圖：國(guó)家風(fēng)光儲(chǔ)輸示范工程 儲(chǔ)能電站
儲(chǔ)能技術(shù)通過(guò)功率變換裝置，及時(shí)進(jìn)行有功/無(wú)功功率吞吐，可以保持系統(tǒng)內(nèi)部瞬時(shí)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(lái)的損失；可以利用峰谷電價(jià)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(chǔ)能還可以協(xié)助系統(tǒng)在災(zāi)變事故后重新啟動(dòng)與快速恢復(fù)，提高系統(tǒng)的自愈能力。全球儲(chǔ)能技術(shù)主要有物理儲(chǔ)能 (如抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能等)、化學(xué)儲(chǔ)能(如鈉硫電池、液流電池、鉛酸電池、鎳鎘電池、超級(jí)電容器等)和電磁儲(chǔ)能(如超導(dǎo)電磁儲(chǔ)能)等三大類。
中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所張華民教授說(shuō)：“哪種技術(shù)更適合大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展，何種儲(chǔ)能技術(shù)最值得關(guān)注，都需要應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的檢驗(yàn)。就現(xiàn)在的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，誰(shuí)也取代不了誰(shuí)，誰(shuí)也不能獨(dú)霸天下。各自都有不同點(diǎn)和應(yīng)用的空間，各種技術(shù)占領(lǐng)在不同的位置。”在目前已經(jīng)獲得實(shí)際應(yīng)用或者第三方測(cè)試驗(yàn)證的各種大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)中，抽水蓄能和壓縮空氣技術(shù)相對(duì)成熟，適合100兆瓦以上級(jí)別儲(chǔ)能系統(tǒng)；鈉硫電池、礬電池、鋰電池、鉛酸電池和飛輪儲(chǔ)能電池已經(jīng)開始運(yùn)用于兆瓦級(jí)別的項(xiàng)目中，而在百萬(wàn)千瓦及以下級(jí)別的應(yīng)用中，大多數(shù)儲(chǔ)能技術(shù)都能夠滿足需求。
抽水儲(chǔ)能是目前電力系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的一種儲(chǔ)能技術(shù)，一般工業(yè)國(guó)家抽水儲(chǔ)能裝機(jī)占比約在5%~10%的水平。其主要作用包括調(diào)峰填谷、調(diào)頻、調(diào)相、緊急事故備用、黑啟動(dòng)和提供系統(tǒng)的備用容量，還可以提高系統(tǒng)中火電站和核電站的運(yùn)行效率。然而，大型抽蓄電站通常在山區(qū)，通常離風(fēng)電場(chǎng)遠(yuǎn)，大型抽蓄電站與風(fēng)電場(chǎng)的長(zhǎng)距離意味著增加已經(jīng)過(guò)負(fù)荷電網(wǎng)的負(fù)擔(dān)和輸電損失，為了補(bǔ)償非常不穩(wěn)定的風(fēng)能，水泵的入力應(yīng)當(dāng)連續(xù)變化。為了解決上述問題，國(guó)際著名的安德里茨水電集團(tuán)就此研發(fā)了一個(gè)創(chuàng)新概念，小型、分布式抽水蓄能電站，采用標(biāo)準(zhǔn)變轉(zhuǎn)速水泵水輪機(jī)，同步電動(dòng)發(fā)電機(jī)配全容量變頻器。這個(gè)新概念的要點(diǎn)是抽蓄電站可在當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)，靠近風(fēng)電場(chǎng)，典型水頭范圍是在50米~200米。這一突破創(chuàng)新受到國(guó)內(nèi)外電力公司和專家的關(guān)注。
壓縮空氣技術(shù)可以用于冷啟動(dòng)、黑啟動(dòng)，響應(yīng)速度快，主要用于峰谷電能回收調(diào)節(jié)、平衡負(fù)荷、頻率調(diào)制、分布式儲(chǔ)能和發(fā)電系統(tǒng)備用。2009年，壓縮空氣儲(chǔ)能被美國(guó)列入未來(lái)10大技術(shù)，德、美等國(guó)有示范電站投入運(yùn)營(yíng)。
總體而言，目前尚處于產(chǎn)業(yè)化初期，技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性有待觀察。飛輪儲(chǔ)能利用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)飛輪高速旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能儲(chǔ)存起來(lái)，在需要時(shí)飛輪帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。飛輪儲(chǔ)能的優(yōu)點(diǎn)是效率可達(dá)90%以上，無(wú)噪聲、無(wú)污染、維護(hù)簡(jiǎn)單，可連續(xù)工作。缺點(diǎn)是能量密度比較低，保證系統(tǒng)安全性方面的費(fèi)用很高，在小型場(chǎng)合還無(wú)法體現(xiàn)其優(yōu)勢(shì)。目前，飛輪儲(chǔ)能技術(shù)可用于不間斷電源、電網(wǎng)調(diào)峰和頻率控制，主要作為蓄電池系統(tǒng)作補(bǔ)充。隨著新材料的應(yīng)用和能量密度的提高，其下游應(yīng)用逐漸成長(zhǎng)，處于產(chǎn)業(yè)化初期。
目前，鈉硫電池在國(guó)外已是發(fā)展相對(duì)成熟的儲(chǔ)能電池，其壽命可達(dá)10年~15年。日本在2002年就已進(jìn)入商業(yè)化實(shí)施階段，2007年日本年產(chǎn)鈉硫電池量已超過(guò)100兆瓦，并開始向海外輸出。在國(guó)內(nèi)，國(guó)家電網(wǎng)公司同中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所合作，2008年完成了電池模塊研制，2009年度攻關(guān)百萬(wàn)千瓦級(jí)儲(chǔ)能設(shè)備，2010年實(shí)現(xiàn)世博會(huì)示范應(yīng)用，到2011年進(jìn)入大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化階段。將來(lái)該項(xiàng)技術(shù)極有可能成為首批電化學(xué)儲(chǔ)能電站的應(yīng)用技術(shù)。
全釩氧化還原液流電池，簡(jiǎn)稱釩電池，具有長(zhǎng)壽命、大容量、頻繁充放電等優(yōu)勢(shì)。目前，全球范圍內(nèi)能夠提供工業(yè)化釩電池產(chǎn)品的企業(yè)包括日本住友電工、北京世紀(jì)普能、大連融科等企業(yè)。全釩液流電池已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)作，能夠有效平滑風(fēng)力發(fā)電功率。在日本運(yùn)營(yíng)的容量為4兆瓦的全釩液流電池為當(dāng)?shù)?2兆瓦的風(fēng)電場(chǎng)提供儲(chǔ)能，并已運(yùn)行27萬(wàn)次循環(huán)，世界上還沒有任何其他儲(chǔ)能技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)這一要求。近兩年來(lái)，隨著全球?qū)?chǔ)能技術(shù)的關(guān)注，釩電池在中國(guó)、美國(guó)陸續(xù)獲得了一些項(xiàng)目機(jī)會(huì)。如北京世紀(jì)普能在9月獲得國(guó)家電網(wǎng)公司在河北省張北縣建設(shè)的國(guó)家風(fēng)光儲(chǔ)示范工程一期液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)訂單，將提供規(guī)模為8兆瓦的全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。
鉛碳電池使用獨(dú)特的循環(huán)用正極以及鉛/碳負(fù)電極。這種電極處理技術(shù)促使電池能夠在部分荷電狀態(tài)(PSoC)下運(yùn)行，并具有高循環(huán)壽命。西恩迪公司是鉛酸電池領(lǐng)域的技術(shù)領(lǐng)先者，其解決方案以實(shí)現(xiàn)部分荷電狀態(tài)運(yùn)行下的高循環(huán)壽命為目標(biāo)，利用集成碳負(fù)極和先進(jìn)的正極板設(shè)計(jì)以及活性材料配方。
深圳雄韜公司董事長(zhǎng)張華農(nóng)在2011儲(chǔ)能會(huì)議中提到的“混合動(dòng)力電池”也是新興的概念，張華農(nóng)表示，“由于鉛酸電池長(zhǎng)期的環(huán)保問題，導(dǎo)致混合動(dòng)力電池的概念還尚未被業(yè)界所重視。”磷酸鐵鋰電池具有長(zhǎng)壽命、低成本以及高安全性等優(yōu)勢(shì)，是目前最熱門的電動(dòng)汽車電池技術(shù)之一，也是電力儲(chǔ)能系統(tǒng)的熱門候選技術(shù)之一。由于產(chǎn)品生產(chǎn)工藝相對(duì)容易，磷酸鐵鋰電池在中國(guó)獲得了高度的發(fā)展，無(wú)論是民間和政府都對(duì)該技術(shù)寄予厚望，其中以比亞迪公司實(shí)力最為雄厚。但從全球來(lái)看，標(biāo)志性企業(yè)是美國(guó)A123公司。
鉛酸電池、鋰離子電池的標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)完善，但是對(duì)于液流儲(chǔ)能電池是新興的技術(shù)，標(biāo)準(zhǔn)還暫未制定。大連化物所正在牽頭籌備國(guó)家電工行業(yè)液流電池標(biāo)委會(huì)，組織各課題單位參與液流電池行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定，推動(dòng)國(guó)內(nèi)液流電池行業(yè)的規(guī)范化。國(guó)際電器工業(yè)協(xié)會(huì)(IEC)TC105組建了液流電池標(biāo)準(zhǔn)戰(zhàn)略研究專家組正在修改液流儲(chǔ)能電池標(biāo)準(zhǔn)指南建議書，國(guó)家973液流儲(chǔ)能電池重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目首席科學(xué)家張華民教授就是專家組其中一人。受歐洲標(biāo)準(zhǔn)化組織 CEN&CENELEC邀請(qǐng)，參與歐洲液流儲(chǔ)能電池標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的制定工作。這些都說(shuō)明中國(guó)在液流儲(chǔ)能電池技術(shù)已經(jīng)處于領(lǐng)先地位，而大連融科正在這一領(lǐng)域積極開展研發(fā)工作?？梢哉f(shuō)，以全釩液流電池為代表的液流電池在國(guó)外已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化初期。
