我国未来储能技术发展探讨

曾庆捷

（黑龙江大学，哈尔滨 150081）

我国未来储能技术发展探讨

曾庆捷

（黑龙江大学，哈尔滨 150081）

储能技术发展是保障清洁能源大规模发展和电网安全经济运行的关键。储能技术主要用于平滑间歇性电源功率波动，减小负荷峰谷差提高系统效率和设备利用率，增加备用容量提高电网安全稳定性和供电质量，以及分布式发电和微电网、电动汽车等领域。随着特高压、智能电网和可再生能源发电规模的快速发展，以及我国电力结构的调整变化，储能技术逐步成为国家能源科技创新和产业研究的焦点。

储能技术；电力结构；趋势

0 引言

能源问题、环境问题是当今社会关注的热点，大力发展清洁能源是未来趋势，但以风电和太阳能发电为代表的清洁能源，由于自身的不稳定性和间歇性给电网带来重大挑战。其并网应用规模越大，电网会越不安全。在全球应对气候变化形势下，世界范围内正在经历新型能源体系变革，能源全球互联正从备受瞩目的宏大构想迈向现实［1］，其中储能技术起关键作用。

储能技术的研究和发展一直备受能源、电力、交通等部门的重视，在电力系统储能技术已被视为“采—发—输—配—用—储”六大环节中的重要组成部分。借鉴国内外风光电站并网的实践，储能技术可以实现清洁能源发电功率的平滑输出，并能在电压、频率及相位上得到控制，成为提高系统运行稳定性、调整频率、补偿负荷波动的一种手段。

1 储能技术概述

储能是指通过介质或设备把能量存储起来、在需要时再释放的过程。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［2］，分为储电与储热，本文主要讨论电能储存技术。

1.1 储能技术作用

储能技术可以平滑间歇性电源功率波动。系统中安装储能装置，可提供快速的有功支撑，增强电网调频、调峰能力，大幅提高电网接纳清洁能源的能力。

储能技术可以减小负荷峰谷差，提高系统效率和设备利用率。电力系统如果能大规模地储存电能，即在负荷低谷时将电能储存起来，负荷高峰时再将其释放出来，在一定程度上能够缓解负荷高峰期的缺电状况，提高系统效率和发输配电设备的利用率。

储能技术可以增加备用容量，提高电网安全稳定性和供电质量。电力系统具有足够的备用容量是保证供电安全的要求，在系统遇到大的扰动时，储能装置可以在瞬时吸收或释放能量，避免系统失稳。

1.2 储能技术分类

目前储能方式主要分为机械储能、电磁储能、电化学储能3大类［3］，其应用、特点如表1所示。

表1 储能方式分类及特点

2 电力结构变化

随着我国电力供需矛盾的缓解，以及清洁发展的要求，电力行业发展正处于大转型的关键时期。一方面，中国经济发展进入深度调整和转型阶段，全社会用电需求增速下降，传统火电发展遇到环境和消纳的双重制约；另一方面，由于以风电、太阳能发电为主的可再生能源利用迅速发展，中国已经成为全球规模最大的风电和光伏市场。电力结构调整着眼点是增加清洁能源供应和优化电源布局，关键是要用太阳能、风能等清洁能源替代化石能源，能源结构实现从化石能源为主向清洁能源为主转变［4］。权威人士指出“十三五”电力规划围绕调整优化转型升级展开。将调整电力结构，优化电源布局，升级变电网，增强系统调节能力。

要实现这一目标，需依托于能源互联网对电力资源进行优化配置。全球能源互联网已掀起世界能源电力发展新潮流，将对未来电力结构产生深远影响。一是能源互联网将使能源供应体系发生重大变化。传统能源体系以化石能源为主，能源互联网背景下则是以清洁能源为主。利用可再生能源发电精确预测技术，辅以先进的储能技术，最大程度上满足光电、风电等可再生能源发电的出力。二是能源互联网将使能源供需关系发生重大变化。在能源互联背景下，传统的以生产顺应需求的能源供给模式将被彻底颠覆，处于能源互联网中的各个参与主体都既是生产者又是消费者［5］。

3 储能技术发展趋势

应对全球范围内气候变暖、能源短缺等问题，减少人类对化石能源的依赖，积极开发新能源和储能技术，已成为业界和科技界研究的热门课题［2］。近年，我国以建设储能示范项目为依托，检验储能技术对可再生能源发电并网、电力系统调频、调峰及电力系统备用的效果。

我国清洁和可持续发展，应尽可能减少煤炭消费，“去煤化”是清洁转型的重要方面。但替代煤电的风电、太阳能发电具有波动性、间歇性，其调节控制困难，大规模并网运行会给电网的稳定安全运行带来显著影响［6］。因此，储能技术将应用于发电、输电、配电、用电的各个环节，提高电网运行效率和安全性。

3.1 大规模新型储能技术

达到兆瓦级/兆瓦时级的储能规模方可应用于电力系统。目前，抽水蓄能、压缩空气储能、电化学电池储能可达到该级别的储能规模，根据《能源技术革命创新行动计划（2016—2030）》，到2020年将有多个项目示范推广。同时，储能系统大规模集成技术是未来的发展方向，主要包括以下3个方面。

大容量电池成组技术。采用大容量单体电池，应用电池标准模块，降低电池系统串并复杂度，弥补电池一致性差异，电池成组技术标准化等。

储能系统用变流技术。提高动态和稳态性能，优化储能电池的控制、实现控制功能多样化，实现多台变流器并联，模块化、标准化和集成化等。

储能系统规模化集成技术。解决转换效率、响应速度、出力控制精度、循环寿命管理等问题，储能系统模块化、标准化和大容量化。

3.2 灵活储能技术

近年来，我国大力发展可再生能源和分布式发电，鼓励新能源电源并网、利用。未来家庭光伏发电电池储能、社区储能、分布式发电及微电网、电动汽车等，因其灵活性将得到广泛应用。

将来，供应侧以新能源为主，用能侧则是清洁、灵活的使用方式。电动汽车作为一种非常重要的灵活负荷和一种储能设施，可以向一些小微电网、微电网、商业区域输电，参与局部的电网平衡；可以为新能源大规模地进入能源系统，并网消纳，提供负荷。电动汽车储能电池接入全球能源互联网，通过合理安排充电时间，辅助电网调峰，实现低谷充电、高峰放电［7］。

3.3 新型储能材料

以超级电容器为代表的储能装置，其核心部分是性能优异的储能材料时，才能确保其高功率密度和高能量密度，在系统中使用才是绿色、可持续的。

因此，储能技术进步关键在于材料技术突破，出现新型或优化储能材料。随着新型储能材料的出现或储能材料的不断创新发展，在储能元件延长使用寿命、提高能量密度、缩短充电时间和降低成本等方面有望取得重要突破［7］。

3.4 坚强智能电网技术

电网建设与储能配套设施建设同样重要。我国能源需求和供应逆向分布，有风、有光的地方电网弱、负荷小。在没有储能设施条件下，消纳能力不够，就不得不弃风、弃光。因此，结合能源资源布局特点和经济社会快速发展的需求，在实施“一特四大”战略的基础上，提出了坚强智能电网的发展理念［7］。

坚强智能电网以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展，适应各类电源和用电设施的灵活接入和退出，具有智能响应和自愈能力。在未来的储能和实现全球能源互联网方面，将发挥重要作用。

4 结语

伴随我国电力结构调整，以及全球能源互联网的构建，储能技术及其产业的发展将成为各方关注的重点。储能虽然在我国起步较晚，但随着我国新电改方案的实施，清洁能源发电、智能微电网、电动汽车等行业的发展将不断提速，储能技术的应用将形成新的发展趋势［2］。在发电、输电、配电以及用电等各个环节，储能技术将得到广泛的应用。

［1］全球能源互联网：储能技术成最大掣肘［EB/OL］.［2016-04-21］.http：//smartgrids.ofweek.com/2016-04/ART-290009-8120-29089343_3.html.

［2］储能技术应用将形成新的发展趋势［EB/OL］.2015-07-14.http:// www.cet.com.cn/.

［3］电化学储能技术的研究进展 ［EB/OL］.［2016-02-18］.http:// www.china-nengyuan.com/tech/89612.html.

［4］电力结构或将大变 “十三五”指明行业发展方向［EB/OL］.［2016-09-29］.http://www.gkzhan.com/.

［5］王亮，李欣，黎特.我国未来清洁电力发展趋势研究［J］.国网技术学院学报，2016，19（4）：60-62.

［6］国家电网公司“电网新技术前景研究”项目咨询组.大规模储能技术在电力系统中的应用前景分析［J］.电力系统自动化，2013，37（1）:3-8.

［7］刘振亚.全球能源互联网［M］.北京：中国电力出版社，2015.

Development of the Energy Storage Technology in the Future in China

ZENG Qingjie
（Heilongjiang University，Harbin 150081，China）

Energy storage technology development is the guarantee of clean energy development and the key of the power grid safe and economic operation.Energy storage technology is mainly used for smoothing intermittent power supply power fluctuations,reducing the peak-valley load difference to improve system efficiency and the utilization rate of equipment, increasing the spare capacity to improve stability and quality of power supply and power grid safety，and is used in distributed generation and power grid,electric vehicles and other fields.With the rapid development of the scale of UHV,smart grid and renewable energy to generate electricity，and the adjustment of the electric power structure in China,energy storage technology becomes the focus of national energy science and technology innovation and industry research gradually.How the future development trend of energy storage technology in our country，is a matter of concern to practitioners.

energy storage technology；electric power structure；trend

TK02

A

1007－9904（2017）03－0051－03

2017-02-15

曾庆捷（1995），男，研究方向为电力系统及其自动化。