隨著儲能技術(shù)的大量應(yīng)用必將在傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)、規(guī)劃、調(diào)度、控制方面帶來變革。儲能技術(shù)關(guān)系到國計(jì)民生，具有越來越重要的經(jīng)濟(jì)價值和社會價值，目前儲能在中國的發(fā)展剛剛起步。國家應(yīng)該盡快研究儲能技術(shù)的相關(guān)產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)儲能技術(shù)基礎(chǔ)研究的投入，切實(shí)鼓勵技術(shù)創(chuàng)新，掌握自主知識產(chǎn)權(quán)；從規(guī)模儲能技術(shù)發(fā)展起始階段就重視環(huán)境因素，防治環(huán)境污染；充分發(fā)揮儲能在節(jié)能減排方面的作用，把對新能源的鼓勵政策延伸到儲能環(huán)節(jié)。
近年來，我國電網(wǎng)峰谷差逐年增大，多數(shù)電網(wǎng)的高峰負(fù)荷增長幅度在10%左右，甚至更高。而低谷負(fù)荷的增長幅度則維持在5%甚至更低。峰谷差的增加幅度大于負(fù)荷的增長幅度，在電網(wǎng)中引入儲能系統(tǒng)成為了實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)峰的迫切需求。
儲能技術(shù)擁有廣泛的應(yīng)用前景，但實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘍δ墚?dāng)前仍是一個世界性難題。目前，我國約有40個儲能示范項(xiàng)目，而規(guī)模在1000千瓦級的項(xiàng)目為數(shù)不多。這些儲能項(xiàng)目多起到示范、探索性作用，并不具備產(chǎn)業(yè)化意義。
儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展機(jī)遇
由于我國的能源中心和電力負(fù)荷中心距離跨度大，電力系統(tǒng)一直遵循著大電網(wǎng)、大電機(jī)的發(fā)展方向，按照集中輸配電模式運(yùn)行，隨著可再生能源發(fā)電的飛速發(fā)展和社會對電能質(zhì)量要求的不斷提高，儲能技術(shù)應(yīng)用前景廣闊。儲能技術(shù)主要的應(yīng)用方向有：風(fēng)力發(fā)電與光伏發(fā)電互補(bǔ)系統(tǒng)組成的局域網(wǎng)，用于偏遠(yuǎn)地區(qū)供電、工廠及辦公樓供電；通信系統(tǒng)中作為不間斷電源和應(yīng)急電能系統(tǒng)；風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)電能質(zhì)量調(diào)整；作為大規(guī)模電力存儲和負(fù)荷調(diào)峰手段；電動汽車儲能裝置；作為國家重要部門的大型后備電源等。隨著儲能技術(shù)的不斷進(jìn)步，安全性好、效率高、清潔環(huán)保、壽命長、成本低、能量密度大的儲能技術(shù)將不斷涌現(xiàn)，必將帶動整個電力行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的快速發(fā)展，創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
國家電網(wǎng)公司近期確定的智能電網(wǎng)重點(diǎn)投資領(lǐng)域中包括了大量儲能應(yīng)用領(lǐng)域，如發(fā)電領(lǐng)域的風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電中應(yīng)用儲能技術(shù)項(xiàng)目，配電領(lǐng)域儲能技術(shù)，電動汽車充放電技術(shù)等。無論是風(fēng)電還是太陽能發(fā)電，其自身都具有隨機(jī)性和間歇性特征，其裝機(jī)容量的快速增長必對電網(wǎng)調(diào)峰和系統(tǒng)安全帶來不利影響，所以，必須要有可靠的儲能技術(shù)作為支撐和緩沖。先進(jìn)儲能技術(shù)能夠在很大程度上解決新能源發(fā)電的波動性問題，使風(fēng)電及太陽能發(fā)電大規(guī)模的安全并入電網(wǎng)。
并網(wǎng)逆變器作為光伏電池與電網(wǎng)的接口裝置，將光伏電池的直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能并傳輸?shù)诫娋W(wǎng)上，在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用。并網(wǎng)逆變器性能對于系統(tǒng)的效率、可靠性，系統(tǒng)的壽命及降低光伏發(fā)電成本至關(guān)重要。
儲能技術(shù)發(fā)展有利于推進(jìn)風(fēng)電就地消納，在當(dāng)前產(chǎn)業(yè)梯度轉(zhuǎn)移的大背景下，可考慮在大型風(fēng)電基地附近布局供熱、高耗能產(chǎn)業(yè)，同時加快建立風(fēng)電場與這些大電力用戶和電力系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行機(jī)制。國家電網(wǎng)近期確定的智能電網(wǎng)重點(diǎn)投資領(lǐng)域中包括了大量儲能應(yīng)用：發(fā)電領(lǐng)域如風(fēng)光并網(wǎng)及儲能項(xiàng)目，配電領(lǐng)域如儲能技術(shù)、電動汽車充電和配電自動化等。
根據(jù)國家關(guān)于新能源產(chǎn)業(yè)的規(guī)劃，預(yù)計(jì)到2020年，國家將累計(jì)投資3萬億元大力發(fā)展可再生能源。屆時，我國可再生能源在全部能源消費(fèi)中將達(dá)到15%。按照市場普遍預(yù)期，2020年我國電力裝機(jī)達(dá)到1500GW，風(fēng)電占比10%，即150GW。配套儲能裝置的功率按照風(fēng)電裝機(jī)容量的15%計(jì)算，約為22.5GW。如果儲能裝置單位千瓦造價按照4000元/kW計(jì)算，至2020年的10年間，儲能市場規(guī)模約為900億元。
中國可再生能源協(xié)會提供的數(shù)據(jù)顯示，截至2011年年底，中國有47000MW的風(fēng)電裝機(jī)，目前只有大約有20%的風(fēng)電機(jī)組解決了并網(wǎng)的問題，但如果以20%的比例全部配備儲能則需要安裝9400MW的儲能，即使按照每兆瓦2000萬元的工程成本計(jì)算，需要一次性投入1880億元。
這是一筆龐大的投資，但這筆投資無論如何都得考慮其經(jīng)濟(jì)性。目前的鋰離子電池壽命一般為5年，攤薄至每年的投資接近400億元。倘若這個配備比例提高10個百分點(diǎn)，則攤薄至每年的投資將達(dá)到600億元，況且這還不算每年新增的風(fēng)電規(guī)模機(jī)組和其他可再生能源。
儲能技術(shù)在智能電網(wǎng)中的作用
優(yōu)質(zhì)、自愈、安全、清潔、經(jīng)濟(jì)、互動是我國智能電網(wǎng)的設(shè)定目標(biāo)，儲能技術(shù)尤其大規(guī)模儲能技術(shù)具備的諸多特性得以在發(fā)電、輸電、配電、用電4大環(huán)節(jié)得到廣泛應(yīng)用，儲能技術(shù)是構(gòu)建智能電網(wǎng)及實(shí)現(xiàn)目標(biāo)不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)之一。
儲能技術(shù)在電力系統(tǒng)穩(wěn)定中的作用。儲能技術(shù)的應(yīng)用可以改變傳統(tǒng)電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制的思維方式，從一個新的角度認(rèn)識電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題，并尋求一種可能會徹底解決電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法。在傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)中，任何微小擾動引起的動態(tài)不平衡功率都會導(dǎo)致機(jī)組間的振蕩，而只要儲能裝置容量足夠大而且響應(yīng)速度足夠快，就可以實(shí)現(xiàn)任何情況下系統(tǒng)功率的完全平衡，這是一種主動致穩(wěn)電力系統(tǒng)的思想。由于這種與儲能技術(shù)相關(guān)的穩(wěn)定控制裝置不必和發(fā)電機(jī)的勵磁系統(tǒng)共同作用，因此，可以方便地使用在系統(tǒng)中對于抑制振蕩來說最有效的部位。同時，由于這種穩(wěn)定控制裝置所產(chǎn)生的控制量可直接作用于導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩的源頭，對不平衡功率進(jìn)行精確的補(bǔ)償，可以較少甚至不考慮系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)變化對控制裝置控制效果的影響，因此裝置的參數(shù)整定非常容易，對于系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)變化的魯棒性也非常好。
儲能技術(shù)在新能源發(fā)電中的作用?；茉垂?yīng)不足已成為全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸。同時，使用化石能源造成的環(huán)境污染問題已受到全球的高度重視，積極開發(fā)新能源和儲能技術(shù)，減少人類對化石能源的依賴，已成為業(yè)界和科技界研究的熱門課題。在可再生能源中，風(fēng)能和太陽能因來源豐富、取之不盡、用之不竭，并在利用過程中無環(huán)境污染或污染很小而特別引起關(guān)注，但風(fēng)能和太陽能存在間歇性、不穩(wěn)定性和不可控性等缺陷，為保證其供電的均衡性和連續(xù)性，儲能裝置成為風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵配套部件。因此，在利用太陽能和風(fēng)能的同時，必須重視儲能技術(shù)的開發(fā)。近年來，特別是在！中華人民共和國可再生能源法？出臺之后，我國風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，但大規(guī)模發(fā)展新能源仍存在技術(shù)瓶頸，主要是風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電的并網(wǎng)技術(shù)、發(fā)電的間歇性問題需要成熟的儲能技術(shù)加以解決。因此，在新能源裝機(jī)容量提升的同時，必須同步提升儲能容量，有效地改善其電能輸出質(zhì)量。
儲能技術(shù)在分布式發(fā)電中的作用。當(dāng)今社會對電力供應(yīng)的質(zhì)量與安全可靠性要求越來越高，傳統(tǒng)的大電網(wǎng)供電方式由于自身的缺陷已經(jīng)不能滿足這種要求。目前，大電網(wǎng)與分布式發(fā)電相結(jié)合被世界上很多能源電力專家公認(rèn)為是能夠節(jié)省投資、降低能耗、提高電網(wǎng)安全性和靈活性的主要方法，是21世紀(jì)電力工業(yè)的發(fā)展方向。
分布式發(fā)電是指直接布置在配電網(wǎng)或分布在負(fù)荷附近的配置較小的發(fā)電機(jī)組，以滿足特定用戶的需要或支持現(xiàn)存配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。分布式發(fā)電包括微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電、燃料電池儲能、可再生能源如太陽能和風(fēng)力發(fā)電等?；陔娋W(wǎng)穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性考慮，分布式發(fā)電系統(tǒng)要存儲一定數(shù)量的電能，用以應(yīng)付突發(fā)事件?，F(xiàn)代儲能技術(shù)已得到了一定程度的發(fā)展，在分布式發(fā)電中已經(jīng)起到了重要作用，可以改善電能質(zhì)量、維持電網(wǎng)穩(wěn)定；在分布式電源不能發(fā)電期間向用戶提供電能。
儲能技術(shù)在電動汽車中的作用。電動汽車以電能為動力，能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)行時零排放、低噪音，是解決能源和環(huán)境問題的重要手段。堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的建設(shè)將大大促進(jìn)電動汽車的發(fā)展，包括建成完善的電動汽車配套充放電基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)，形成科學(xué)合理的電動汽車充放電站布局，充放電站基礎(chǔ)設(shè)施滿足電動汽車行業(yè)發(fā)展和消費(fèi)者的需要，電動汽車與電網(wǎng)的高效互動得到全面應(yīng)用。與傳統(tǒng)燃油汽車相比，電動汽車還存在充電時間長、續(xù)駛里程短、使用成本高等一系列問題。其中儲能技術(shù)是阻礙電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要瓶頸，儲能技術(shù)的發(fā)展必將帶動電動汽車產(chǎn)業(yè)的更大發(fā)展。
儲能技術(shù)原理和運(yùn)行模式
儲能的基本原理是，儲能技術(shù)通過功率變換裝置，及時進(jìn)行有功/無功功率吞吐，可以保持系統(tǒng)內(nèi)部瞬時功率的平衡，避免負(fù)荷與發(fā)電之間大的功率不平衡，維持系統(tǒng)電壓、頻率和功角的穩(wěn)定，提高供電可靠性；可以改善電能質(zhì)量，滿足用戶的多種電力需求，減少因電網(wǎng)可靠性或電能質(zhì)量帶來的損失；可以利用峰谷電價有效平衡負(fù)荷峰谷，減少旋轉(zhuǎn)備用，實(shí)現(xiàn)用能的經(jīng)濟(jì)性，提高綜合效益；此外，儲能還可以協(xié)助系統(tǒng)在災(zāi)變事故后重新啟動與快速恢復(fù)，提高系統(tǒng)的自愈能力。
就目前的儲能技術(shù)發(fā)展水平看，單一的儲能技術(shù)很難同時滿足能量密度、功率密度、儲能效率、使用壽命、環(huán)境特性以及成本等性能指標(biāo)，如果將兩種或以上性能互補(bǔ)性強(qiáng)的儲能技術(shù)相結(jié)合，組成復(fù)合儲能，則可以取得良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能，基于這種認(rèn)為，有專家提出將飛輪儲能與抽水蓄能電站結(jié)合起來，或許能解決未來的儲能難題。
盡管已經(jīng)出現(xiàn)了各種各樣的儲能模式，如果不考慮其經(jīng)濟(jì)性的話，飛輪儲能和抽水蓄能似乎已經(jīng)普遍被業(yè)界所接受。在各種儲能技術(shù)中，飛輪儲能是能量密度、功率密度、使用壽命等技術(shù)性能結(jié)合得非常好的一種儲能技術(shù)，在很多應(yīng)用中都具有優(yōu)勢。
飛輪儲能是指利用電動機(jī)帶動飛輪高速旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)化成動能儲存起來，在需要的時候再用飛輪帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電的儲能方式。飛輪儲能的研究主要著力于研發(fā)提高能量密度的復(fù)合材料技術(shù)和超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)。其中超導(dǎo)磁懸浮是降低損耗的主要方法，而復(fù)合材料能夠提高儲能密度，降低系統(tǒng)體積和重量。截止2012年我國還沒有100千瓦、1萬轉(zhuǎn)以上的飛輪儲能電機(jī)。
飛輪儲能技術(shù)是一種新興的電能存儲技術(shù)，它與超導(dǎo)儲能技術(shù)、燃料電池技術(shù)等一樣，都是近年來出現(xiàn)的有很大發(fā)展前景的儲能技術(shù)。雖然目前化學(xué)電池儲能技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得非常成熟，但是，化學(xué)電池儲能技術(shù)存在著諸如充放電次數(shù)的限制、對環(huán)境的污染嚴(yán)重以及對工作溫度要求高等問題。這樣就使新興的儲能技術(shù)越來越受到人們的重視。尤其是飛輪儲能技術(shù)，已經(jīng)開始越來越廣泛地應(yīng)用于國內(nèi)外的許多行業(yè)中。
抽水蓄能電站利用電力負(fù)荷低谷時的電能抽水至上水庫，在電力負(fù)荷高峰期再放水至下水庫發(fā)電的水電站。又稱蓄能式水電站。它可將電網(wǎng)負(fù)荷低時的多余電能，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娋W(wǎng)高峰時期的高價值電能，還適于調(diào)頻、調(diào)相，穩(wěn)定電力系統(tǒng)的周波和電壓，且宜為事故備用，還可提高系統(tǒng)中火電站和核電站的效率。
抽水蓄能電站是目前最成熟的，應(yīng)用最廣泛的大規(guī)模儲能技術(shù)，具有容量大，壽命長(經(jīng)濟(jì)壽命約50年)，可為電網(wǎng)提供調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、事故備用等服務(wù)，其良好的調(diào)節(jié)性能和快速負(fù)荷變化響應(yīng)能力，對于有效減少新能源發(fā)電輸入電網(wǎng)時引起的不穩(wěn)定具有重大意義。
但是，抽水蓄能電站其自身的劣勢也暴露無疑，其選址需要有水平距離小、上下水庫高度差大的地形條件，巖石強(qiáng)度高、防滲性能好地質(zhì)條件，以及充足的水源保證發(fā)電用水的需求。另外還有上、下水庫的庫區(qū)淹沒問題，水質(zhì)的變化以及庫區(qū)土壤鹽堿化等一系列環(huán)保問題需要考慮。
另外還有電池儲能，儲能蓄電池主要是指使用于太陽能發(fā)電設(shè)備和風(fēng)力發(fā)電設(shè)備以及可再生能源儲蓄能源用的蓄電池。儲能不僅能保證在最上游的發(fā)電環(huán)節(jié)接入的新能源電力是持續(xù)而且穩(wěn)定的；在能源的使用端，白天和黑夜的巨大需求差異也需要儲能削峰填谷；而新增加的電動車，有專家表示，如果中國現(xiàn)有車輛全部轉(zhuǎn)換為電動車，將等于重建一個國家電網(wǎng)系統(tǒng)，簡直是災(zāi)難性的投入。最理想的狀態(tài)下，電動車應(yīng)不僅能作為能量的吸取方，也可將電力輸送回電網(wǎng)以調(diào)節(jié)峰谷，這可大大減少電網(wǎng)為了平衡負(fù)荷增加過多的建設(shè)。在終極能源版圖里，儲能將成為一種分布式、智能可控能源格局里基石。而現(xiàn)在，儲能只不過占裝機(jī)總量的不到2%。這顯然意味著在上述3個方面，儲能蘊(yùn)藏這巨大的商業(yè)機(jī)會
儲能項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性難題的根源在于缺乏儲能電池關(guān)鍵性材料的研發(fā)技術(shù)，從而導(dǎo)致儲能電池的成本居高不下。以國內(nèi)主流儲能電池如鋰電池和全釩液流電池來說，核心材料都依賴大量進(jìn)口，價格高昂。鋰電池隔膜進(jìn)口依賴度達(dá)到80%以上，電解質(zhì)的核心材料六氟磷酸鋰的進(jìn)口依賴程度更是高達(dá)80%～90%；全釩液流電池的核心部件全氟離子交換膜則全部靠進(jìn)口，此膜材料一度占釩電池成本比重的50%。
顯然，實(shí)現(xiàn)儲能材料加工利用的技術(shù)突破、降低儲能電池的成本，是儲能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。對此，筆者有兩點(diǎn)建議：一是相關(guān)研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)要重視儲能材料關(guān)鍵性技術(shù)的研發(fā)，加強(qiáng)儲能技術(shù)基礎(chǔ)性研究，掌握核心技術(shù)；二是國家要加大儲能技術(shù)知識產(chǎn)權(quán)的保護(hù)力度，出臺相應(yīng)的優(yōu)惠政策，更重要的是制定明確的中長期產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃。
儲能產(chǎn)業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)
作為智能電網(wǎng)、電動汽車和可再生能源發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展引起投資者的高度關(guān)注。目前，我國儲能技術(shù)“門派眾多”，正處于產(chǎn)業(yè)化的初始階段。
然而我國儲能處于初級發(fā)展階段，無法大規(guī)模的投入應(yīng)用，一是各種儲能技術(shù)繁多，多數(shù)人不知如何使用和選擇；二是相關(guān)技術(shù)及性能不成熟；三是價格偏高。與國際上較為先進(jìn)的國家相比，我國儲能市場沒有建立起相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈，仍處于“一窩蜂”上馬的狀態(tài)。從國家政策層面而言，在儲能方面的投入有所不足。
從短期發(fā)展來看，儲能材料本身還沒有完美的答案。從電網(wǎng)的調(diào)度和儲能來說，存在產(chǎn)能和儲能地區(qū)問題。因此，需要在儲能發(fā)展路線、材料、技術(shù)方面有所突破，需要在效率、成本和安全問題上有所突破。
其一是經(jīng)濟(jì)性難題。儲能本身是一個產(chǎn)業(yè)，但目前的成本居高不下也是影響儲能大規(guī)模發(fā)展的一個主要因素。當(dāng)前階段大多處于示范工程的儲能工程是由社會性代替經(jīng)濟(jì)性，必然會出現(xiàn)推廣難的問題，其關(guān)鍵材料、制造工藝和能量轉(zhuǎn)化效率也是各種技術(shù)面臨的共同挑戰(zhàn)。
其二是應(yīng)用性難題。由于儲能在電力系統(tǒng)的應(yīng)用時間短，尤其目前尚未在電網(wǎng)系統(tǒng)大規(guī)模應(yīng)用，其抽水蓄能電站也僅是試驗(yàn)示范工程。電力行業(yè)對產(chǎn)品可靠性要求高，傳統(tǒng)上至少需要5年以上的實(shí)地可靠性測試和試用才能通過電力用戶的最低標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致產(chǎn)品規(guī)模生產(chǎn)前定型周期長；儲能產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)成熟度、可靠性與一定的規(guī)?；苯酉嚓P(guān)?；谏鲜鲞@種實(shí)際，要想在短期內(nèi)大規(guī)模推廣儲能不太現(xiàn)實(shí)，但目前緊鑼密鼓發(fā)展的智能電網(wǎng)急需解決儲能這個關(guān)鍵難題，因此應(yīng)用性是首當(dāng)其沖的考驗(yàn)。
其三是政策性難題，儲能由于發(fā)電、輸電、配電和售電等電力系統(tǒng)環(huán)節(jié)整體受益，但目前尚未出現(xiàn)主導(dǎo)環(huán)節(jié)，勢必導(dǎo)致利益分配不公。由于儲能的經(jīng)濟(jì)價值難以計(jì)算，如果由政府主導(dǎo)，其實(shí)施企業(yè)則會出現(xiàn)積極性不高等各種問題。因此，如何選擇適用的儲能技術(shù)、如何在電力系統(tǒng)中進(jìn)行規(guī)模應(yīng)用、如何建立行業(yè)機(jī)制，這也是國家相關(guān)主管部門和企業(yè)共同協(xié)商制定儲能產(chǎn)業(yè)政策需要考慮的核心問題。
中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員張華民也指出，隨著可再生能源的普及應(yīng)用、電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及智能電網(wǎng)的建設(shè)，各種儲能技術(shù)都面臨巨大挑戰(zhàn)和前所未有的發(fā)展機(jī)遇。
