中國儲能網(wǎng)訊：近年來，越來越多的研究認(rèn)為儲能可能是實現(xiàn)未來能源系統(tǒng)變革的基礎(chǔ)。根據(jù)國際能源署的研究，預(yù)測美國、歐洲、中國和印度到2050年將需要增加310GW并網(wǎng)電力儲存能力，為此至少需投資3800億美元。麥肯錫的研究則將儲能列為到2025年將產(chǎn)生顛覆性作用、對經(jīng)濟(jì)發(fā)生顯著影響的技術(shù)，預(yù)測市場價值將達(dá)0.1萬億～0.6萬億美元。
美國、日本、歐洲等發(fā)達(dá)國家及地區(qū)從國家層面均已在儲能這一關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行研發(fā)布局，研究機(jī)構(gòu)相關(guān)的技術(shù)研發(fā)和示范活動進(jìn)展迅速，電網(wǎng)運(yùn)營商等公用事業(yè)機(jī)構(gòu)、大型能源設(shè)備制造企業(yè)及一些中小型科技企業(yè)看好儲能產(chǎn)業(yè)的市場前景，紛紛進(jìn)入這一領(lǐng)域。
技術(shù)路線圖主要用于所有在未知環(huán)境中發(fā)展的新技術(shù)，是為了滿足產(chǎn)品的開發(fā)需求而進(jìn)行被選技術(shù)的識別、選擇和開發(fā)的技術(shù)規(guī)劃，可以用于探尋和確認(rèn)技術(shù)資源、組織目標(biāo)和不斷變化的外在環(huán)境三者的聯(lián)系，是支撐技術(shù)和規(guī)劃的有效工具。
對儲能的發(fā)展，一些主要國家和組織開始運(yùn)用技術(shù)路線圖方法展開研究，還有部分政府、機(jī)構(gòu)或協(xié)會已經(jīng)把儲能技術(shù)路線圖作為工作計劃的關(guān)鍵目標(biāo)。2009年歐盟委員會在技術(shù)路線圖的基礎(chǔ)上提出了《歐盟能源技術(shù)戰(zhàn)略規(guī)劃》(SETPlan)，指出可以利用技術(shù)路線圖定義新儲能技術(shù)策略。下文主要介紹近年來主要儲能技術(shù)路線圖的研究成果。
國際組織相關(guān)研究
目前，國際能源署和歐盟對儲能長期發(fā)展均有評估和規(guī)劃工作，這些成果一方面體現(xiàn)了國際儲能科學(xué)技術(shù)的最新水平，另一方面主要是依據(jù)發(fā)達(dá)國家和地區(qū)的能源生產(chǎn)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)提出階段性發(fā)展目標(biāo)。
國際能源署：國際能源署于2010年制定了《能源技術(shù)路線圖改進(jìn)和實施指南》，2014年發(fā)布了《儲能技術(shù)路線圖》。該路線圖從最初的大綱及范圍設(shè)立，到數(shù)據(jù)的采集、篩選，再到路線圖的模擬和起草，經(jīng)過專家的咨詢和評審最終完成，共耗時近一年時間。該路線圖的內(nèi)容主要包括：調(diào)查能源系統(tǒng)中儲能的優(yōu)點并分類;探索新的方法，使得在利用儲能優(yōu)勢的同時降低成本，以及識別部署中的障礙;對其它技術(shù)進(jìn)行競爭分析。主要研究的技術(shù)包括蓄電(機(jī)械轉(zhuǎn)換、化學(xué)轉(zhuǎn)化等)、蓄熱(水/冰蓄冷、熱化學(xué)存儲)。
國際能源署指出：儲能技術(shù)在大部分能源系統(tǒng)中極具價值，但不同儲能技術(shù)的成熟度大相徑庭;目前部分小規(guī)模儲能系統(tǒng)在偏遠(yuǎn)社區(qū)和離網(wǎng)應(yīng)用中具有成本競爭力，而大型蓄熱技術(shù)在滿足許多地區(qū)的供暖制冷需求上具有競爭力;市場設(shè)計是加速儲能技術(shù)部署的關(guān)鍵;同時，還需要加強(qiáng)對儲能技術(shù)研究開發(fā)的公共支持。
路線圖還提出了在未來10年內(nèi)成功開發(fā)和部署儲能技術(shù)所需要開展的最重要行動的建議：確定近期具有成本效益的利基市場并支持在這些領(lǐng)域的部署，激勵現(xiàn)有儲能設(shè)施的改造以提高效率和靈活性;通過消除價格扭曲和產(chǎn)生利益疊加打造良好的市場和監(jiān)管環(huán)境，支持還沒有廣泛部署的技術(shù)開展示范項目和處于早期發(fā)展階段的儲能技術(shù)研究開發(fā)，包括高溫蓄熱和可擴(kuò)展電池以及混合儲能系統(tǒng);建立國際標(biāo)準(zhǔn)綜合數(shù)據(jù)集，并隨著儲能技術(shù)進(jìn)步進(jìn)行遞增式修訂;完成已建儲能設(shè)施的評估，定量化評價在特定區(qū)域和能源市場的儲能價值;開展國際和國家層面數(shù)據(jù)合作以加速研究、監(jiān)測進(jìn)展和評估研發(fā)瓶頸。
歐盟：2009年歐盟委員會在技術(shù)路線圖的基礎(chǔ)上提出了《歐盟能源技術(shù)戰(zhàn)略規(guī)劃》。2011年歐盟委員會提出《能源技術(shù)材料戰(zhàn)略規(guī)劃》(MaterialsSETPlan)，并發(fā)表了《低碳能源技術(shù)材料路線圖》，作為歐盟能源技術(shù)戰(zhàn)略規(guī)劃技術(shù)路線圖的補(bǔ)充和擴(kuò)展，其中詳細(xì)描述了歐盟未來10年推進(jìn)11項能源技術(shù)[風(fēng)電、光伏、太陽能熱發(fā)電、地?zé)帷⑿铍?、電網(wǎng)、生物能、化石能源(包括碳捕集與封存)、氫能和燃料電池、核裂變能以及建筑節(jié)能]發(fā)展的關(guān)鍵材料研究和創(chuàng)新活動。
《低碳能源技術(shù)材料路線圖》指出：蓄電是一項重要的技術(shù)，可以提高歐洲電力系統(tǒng)的可管理性和靈活性;目前，大多數(shù)儲能技術(shù)過于昂貴，在系統(tǒng)規(guī)模的廣泛部署和集成方面技術(shù)性能不足;材料往往限制性能提高，而這也是安全和可靠電網(wǎng)中存儲技術(shù)經(jīng)濟(jì)性、有效性和可靠性選擇方面的決定因素;將存儲技術(shù)帶入商業(yè)成熟階段，并加快過渡到大規(guī)模商業(yè)化是一項優(yōu)先任務(wù)。
為此，蓄電材料路線圖提出了一項全面的研究和發(fā)展計劃(如下圖)：針對低成本、安全和可持續(xù)的電化學(xué)、電解質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，具有超級電化學(xué)、熱學(xué)和力學(xué)性質(zhì)，能夠在極端工作條件下工作，循環(huán)壽命長，為歐洲面向能源技術(shù)(如鋰離子電池、氧化還原電池、壓縮空氣儲能、抽水蓄能)和電力技術(shù)(如電解電容、超導(dǎo)磁儲能和飛輪)提供具有工業(yè)潛力的創(chuàng)新電池/系統(tǒng)設(shè)計和制造工藝。這項計劃重點是發(fā)展新的電化學(xué)途徑和新興技術(shù)(如金屬空氣電池、固態(tài)電池、液態(tài)金屬系統(tǒng)等)概念驗證。路線圖提出4個工業(yè)試點項目來示范產(chǎn)業(yè)規(guī)模高速、低成本雙電層電容、鋰離子電池、飛輪轉(zhuǎn)子和電機(jī)，以及高溫壓縮機(jī)材料和用于壓縮空氣儲能(CAES)蓄熱容器的耐高熱量和壓力的介質(zhì)材料;5個試點項目用來測試和驗證這些先進(jìn)存儲技術(shù)的重復(fù)使用和耐用性，包括在不同市場環(huán)境操作條件下兆瓦或更大規(guī)模全釩氧化還原系統(tǒng)替代產(chǎn)品。這是對建立泛歐洲研究和創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充，廣泛集合更大范圍內(nèi)的技術(shù)和研究以及創(chuàng)新活動的工業(yè)和科研資源，同時建立一個針對固定應(yīng)用的安全測試機(jī)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。路線圖還建議建立電化學(xué)和存儲領(lǐng)域的教育和培訓(xùn)中心。
主要國家的相關(guān)研究
對一個國家和地區(qū)的能源決策者來說，需要通過對影響儲能技術(shù)諸多因素的全面研究，明確儲能技術(shù)在能源體系中的影響和地位，通過對其知識產(chǎn)權(quán)、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性、國家需求、政策保障等方面的分析，對如何發(fā)展符合本國條件的儲能技術(shù)提出思路。
儲能研究水平較高的國家主要是日本、美國等發(fā)達(dá)國家，這些國家已經(jīng)具備較為完備的儲能研發(fā)基礎(chǔ)，并得到政府的充分重視，因此在路線圖研究上也往往比較超前和完善。
日本：早在2008年，日本經(jīng)濟(jì)貿(mào)易產(chǎn)業(yè)省就在“涼爽地球-能源技術(shù)革新項目”的框架下提出了一個高性能的儲能技術(shù)路線圖。該技術(shù)路線圖主要集中于能源傳輸問題，包括高效超導(dǎo)傳輸技術(shù)路線圖、高性能電力存儲技術(shù)路線圖、氫能生產(chǎn)、運(yùn)輸與存儲技術(shù)路線圖。
從“日本高效超導(dǎo)傳輸技術(shù)路線圖”(圖1)中可以看到，到2030年要實現(xiàn)傳輸距離由100米提升至數(shù)千米;電壓由66kV增加至275kV;電流由1kA增加至10kA;低功率由1W/m/phase降至0.3W/m/phase。關(guān)聯(lián)技術(shù)包括：冷凍機(jī)技術(shù)、系統(tǒng)管理技術(shù)、電氣絕緣技術(shù)、超導(dǎo)發(fā)電機(jī)(包括風(fēng)力發(fā)電)。
圖1：日本高效超導(dǎo)傳輸技術(shù)路線圖
從“日本高性能電力存儲技術(shù)路線圖”(圖2)中可以看到，到2040年設(shè)備的壽命由10年延長至20年，費(fèi)用由40000JPY/(kW˙h)降至15000JPY/(kW˙h)。通過研發(fā)新概念電池(如金屬空氣電池)、加強(qiáng)型鋰電池、鈉硫電池、氧化還原液流電池、鎳金屬氫化物電池、加強(qiáng)型鎳氫電池、新概念電容器，從而極大地提高性能，減少費(fèi)用。主要的關(guān)聯(lián)技術(shù)包括：住宅能源管理系統(tǒng)、大廈能源管理系統(tǒng)、地方級別的能源管理系統(tǒng)。
“日本氫能生產(chǎn)、運(yùn)輸與存儲技術(shù)路線圖”(圖3)中指出，制氫由水解、化石燃料產(chǎn)氫發(fā)展到可再生能源制氫和光催化制氫等，可以極大地節(jié)約成本。
氫的運(yùn)輸技術(shù)由壓縮氫運(yùn)輸、液態(tài)氫運(yùn)輸、管道運(yùn)輸轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏哼\(yùn)輸、液態(tài)運(yùn)輸，可以極大地提升運(yùn)輸效率和安全性。儲氫技術(shù)由超高壓容器、液態(tài)氫容器到絡(luò)合物、有機(jī)金屬結(jié)構(gòu)可以極大地節(jié)約成本，延長存儲時間，提高安全性。主要的關(guān)聯(lián)技術(shù)包括：氫供給技術(shù)(建造小型加氫站，地方和國家規(guī)模的氫燃料供給系統(tǒng))、燃料電池電動汽車和燃料電池設(shè)施。
圖3：日本氫能生產(chǎn)、運(yùn)輸與存儲技術(shù)路線圖
美國：盡管美國能源部發(fā)布的一些關(guān)于美國儲能市場和技術(shù)的研究結(jié)果比較有價值，但還未頒布聯(lián)邦層面的儲能技術(shù)路線圖。能源部所屬電力傳輸與能源可靠性辦公室對于儲能技術(shù)的研究包括：電池、飛輪、電化學(xué)電容器、超導(dǎo)磁儲能、電動電子設(shè)備和控制系統(tǒng)等。2014年9月在電力咨詢委員會通過了《2014儲能計劃評估報告》，對美國能源部關(guān)于儲能計劃戰(zhàn)略和行動進(jìn)行了回顧和總結(jié)，并為能源部制定和實施其儲能項目提出了相關(guān)建議。該報告建議，要通過科研部門重點研究輸電網(wǎng)。同時，儲能領(lǐng)域中的各國際機(jī)構(gòu)彼此間的合作應(yīng)變得更加的透明，且這種合作關(guān)系應(yīng)得到進(jìn)一步的協(xié)調(diào)和強(qiáng)化。電力咨詢委員會還建議從以下幾個方面來重點研究或評估各項工作，分別是：傳輸層中的存儲連接方式;抽水蓄能和壓縮空氣儲能技術(shù);電力電子成本;監(jiān)管以及市場設(shè)計及其對儲能的影響。
美國各州則開始研究各自的儲能路線圖。2011年11月，加利福尼亞州發(fā)表了“2020加州儲能戰(zhàn)略分析報告”，該報告評估了不同的儲能技術(shù)，探討了不同政策對加州能源配置的影響，概述了關(guān)鍵技術(shù)的差距、未來研究的需求以及政策改革。為能源委員會、加州公共事業(yè)委員會和其它監(jiān)管機(jī)構(gòu)針對如何利用儲能技術(shù)有效地降低納稅人的成本、化石燃料的排放和增加可再生能源發(fā)電、并入加州電力系統(tǒng)問題提供了參考框架。
2012年，紐約電池與儲能技術(shù)聯(lián)盟(NY-BEST)負(fù)責(zé)紐約儲能技術(shù)路線圖規(guī)劃，其評估了儲能技術(shù)的形勢，為紐約州正在發(fā)展的儲能行業(yè)制定了戰(zhàn)略大綱。該行業(yè)路線圖包含了廣泛的儲能技術(shù)，如鋰電池、燃料電池、超級電容器、飛輪、抽水蓄能、超導(dǎo)體和蓄熱器等。該路線圖研究技術(shù)、行業(yè)和政策三者在本州的定位，并針對每個方面提出重要的建議。
法國：法國將儲能作為未來投資的主要方向之一。2011年由法國環(huán)境與能源控制署(ADEME)組織制定了《儲能體系戰(zhàn)略路線圖》，目的是全面梳理儲能面臨的工業(yè)、技術(shù)、環(huán)境和社會問題，需要克服的技術(shù)、體制和社會經(jīng)濟(jì)障礙，更重要的是描繪出基于時間節(jié)點的優(yōu)先研究主題，包括產(chǎn)業(yè)研究、示范、產(chǎn)業(yè)化實驗及技術(shù)平臺測試等不同階段的需求。路線圖研究的結(jié)果作為ADEME在交通和固定儲能應(yīng)用領(lǐng)域研究項目招標(biāo)的依據(jù)。
參與路線圖制定的專家來自三個方面：①制造商，如阿爾斯通、SAFT、Enersys等;②研究機(jī)構(gòu)，如法國國家研究署、法國原子能委員會、法國國立科研中心等;③公用事業(yè)機(jī)構(gòu)和用戶，如法國電信、標(biāo)致集團(tuán)、EDF、雷諾汽車等。
此外，法國政府和一些利益相關(guān)企業(yè)(法國電力公司、法國蘇伊士燃?xì)饧瘓F(tuán)、德國意昂集團(tuán)、阿爾斯通、帥福得等)資助了一項關(guān)于法國潛在儲能市場的研究(圖4)，該研究是由3家咨詢公司聯(lián)合開展，分別為：Artelys(項目主持人)、ENEA Consulting和G2Elab。事實上，這項研究是為法國儲能技術(shù)路線圖服務(wù)。該研究共分為三個階段，分別為各環(huán)節(jié)服務(wù)和技術(shù)的定性、靈活和潛在的儲能需求的定量分析和經(jīng)濟(jì)效益的定性與定量分析。首先是定義各項環(huán)節(jié)，收集戰(zhàn)略要素并完成各個環(huán)節(jié)的建模工作;確定能源愿景，形成概要并執(zhí)行;明確需求與服務(wù)。其次，對電氣系統(tǒng)、冷/熱網(wǎng)的需求進(jìn)行評價，并評估其潛在市場。同時，結(jié)合技術(shù)問題，構(gòu)建儲能體系并提供備用解決方案。最后，根據(jù)構(gòu)建的經(jīng)濟(jì)模型分析儲能方案，并分析儲能系統(tǒng)對整個工業(yè)的影響。
圖4：法國儲能發(fā)展研究
英國：英國已經(jīng)發(fā)表了一些有價值的儲能研究成果，其中2011年未來低碳中心發(fā)表的《英國儲能的路徑》很可能成為英國的技術(shù)路線圖，這份報告分別從用戶主導(dǎo)、分布式、集中式三個方面制定了儲能部署的路徑，內(nèi)容如下。
(1)基于用戶主導(dǎo)的儲能路徑部署。2014年開始推廣智能電表，消費(fèi)者能夠開始使用熱泵蓄能;2020年推廣微型發(fā)電和電動汽車，強(qiáng)制實施城市的低壓網(wǎng)絡(luò)，轉(zhuǎn)變蓄熱器的材料;2030年發(fā)展電動汽車與電網(wǎng)互動技術(shù)。
(2)基于分布式的儲能路徑部署。2010年采用分散式發(fā)電;2020年促進(jìn)分布網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商(DNO)發(fā)展，部署低壓與中壓網(wǎng)絡(luò);2030年實現(xiàn)智能的電網(wǎng)過濾。
(3)基于集中式的儲能路徑部署。2010年投資海上風(fēng)電;2013—2014年引入電子存儲記錄器機(jī)制，提升目前的抽水蓄能技術(shù);2020年引入碳捕集與封存。
德國：德國盡管已經(jīng)發(fā)表了一些有關(guān)市場和技術(shù)不錯的觀點，但還未形成正式的儲能技術(shù)路線圖。2012年9月成立了一個新的儲能機(jī)構(gòu)(德國儲能協(xié)會BVES)，宣稱要將頒布德國儲能技術(shù)路線圖作為首要任務(wù)。
