据储能将电力转化成其他形式的能量，并在需要的时候以电能的形式释放的特点，全国工商联新能源商会副会长、中华新能源动力与储能委员会理事长俞振华介绍，全球储能技术主要有物理储能(如抽水蓄能、压缩空气储能、蓄冰储能等)、化学储能(如铅酸电池、锂离电池、钒电池、钠硫电池等)和其他储能(如超导储能、飞轮储能、超级电容等)三大类。每种技术均有自身的优势和局限，其未来发展取决于是否能够找到适合该技术特点的应用领域。因此，多种技术并存、共同发展将成为未来的趋势。

在目前已经获得实际应用或者第三方测试验证的各种大规模储能技术中，抽水蓄能和压缩空气技术相对成熟。

压缩空气蓄能指的是在高压情况下通过压缩空气来存储大量的可再生能源，然后将其存储在大型地下洞室、枯竭井或蓄水层里。在非用电高峰期，用电机带动压缩机，将空气压缩进一个特定的地下空间存储。然后，在用电高峰期，通过一种特殊构造的燃气涡轮机，释放地下的压缩空气进行发电。

“压缩空气储能系统是一种比较适合大规模储能的储能技术，在常规电力、可再生能源和智能电网中具有广泛的应用前景，是当前电力储能领域的研究热点。”中国科学院工程热物理研究所陈海生在储能研讨会上提到。业内专家将压缩空气储能电站比作“能量多媒体”。因为能够把包括风能、太阳能、核能在内的各种新兴能源转换、储存，取用的只有“空气”，压缩空气储能电站是这个“角色”的“最佳人选”。 陈海生还表示，压缩空气储能电站不受场地限制，再加上它大容量存储的特点，最适合建在大型的风电场。

作为目前技术进步最快的化学储能，其中液流、锂电池技术在安全性、能量转换效率和经济性等方面取得重大突破，产业化应用的条件日趋成熟。据中国科学院大连化学物理所研究员、大连融科储能技术发展有限公司副总经理兼总工程师张华民介绍，液流储能技术是最适合于风能发电调幅调频并网的储能技术，其中，全钒液流储能电池以能量转换效率高、循环寿命长、蓄电容量大、选址自由、可深度放电、系统设计灵活、安全环保、维护费用低等优点，成为可再生能源发电和智能电网的首选储能技术之一。钒电池通过更换电池模块，电解液和储能罐可反复使用，预计寿命可达到15年以上。同时，钒电池的充放电效率约为75%。“电池的输出响应很快，可以在几个毫秒内完成从零功率到满功率输出。”张华民指出。

飞轮储能作为其他储能之一，是利用互逆式双向电机实现电能与高速旋转飞轮的机械能之间转换的一种储能技术。据清华大学工程物理系副研究员戴兴建介绍，飞轮储能的技术以其循环成本低、寿命长、高效率、环境特性友好等特点，应用于风力发电、电网调频、高品质供电、电制动能量再生、脉冲电源等更大规模的储能。戴兴建指出，目前飞轮储能的研究主要着力于研发提高能量密度的复合材料技术和超导磁悬浮技术。其中超导磁悬浮是降低损耗的主要方法，而复合材料能够提高储能密度，降低系统体积和重量。另外，我国还没有100kW、1万转以上的飞轮储能电机，研发高功率高速电机也是一大方向。飞轮储能技术突破还需产业力量。

超级电容器(即双电层电容)历经三代及数十年的发展，已经形成可商业化的系列产品，在用于短时间、大功率的负载平滑和高峰值功率、低容量的场合，越来越多的发挥着提升电能质量的有效作用。目前基于活性碳双层电极与锂离子插入式电极的第四代超级电容器正在开发中。集盛星泰(北京)科技有限公司首席执行官陈胜军介绍，与电池相比，双电层电容(EDLC)以可深度充放电、低能量损耗、工作温度范围宽、环境适应性和可靠性强、免维护等特点，广泛应用于电动/混合动力汽车、风电、智能电网等领域。

业内人士认为储能技术是一项可能对未来能源系统发展及运行带来革命性变化的技术，必须立足长远从整个能源系统的角度来考虑、明确储能技术的发展定位，要全面分析储能技术应用对整个能源系统和社会带来的综合效益和价值，才能助推储能技术商业化应用发展。