储能技术分类及市场需求分析

董 舟，王 宁，李 凯，况 波，李江波，朱 青

（中国电建集团河北省电力勘测设计研究院有限公司，河北 石家庄 050031）

储能主要是指电能的储存，并通过某种介质或者设备，将各种形式的能量储存起来，根据现场所要应用的形式，将特定的能量释放出来的过程。储能技术广泛应用于智能电网建设的发电、输电、配电、用电四大环节，也是发展可再生能源接入、分布式发电、微电网和电动汽车的必要支持技术。根据能量的具体形式，储能可分为化学储能、电磁储能、物理储能等。

1 储能技术分类及应用特点

1.1 化学储能

化学储能主要是指电池储能，其在储能密度、储能效率、储放电速率等方面具有明显优势。化学储能主要适用于新能源发电侧平滑波动、调频等快速响应的应用场景。目前适合电网规模化应用的电池技术主要有铅酸电池、锂电池、钠硫电池和液流电池[1]。

（1）铅酸电池。铅酸电池具有储能容量大、成本低、维护简单等优点，但储能密度低、自放电率高、循环寿命短、重金属污染、深度放电对电池寿命影响较大。目前，铅酸电池在备用电源领域应用规模最大，例如，在电力系统正常运行时提供断路器开关电源，在电厂、变电站中起到独立供电中断的作用。

（2）锂电池。相较于铅酸蓄电池，锂电池具有能量密度高、充放电效率高、安全性高的优点，可通过串联或并联获得高电压或高容量，但电池寿命仍有待提高。锂电池各项关键技术的突破以及资源和环保方面的优势，使得其在新能源汽车、新能源发电、智能电网、国防军工等领域备受青睐。

（3）钠硫电池。钠硫电池具有能量密度高、充放电效率高、运行成本低、占地面积小、维护方便等优点。但放电深度和循环寿命有待提高，运行需要保持300℃的高温环境，运行安全性还需要更多工作予以保障。钠硫电池系统在平滑可再生能源发电功率输出、削峰填谷、应急电源等领域已有应用。

（4）液流电池。液流电池具有高功率的输出、能够进行能量转换，安全稳定的传输优点，可进行深度的放点与大电流放点过程，并无需进行特殊保护。液流电池适用于平抑新能源发电波动、辅助调峰、边远地区供电、工厂及办公楼供电、不间断电源场所等，主要包括锌溴液流电池，氯化锌液流电池和全钒液流电池等。

1.2 电磁储能

电磁储能主要包括超级电容器储能和超导磁储能，是功率型储能技术。

（1）超级电容器。超级电容器具有循环效率高、充放电速度快、功率密度高、循环充放电次数多、工作温度范围广等优点。它主要应用于电力系统中，具有时间短、功率负荷平滑、峰值电能质量高等优点。其制约因素主要是能量密度低、自放电率较高、成本较高。

（2）超导磁储能。超导磁储能是将通过变流器进入线圈的电能转换为磁能进行储存的一种储能技术，在进行转换电能时，功率输送无需进行能源的形式转换，其响应的速度为ms级，转换与循环的效率较高，具有较大的功率密度和比容量。

1.3 物理储能

物理储能主要包括抽水蓄能、飞轮储能和压缩空气储能等。

（1）抽水蓄能。抽水蓄能是目前最成熟、建设规模最大的蓄能方式。其主要应用领域包括系统的峰值负荷调节、调频、相位调制、应急备用、黑启动和后备容量。进一步提高整体经济,高水头抽水蓄能机组,高速度、大容量发展方向，未来的重点将基于振动和空蚀、变形、止水以及磁性的研究，侧重于操作的可靠性和稳定性，水量不大，使用连续供电的质量要求较高的速度控制单元，实现自动频率控制[2]。

（2）飞轮储能。飞轮储能技术比较成熟，具有可长期循环使用、寿命长、几乎不受充放电次数限制、安装维护方便、对环境无危害的优点。飞轮储能技术既可以提供有功和无功功率，又可以从配网中吸收有功和无功功率，适合应用于配电网的电能质量控制，负荷跟踪性好，能自动调节自身运行状态，实时控制配电网电能质量，但其容量通常在5kW~1.5MW之间，远远低于抽水蓄能和压缩空气储能的容量。

（3）压缩空气储能。压缩空气储能属于能量型规模化电网储能技术，具有储能容量大、存储时间长、建设周期较短、寿命长且无污染等优点，可用于削峰填谷、平抑可再生能源间歇性和参与电网二次调频等[3]。压缩空气储能装机容量可达数百兆瓦，规模仅次于抽水蓄能，且技术较为成熟，其响应时间等特性适用于电网调峰，便于开展大规模的商业化应用。

1.4 储能技术性能对比

目前，没有一种储能技术能够同时满足能量密度、功率密度、储能效率、使用寿命、环境、成本等大规模应用的要求。不同的储能技术具有不同的性能特点，也决定了其不同的电网应用场景。各种储能技术关键性指标对比见表1。

2 储能产业现状简介

根据国际能源署（IRENA）数据，到2017年中，全球储能的累计装机为176GW。其中，抽水蓄能装机容量169GW、占全球电力储能总装机的96%,蓄热储能装机容量3.3GW、占全球电力储能总装机的1.9%，电化学储能装机容量1.9GW、占全球电力储能总装机的1.1%，机械储能（飞轮储能和压缩空气储能）总装机容量1.6GW、占全球总装机容量的0.9%。同时期，我国可统计储能总装机为28.9GW，约占全球电力储能总装机的16.4%，主要为抽水蓄能和电化学储能，其中抽水蓄能装机量占比接近99%[4]。

表1 各种储能技术关键性能指标对比

3 储能市场需求分析

截止2017年底，我国风力发电总装机容量为164GW，太阳能发电总装机容量为130.25GW。根据《中国可再生能源发展路线图2050》研究报告，中国的风能资源潜力在3000GW左右，但风、光可再生能源的发电特性受到自然条件的约束，特点为间歇性发电和不稳定性发电。

在一天时间内，客户端用电不稳定，电力负荷受白天高峰和夜间低谷的周期性变化影响，负荷峰谷差高达发电量的30%~40%，给发电和调度带来困难。建立调峰电站和大规模、运行经济、响应迅速的储能系统，将非峰功率转化为峰功率，是实现发电与用电解耦和负荷调节的有效途径。

4 结语

随着电力需求和生产的不断增长，电网负荷的峰谷差不断扩大。电力蓄能系统迫切需要与之相匹配，平滑电力负荷，提高设备运行效率和经济性。此外，储能系统可以“拼接”间歇性可再生能源，提高电力系统的稳定性，从而解决可再生能源发展的瓶颈问题。本文通过对各类储能技术特性和市场需求分析，阐明了储能产业在电力建设中的重要作用和巨大发展前景，我们应进一步加大相关技术研究，切实推进其产业化应用，使其在未来智能电网、可再生能源接入、分布式发电、微网以及电动汽车发展中发挥其重要作用。