储能产业技术路线分析

赵玉吉

摘   要：近年来随着电网对系统灵活性、经济性和安全性要求的不断提高以及分布式能源和可再生能源产业的大力发展，储能技术在电网及能源方面的应用也越来越广泛，从而得到了快速发展，该文首先对储能产业进行了概述，对目前国内外各储能技术路线进行整理和分析，指出先进的储能技术及储能产业未来的发展趋势，最后提出现阶段储能产业存在的问题。

关键词：储能;新能源;电储技术

中图分类号：TK015          文献标志码：A

0 储能产业概述

国际能源署（IEA）发布的《2015世界能源展望》预计到2030年，全球可再生能源发电量占全球总发电量的比例有望提升到33%，而储能技术是解决可再生能源间歇性和不稳定性、安全性、经济性、提高常规电力系统和区域能源系统效率最重要的保障。自2012年-2016年，全球投运的电化学储能项目年复合增长率为32%，预测到2020年我国储能项目市场规模将达到1 000亿元，储能产业将得到快速发展。

1 储能技术发展路线

1.1 电储技术-抽水蓄能

全球累计运行的储能项目中抽水蓄能占比最大，約占全球96.4%。我国抽水蓄能技术起步较晚但起点较高，2016年抽水蓄能装机量已跃居第一，日本和美国次之，目前已建成世界水头最高山西西龙池抽水蓄能电站，河北丰宁电站。抽水蓄主要前沿技术为变速抽水蓄能、海水抽水蓄能和小型化抽水蓄能技术等。国外以日本河内400 MW电站机组为代表的变速抽水蓄能机组项目较多，而我国变速抽水蓄能技术还处于起步阶段，与国外技术存在较大距离。我国海水抽蓄、小型化抽蓄技术还处于攻关中。

1.2 电储技术-压缩空气储能

压缩空气储能主要用于峰谷电能回收调节、平衡负荷、分布式储能和发电系统备用等。德国、美国已有商业运营电站，我国在新型压缩空气储能技术研究方面与国际同步，并且部分技术领先。国内已有院所实现1.5 MW级超临界压缩空气储能系统的示范运行，目前正在开展10 MW～100 MW系统研发。压缩空气储能主要前沿技术为等温压缩空气储能、先进绝热压缩空气储能和超临界压缩空气储能技术等。

1.3 电储技术-飞轮储能

飞轮储能具有储能密度较高、充放电次数与充放电深度无关、能量转换效率高、可靠性高、易维护、使用环境要求低、无污染等优点，适合电网调频、电网安全稳定控制、电能质量治理以及不间断电源等方面应用。美国的飞轮储能技术处于领先地位，我国这方面的理论和应用研究与国际先进水平差距较大。飞轮储能前沿技术为储能阵列与大型发电机组协调运行控制和基于轴向磁通永磁电机的新型飞轮储能系统技术等。

1.4 电储技术-铅酸电池

铅酸电池技术比较成熟，是小型风电、光伏以及应急电源的常用储能设备。近年来，铅酸电池技术不断向大容量储能发展。我国铅酸电池技术与国际水平有一定差距，目前国内大型储能电站很少，典型的是“西藏尼玛县可再生能源局域网工程”铅炭电池储能系统。铅酸电池前沿技术为超级铅酸电池和铅炭电池技术等。

1.5 电储技术-锂离子电池

锂离子电池多用于电动汽车、系统稳定及新能源接入等。锂离子电池因比能量/比功率高、寿命长、充放电速度快、反应灵敏、转换效率高等特点被视为最具有竞争力的化学储能技术之一。锂离子电池前沿技术为聚合物离子液态锂电池、全固态锂电池和锂-空气电池技术等。

1.6 电储技术-钠硫电池

钠硫电池应用涵盖消峰填谷、可再生能源输出稳定、电动汽车应急电源、电能质量改善等。日本在全球钠硫电池领域处于绝对领先地位，国内已在建设钠硫电池储能电站示范工程。钠硫电池前沿技术为高质量陶瓷管和抗腐蚀电极材料技术等。

1.7 电储技术-液流电池

液流电池主要应用于备用电源、电动汽车和规模储能等。美国、日本及欧洲各国均布局液流电流技术的研究和应用示范，国内开展了全钒液流电池储能系统的示范。液流电池前沿技术主要有全钒液流电池、锌溴液流电池和锂液流电池技术等。

1.8 电储技术-超导磁储能

超导磁储能主要解决了电网暂停稳定性问题，适用于输配电稳定、频率调节、震荡抑制等。在美国、日本和欧洲等地得到初步应用，目前国内外超导磁储能研发差距并不明显，我国研制了储能高温超导磁储能系统样机。超导磁储能主要前沿技术有高效低温制冷和功率变换调节技术等。

1.9 电储技术-超级电容器

超级电容器适合于需要提供短时较大的脉冲功率场合。ABB公司开发出4 MW的超级电容器储能装置，西门子开发出储能容量达到21 MJ/5.7 Wh、最大功率1 MW的超级电容器装置，国内也陆续出现超级电容器的示范项目。超级电容器前沿技术为石墨烯基超级电容器、锂离子超级电容器和超级电容封装和模块化技术等。

1.10 储热技术

显热储热中熔融盐储热是目前光热发电方面的主要技术，其主要应用于中控德令哈熔融盐太阳能热电站。潜热储能技术趋于成熟，多用于建筑储能或参与电网调峰。热化学储热技术目前还不成熟，国内相关研究刚刚起步。储热技术前沿技术主要有复合混凝土、陶瓷球、熔融盐高温显热储热、纳微复合材料相变储热、中低温热化学吸附储热以及中高温热化学反应储热等。

1.11 储氢能技术

储氢能核心技术包括制氢、储氢、用氢、焦膜电极、双极板、高压储氢瓶、增压机等关键技术。我国氢能源的发展在一些关键核心技术方面仍然存在技术短板，象电驱动系统、高速轴承、电堆水平等方面。未来将推进氢燃料电池工程化及基础设施的建设。

2 储能技术发展趋势

储能未来的应用趋势主要集中在可再生能源发电、微电网和智能电网中，以后主要发展趋势有：

（1）在集中式储能方面，还应大力发展抽蓄技术。

（2）现阶段成本过高是储能技术大规模推广运用的最大瓶颈，应提高转换效率和降低成本。

（3）多种储能元件的组合或电网常规手段的组合应用是储能发展方向。

（4）开发先进的、适应性强的电池管理系统（BMS）是今后发展的方向，建立电池管理系统、虚拟发电系统以及配电网的能量管理系统将会融合成一个体系。

（5）随着电动汽车数量的不断增加，电动汽车中上的储能电池对电网的要求也值得研究和探讨。

（6）随着可再生能源渗透率的不断提高，远期储能技术的市场看好，应探索在氢和合成天然气方面的应用。

3 存在问题

能源行业的发展目标已从“数量至上”转变为“提质增效”，而储能技术对于新能源消纳、微电网、电动汽车和电网调频等领域具有重要意义。目前我国大部分储能项目仍处于示范阶段，没有一种储能技术在市场上占据绝对优势，能实现盈利的项目少之又少，储能行业想要取得长足发展，实现规模化、商业化，需要解决经济性、政策性和技术性三方面问题。经济方面要解决盈利能力不强的问题，政策方面要明确市场化机制和价格，技术方面要解决安全性问题。储能产业也要不断拓宽其商业模式，将当前主要在用户侧的储能应用拓展到调峰调频、风光储多能互补、输配电扩容、智能电网和分布式微网等更多领域。

参考文献

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[2]汪翔，陈海生，徐玉杰，等.储热技术研究进展与趋势[J].科学通报，2017，62（15）：1602-1610.

[3]胡泽春，丁华杰，宋永华，等.能源互联网背景下储能应用的研究现状与展望[J].电力建设，2016，37（8）：8-17.