結(jié)合新基建發(fā)展背景，本文進(jìn)行儲(chǔ)能技術(shù)的典型應(yīng)用調(diào)研與分析，重點(diǎn)介紹電化學(xué)、飛輪、超級(jí)電容等儲(chǔ)能技術(shù)在 5G 基站、數(shù)據(jù)中心、特高壓、城際高速鐵路和城市軌道交通、新能源汽車充電樁 5 種 產(chǎn)業(yè)發(fā)展中所起的作用以及典型的應(yīng)用實(shí)例。由于 各類儲(chǔ)能技術(shù)的特點(diǎn)及適用范圍各不相同，應(yīng)用時(shí)需結(jié)合具體產(chǎn)業(yè)發(fā)展要求、環(huán)境特點(diǎn)等進(jìn)行考慮。最 后，文章將對(duì)未來(lái)各類產(chǎn)業(yè)配置儲(chǔ)能提出建議，以期為我國(guó)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)在各種應(yīng)用場(chǎng)景的發(fā)展提供借鑒。
新基建背景下儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展契機(jī)
1.1 國(guó)家政策
2020 年兩會(huì)政府報(bào)告中提到：增強(qiáng)新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，發(fā)展新一代信息網(wǎng)絡(luò)，拓展 5G 應(yīng)用，建設(shè)充電樁，推廣新能源汽車，激發(fā)新消費(fèi)需求、助力產(chǎn)業(yè)升級(jí)。
2020 年是“十四五”規(guī)劃的編制之年?！笆奈濉睍r(shí)期，可再生能源將作為常規(guī)電源予以考核和約束，因此電網(wǎng)調(diào)峰需求將進(jìn)一步增大，配置一定比例的儲(chǔ)能將成為主要調(diào)節(jié)手段。
教育部、國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局《關(guān)于印發(fā)﹤儲(chǔ)能技術(shù)專業(yè)學(xué)科發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2020—2024 年）﹥的通知》指出，要增強(qiáng)儲(chǔ)能核心技術(shù)研究和創(chuàng)新水平，培養(yǎng)儲(chǔ)能領(lǐng)域人才，保證儲(chǔ)能技術(shù)的主導(dǎo)地位，推動(dòng)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)盡快達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，以理論和實(shí)踐相結(jié)合促進(jìn)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。
1.2 地方規(guī)劃
新型基礎(chǔ)設(shè)施主要包括信息基礎(chǔ)設(shè)施、融合基礎(chǔ)設(shè)施以及創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施。伴隨著技術(shù)革命與產(chǎn)業(yè)變革，新型基礎(chǔ)設(shè)施的內(nèi)涵與外延將不斷發(fā)生變化。自中央提及新基建以來(lái)，國(guó)家和地方政府對(duì)新 基建的政策支持力度不斷加大，全國(guó)各地的新基建規(guī)劃與政策相繼出臺(tái)，如表 1 所示。
5G 基建背景下的儲(chǔ)能技術(shù)
截至 2019 年 6 月，我國(guó)通信基站數(shù)量如圖 1 所示。隨著儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展，具有高利用率、小型化等特點(diǎn)的新型儲(chǔ)能系統(tǒng)會(huì)填補(bǔ)基站儲(chǔ)能技術(shù)的空白，保證基站供電的穩(wěn)定性。根據(jù)功率的不同，5G 基站分為微基站、宏基站 2 大類。微基站一般直接 由市電網(wǎng)直接供電，不設(shè)置儲(chǔ)能系統(tǒng)；宏基站涉及范圍廣、基站功率大，一般建設(shè)在室外，需要儲(chǔ)能系統(tǒng)作為備用電源以保證供電的穩(wěn)定性。
2.1 通信鐵塔
通信鐵塔是移動(dòng)通信基站的組成部分，具有架高通信天線的作用，是通信信號(hào)發(fā)射、接收和傳輸設(shè)備的主要載體，是移動(dòng)通信網(wǎng)完成信號(hào)覆蓋的重要基礎(chǔ)設(shè)施。在輸電鐵塔上搭載通信基站所形成的共享鐵塔是一種使電力基礎(chǔ)設(shè)施獲得再利用、節(jié)約基站建設(shè)成本的新型通信鐵塔類型。
2.2 5G 基站
5G 微基站分布較廣，電力系統(tǒng)難以滿足其要求，所以很多基站開始使用儲(chǔ)能系統(tǒng)保證持續(xù)穩(wěn)定的電能輸送。例如，2017 年就有某通訊公司使用退役梯次電池建設(shè) 5G 一體化電源，蓄電池在供電系統(tǒng)正常供電時(shí)改善電能質(zhì)量，在供電發(fā)生故障時(shí)作為備用電源為負(fù)荷持續(xù)供電，保證設(shè)備持續(xù)正常的運(yùn)行。
智能儲(chǔ)能系統(tǒng)融合了通信技術(shù)、電力電子技術(shù)、傳感技術(shù)、高密技術(shù)、高效散熱技術(shù)、AI 技術(shù)、云技術(shù)以及鋰電池技術(shù)。華為基于對(duì) 5G 的理解， 推出了 5G Power 智能儲(chǔ)能系統(tǒng)，如圖 2 所示。該系統(tǒng)具有基礎(chǔ)鋰電功能、智能升壓、智能混搭、智能防盜、全網(wǎng)精細(xì)管理等優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)的管理、控制等，能夠根據(jù)大數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)前瞻性運(yùn)維和資源互補(bǔ)，既能降低運(yùn)維和建設(shè)成本，又可以減少資源浪費(fèi)。
特高壓建設(shè)背景下的儲(chǔ)能技術(shù)
3.1 特高壓輸電建設(shè)現(xiàn)狀
“十三五”規(guī)劃提出，到 2020 年，國(guó)家電網(wǎng)有限公司（國(guó)家電網(wǎng)）將建成“五縱五橫”特高壓交流骨干網(wǎng)架和 27 條特高壓直流輸電工程，形成 4.5 億 kW 的跨區(qū)跨省輸送能力，建成以“三華”電網(wǎng)為核心的統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)。
3.2 特高壓輸電問(wèn)題解決方法
從目前研究來(lái)看，特高壓輸電技術(shù)中存在的問(wèn)題影響因素較多且解決方法較少，急需配置儲(chǔ)能系統(tǒng)，為解決輸電問(wèn)題提供一種新的思路和方法。
城際軌道交通和高速鐵路建設(shè)背景下的儲(chǔ)能技術(shù)
由于具有安全、環(huán)保、節(jié)約能源、占地較少等特點(diǎn)，軌道交通逐漸成為人們出行的主要交通模式，近幾年發(fā)展較快。儲(chǔ)能技術(shù)在軌道交通行業(yè)的發(fā)展中也占有一席之地，列車可以通過(guò)儲(chǔ)能技術(shù)儲(chǔ)存電能，在無(wú)接觸網(wǎng)或緊急情況下釋放電能，以保證正常行駛。地鐵和城際高鐵應(yīng)用較為廣泛。
4.1 地鐵
地鐵能量回收是一種大功率、高頻次的應(yīng)用場(chǎng)景，目前應(yīng)用較為廣泛的是再生制動(dòng)能量吸收利用。當(dāng)制動(dòng)能量不能被本車吸收時(shí)，牽引網(wǎng)電壓上升，上升到一定程度后，牽引變電所中再生制動(dòng)能量吸收裝置投入工作，吸收再生電流，使車輛再生電流穩(wěn)定，如圖 3 所示。目前，再生能量吸收裝置可分為電阻消耗型、電容儲(chǔ)能型、飛輪儲(chǔ)能型、逆變回饋型，各類型裝置對(duì)比如表 3 所示。目前電容儲(chǔ)能型和飛輪儲(chǔ)能型較為常用。
4.1.1 飛輪儲(chǔ)能
地鐵列車進(jìn)站回收的電能通過(guò)電阻放熱方式消耗，存在資源浪費(fèi)，飛輪儲(chǔ)能具有響應(yīng)快、頻次高、可靠性高、壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，可以很好地解決這些問(wèn)題。
4.1.2 超級(jí)電容儲(chǔ)能
超級(jí)電容儲(chǔ)能具有高功率、長(zhǎng)壽命的特點(diǎn)，也可回收制動(dòng)能量，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量再利用。
4.2 城際高鐵
城際高鐵儲(chǔ)能系統(tǒng)的主要作用是降低能耗、牽引列車、制動(dòng)能量回收、降低峰值功率等。鐵路行業(yè)的儲(chǔ)能系統(tǒng)主要分為地面儲(chǔ)能系統(tǒng)和車載儲(chǔ)能系統(tǒng)，其中車載儲(chǔ)能系統(tǒng)主要安裝在列車內(nèi)，用于存儲(chǔ)列車內(nèi)部的回收能量，所需功率小于地面儲(chǔ)能系統(tǒng)。
我國(guó)地鐵線路上也有配備儲(chǔ)能系統(tǒng)。中車長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司在輕軌上加裝磷酸鐵鋰電池系統(tǒng)，可以增加列車?yán)m(xù)航里程，充電時(shí)間較短，應(yīng)用前景廣闊。
新能源汽車充電樁建設(shè)背景下的儲(chǔ)能技術(shù)
作為新型城市交通基礎(chǔ)設(shè)施，充電樁是電動(dòng)汽車推廣應(yīng)用的基本保障。我國(guó)充電基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)形成了規(guī)模化快速發(fā)展態(tài)勢(shì)，相關(guān)行業(yè)政策、標(biāo)準(zhǔn)體系也已基本建立，但充電基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)尚未明確， 新能源汽車充電樁建設(shè)為我國(guó)新能源汽車能源供給保障明確了主基調(diào)。儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用于充電樁可以保證充電樁電能的穩(wěn)定性，避免因電網(wǎng)波動(dòng)導(dǎo)致的充電樁失靈，降低充電站配電線路成本，產(chǎn)生良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。
5.1 光伏儲(chǔ)能充電樁
近年來(lái)，充電樁和光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)結(jié)合形成自發(fā)電的電網(wǎng)系統(tǒng)，光伏發(fā)電可保證充電樁電能的穩(wěn)公司名稱已修改定性，余電可以利用儲(chǔ)能系統(tǒng)儲(chǔ)存起來(lái)，進(jìn)行削峰填谷、峰谷套利，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化。雖然影響光伏發(fā)電的因素頗多，但加入儲(chǔ)能系統(tǒng)，一方面可幫助光伏在應(yīng)用過(guò)程中解決一部分發(fā)電冗余和并網(wǎng)問(wèn)題，另一方面可發(fā)揮組合優(yōu)勢(shì)，帶動(dòng)光伏、儲(chǔ)能、充電樁多向發(fā)展。
我國(guó)國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車充電行業(yè)在近幾年也得到了快速發(fā)展。圖 6 為松山湖太魯閣光儲(chǔ)充一體化充電站，該充電站通過(guò)核心系統(tǒng)“光儲(chǔ)充一體式能源微網(wǎng)系統(tǒng)”與“能源互聯(lián)共享平臺(tái)”的對(duì)接，信息通過(guò) 5G 通道上送。
5.2 電動(dòng)汽車儲(chǔ)能充電站
將傳統(tǒng)儲(chǔ)能技術(shù)與電動(dòng)汽車充電站相結(jié)合，既可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的削峰填谷，保證供電的穩(wěn)定性，還能夠降低大規(guī)模汽車充電時(shí)對(duì)電網(wǎng)造成的沖擊，延長(zhǎng)使用壽命。
青島薛家島和上海嘉定區(qū)安亭鎮(zhèn)電動(dòng)汽車充換放儲(chǔ)一體化示范電站（圖 7）為目前已經(jīng)投運(yùn)的充放儲(chǔ)一體化電動(dòng)汽車充電站。
大數(shù)據(jù)中心建設(shè)背景下的儲(chǔ)能技術(shù)
現(xiàn)代生活中所需的數(shù)據(jù)大多存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)中心， 伴隨著新基建的發(fā)展，數(shù)據(jù)中心的重要性逐漸顯 現(xiàn)，其電力供應(yīng)也顯得格外重要，而不間斷電源系統(tǒng)（uninterruptible power system，UPS）的普遍使用可以保證數(shù)據(jù)中心電力供應(yīng)不會(huì)出現(xiàn)故障。因此， UPS 儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要，影響到 UPS 的體積、壽命和成本。
6.1 UPS 儲(chǔ)能技術(shù)在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用
6.1.1 UPS+電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)
UPS 作為備用電源，一般后備時(shí)間要求不低于 15 min，最初 UPS 內(nèi)部通常采用鉛酸電池。谷歌 （Google）是進(jìn)行服務(wù)器自主研發(fā)定制的互聯(lián)網(wǎng)公司，早期采用鉛酸電池供電；臉書（Facebook）自建數(shù)據(jù)中心的供電系統(tǒng)采用DC48V 離線備用系統(tǒng)， 為每 6 個(gè) 9 kW 的機(jī)柜配置 1 個(gè)鉛酸蓄電池柜；中國(guó)移動(dòng)數(shù)據(jù)中心采用 DC48V 輸出系統(tǒng)，并配置儲(chǔ)能電池柜，系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖 8 所示。
6.1.2 UPS+飛輪儲(chǔ)能技術(shù)
電力設(shè)備的體積、能耗以及確保關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用的最高電能質(zhì)量和可靠性是數(shù)據(jù)中心建設(shè)所面臨的挑戰(zhàn)，飛輪儲(chǔ)能可以完美地解決這一難題。飛輪儲(chǔ)能 UPS 和傳統(tǒng)儲(chǔ)能 UPS 技術(shù)對(duì)比如表 4 所示。
6.2 其他儲(chǔ)能技術(shù)在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用
我國(guó)的數(shù)據(jù)中心建設(shè)將更多地采用儲(chǔ)能材料和蓄冷技術(shù)。2019 年，《關(guān)于加強(qiáng)綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)的指導(dǎo)意見》出臺(tái)，要求到 2022 年，數(shù)據(jù)中心平均能耗基本達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。在該意見指導(dǎo)下，工業(yè)和信息化部于 2019 年 11 月正式發(fā)布了《綠色數(shù)據(jù)中心先進(jìn)適用技術(shù)產(chǎn)品目錄（2019 年版）》，其中無(wú)機(jī)相變儲(chǔ)能材料蓄冷技術(shù)和水蓄冷技術(shù)入列。
新基建背景下儲(chǔ)能技術(shù)展望
1）積極部署儲(chǔ)能在 5G 技術(shù)、軌道交通、工業(yè)能源互聯(lián)、軍民融合、國(guó)家應(yīng)急保障體系等領(lǐng)域的試點(diǎn)工程，全方位驗(yàn)證儲(chǔ)能在新基建工程中的樞紐作用。
2）積極部署新型、顛覆性技術(shù)對(duì)現(xiàn)有儲(chǔ)能體系的有益補(bǔ)充，鼓勵(lì)高安全、長(zhǎng)壽命、高效率、低成本、易回收的電池體系戰(zhàn)略推進(jìn)，進(jìn)行試點(diǎn)示范及比對(duì)研究，實(shí)現(xiàn)新舊技術(shù)的交替，完成我國(guó)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)從簡(jiǎn)單跟跑到領(lǐng)跑的角色轉(zhuǎn)換。
3）選取代表性的、具備可推廣性的重大國(guó)家戰(zhàn)略意義的試點(diǎn)工程，在國(guó)家級(jí)開放區(qū)域、我國(guó)可再生能源富集基地、跨省區(qū)域外送通道薄弱環(huán)節(jié)、能源片區(qū)之間部署 GW 級(jí)大型儲(chǔ)能重大試點(diǎn)工程，并逐步在全國(guó)范圍推廣。
結(jié)論與建議
儲(chǔ)能技術(shù)可廣泛應(yīng)用于融合新能源、城市應(yīng)急供電、5G 基站后備電源以及邊防哨所、軍民融合等諸多方面，是新基建不可或缺的重要保障。目前我國(guó)儲(chǔ)能技術(shù)仍面臨諸多挑戰(zhàn)，如儲(chǔ)能電池技術(shù)尚處于跟跑、借鑒水平，急需實(shí)現(xiàn)突破，挖掘新的電池體系；政策法規(guī)較少，有效執(zhí)行的保障少；缺乏長(zhǎng)久、有效的商業(yè)模式等。對(duì)此，建議：
1）國(guó)家各部委政策應(yīng)統(tǒng)一協(xié)調(diào)，頂層設(shè)計(jì)，成體系推進(jìn)，避免出現(xiàn)重復(fù)制定甚至互相沖突的條款。
2）應(yīng)進(jìn)一步探索合作機(jī)制和商業(yè)模式，加快實(shí)現(xiàn)跨行業(yè)、跨領(lǐng)域的應(yīng)用數(shù)據(jù)資源融通帶動(dòng)大、中、 小、微企業(yè)融合發(fā)展；推動(dòng)制造業(yè)與服務(wù)業(yè)深度融合和資源共享的扁平化、系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化平臺(tái)建設(shè)，以激發(fā)市場(chǎng)活力。
3）各省應(yīng)結(jié)合具體情況，出臺(tái)相應(yīng)的配套實(shí)施細(xì)則，確保實(shí)操性，政策應(yīng)具有持續(xù)性、連貫性， 確保產(chǎn)業(yè)鏈中的各環(huán)節(jié)持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展。
