中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：為滿足電力行業(yè)的應(yīng)用需求，電力儲(chǔ)能技術(shù)一直在向大規(guī)模、低成本、長壽命、高效率的方向發(fā)展。我國的電力儲(chǔ)能技術(shù)，除抽水蓄能外，大多數(shù)均處于示范階段，少數(shù)技術(shù)還處于研發(fā)階段，總體上同國外發(fā)達(dá)國家還有一定差距。
截止到2014年，全球儲(chǔ)能裝機(jī)總量約141GW，占世界電力裝機(jī)總量的2.5%左右。其中，抽水蓄能裝機(jī)140GW，占儲(chǔ)能裝機(jī)總量的99%，壓縮空氣儲(chǔ)能裝機(jī)0.44GW，鈉硫電池裝機(jī)0.339GW。預(yù)計(jì)到2050年，僅美國、歐洲、中國及印度四個(gè)地區(qū)就需要增加310GW的儲(chǔ)能裝機(jī)，世界電力儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量將從現(xiàn)在占發(fā)電總量的2.5%增加到10%～15%(美國和歐盟)，甚至更高(日本)。
截止2014年底，我國儲(chǔ)能裝機(jī)為23.6GW，約占全國電力總裝機(jī)的1.7%，低于世界2.5%的平均水平。但我國儲(chǔ)能市場的增速明顯，其近2010年至2015年的復(fù)合增長率為110%，是世界平均增長率的6倍。預(yù)計(jì)到2020年，我國電力儲(chǔ)能裝機(jī)容量需要達(dá)到70GW以上，占全國電力總裝機(jī)容量的4.0%～5.0%。到2050年，我國電力儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量將達(dá)到200GW，占發(fā)電總量的10%～15%，甚至更高，市場規(guī)模將達(dá)數(shù)萬億人民幣。
為滿足電力行業(yè)的應(yīng)用需求，電力儲(chǔ)能技術(shù)一直在向大規(guī)模、低成本、長壽命、高效率的方向發(fā)展。目前，國際上主流的儲(chǔ)能技術(shù)基本都處于應(yīng)用和大規(guī)模推廣階段，其中只有抽水蓄能和壓縮空氣儲(chǔ)能可以達(dá)到或超過100MW的規(guī)模，其余技術(shù)均在10MW甚至1MW規(guī)模以下。我國的電力儲(chǔ)能技術(shù)，除抽水蓄能外，大多數(shù)均處于示范階段，少數(shù)技術(shù)還處于研發(fā)階段，總體上同國外發(fā)達(dá)國家還有一定差距(如圖1所示)。
抽水蓄能是我國主要采用的儲(chǔ)能技術(shù)，截止到2014年底，已建成36座抽水蓄能電站，總裝機(jī)22.1GW，占電力系統(tǒng)總裝機(jī)(1360GW)的1.74%，占儲(chǔ)能系統(tǒng)總裝機(jī)的99%以上。國家能源局規(guī)劃到2020年前另有23座抽水蓄能電站投入建設(shè)，共計(jì)37.39GW。
除抽水蓄能外，截止到2014年底，我國境內(nèi)已確定的儲(chǔ)能項(xiàng)目共計(jì)55項(xiàng)，總計(jì)約86.41MW，主要是以液流電池、鋰離子電池、鉛酸電池為主的化學(xué)電池技術(shù)(如表1所示)。
除抽水蓄能外，目前國內(nèi)只有壓縮空氣儲(chǔ)能、鋰離子電池、鉛酸電池及液流電池四項(xiàng)儲(chǔ)能技術(shù)建成了儲(chǔ)能功率為1MW以上、儲(chǔ)能容量為1MWh以上的示范項(xiàng)目，典型項(xiàng)目案例如表2所示。其余儲(chǔ)能技術(shù)如飛輪儲(chǔ)能、鈉硫電池、超導(dǎo)儲(chǔ)能及超級(jí)電容，大多停留在小型示范項(xiàng)目或?qū)嶒?yàn)裝置研制階段，尚未建成如此規(guī)模的示范系統(tǒng)。
目前，我國針對(duì)電力儲(chǔ)能的現(xiàn)行扶持政策較少，主要是針對(duì)抽水蓄能的扶持政策?！秶野l(fā)改委關(guān)于完善抽水蓄能電站價(jià)格形成機(jī)制有關(guān)問題的通知》(發(fā)改價(jià)格[2014]1763號(hào))規(guī)定，抽水蓄能電站實(shí)行兩部制電價(jià)，包括容量電價(jià)和電量電價(jià)，并且電網(wǎng)企業(yè)向抽水蓄能電站提供的抽水電量按照燃煤機(jī)組標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)的75%執(zhí)行。針對(duì)天荒坪抽水蓄能電站，其容量電價(jià)為470元/千瓦˙年。
另外，儲(chǔ)能技術(shù)作為我國“十二五”規(guī)劃發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，在《國家“十二五”規(guī)劃綱要》、《國家“十二五”科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃》、《國家能源科技“十二五”規(guī)劃(2011-2015)》、《可再生能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃》等政策文件中均有涉及。各地方政府根據(jù)中央政府的政策文件精神，結(jié)合各地區(qū)實(shí)際情況，陸續(xù)出臺(tái)針對(duì)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的扶持政策，為儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供優(yōu)惠條件。
問題和挑戰(zhàn)
對(duì)于電力儲(chǔ)能技術(shù)來說，設(shè)備材料、制造工藝及系統(tǒng)效率是各儲(chǔ)能技術(shù)面臨的共性問題，而在規(guī)模化應(yīng)用中還需要進(jìn)一步解決其可靠性、穩(wěn)定性及壽命問題。另外，一些重大技術(shù)瓶頸還有待解決，如大型高參數(shù)抽水蓄能機(jī)組依賴進(jìn)口;壓縮空氣儲(chǔ)能關(guān)鍵部件多級(jí)高負(fù)荷壓縮機(jī)技術(shù)，我國尚未完全掌握;飛輪儲(chǔ)能的高速電機(jī)、高速軸承和高強(qiáng)度復(fù)合材料等關(guān)鍵技術(shù)尚未突破;各類電池中關(guān)鍵材料的制備和系統(tǒng)規(guī)?；夹g(shù)，包括電極、電解液、離子交換膜、模塊封裝和密封等，還有待提高;超級(jí)電容中高性能材料和大功率模塊化技術(shù)，超導(dǎo)儲(chǔ)能中高溫超導(dǎo)材料和超導(dǎo)限流技術(shù)等均不成熟。
在我國針對(duì)電力儲(chǔ)能的針對(duì)性政策尚未出臺(tái)的情況下，儲(chǔ)能技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性如何，嚴(yán)重制約儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前，相對(duì)于常規(guī)電力系統(tǒng)，儲(chǔ)能技術(shù)的投資成本及運(yùn)行維護(hù)成本較高。無論是應(yīng)用在可再生能源發(fā)電或是電網(wǎng)削峰填谷，電力企業(yè)投資儲(chǔ)能系統(tǒng)，一般需要10年以上的時(shí)間才能收回成本，有些項(xiàng)目甚至達(dá)到20年以上，這嚴(yán)重影響了儲(chǔ)能技術(shù)的大范圍推廣。
大規(guī)模電力儲(chǔ)能技術(shù)還處于發(fā)展時(shí)期，目前約有十幾種儲(chǔ)能技術(shù)，各有優(yōu)劣，除抽水蓄能外，還未形成主導(dǎo)性的技術(shù)路線。我國國內(nèi)已形成多種技術(shù)路線并存的格局，大多缺乏大量的實(shí)踐應(yīng)用，能直接交付用戶的成熟產(chǎn)品不多。目前，電力儲(chǔ)能技術(shù)正處于發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，一方面缺乏大量的應(yīng)用檢驗(yàn)，另一方面，用戶在選擇不同儲(chǔ)能技術(shù)路線時(shí)又十分困惑，這迫切需要開展相關(guān)的技術(shù)路線研究，對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展提供指導(dǎo)。
電力儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用，大多為調(diào)節(jié)或應(yīng)急功能，而這也決定了系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況難以準(zhǔn)確預(yù)測，在方案設(shè)計(jì)時(shí)面臨很多不確定性。在目前缺乏設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、缺少示范工程的情況下，很難確定最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。如針對(duì)風(fēng)力發(fā)電的儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，由于風(fēng)力發(fā)電存在不穩(wěn)定性、波動(dòng)性，且電網(wǎng)公司對(duì)于風(fēng)電場具體的限電時(shí)間及限電負(fù)荷不能提前確定，如何在儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)確定合理的配置方案，選擇合適的儲(chǔ)能方式及容量，既滿足用戶需求又能提高儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量使用率，是儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)。另外，由于對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的要求不同，也導(dǎo)致產(chǎn)品定型困難，短期內(nèi)產(chǎn)品大規(guī)模推廣難度較大。
我國針對(duì)儲(chǔ)能行業(yè)尚未出臺(tái)實(shí)質(zhì)性的扶持政策或補(bǔ)貼支持，并且針對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的扶持力度也十分有限，嚴(yán)重制約儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；茝V。(1)目前尚未出臺(tái)針對(duì)電力儲(chǔ)能的激勵(lì)政策，嚴(yán)重制約儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和技術(shù)推廣。(2)我國的峰谷電價(jià)政策尚未在全國范圍推廣。另外，現(xiàn)行的峰谷電價(jià)政策優(yōu)惠力度有限，遠(yuǎn)低于國際發(fā)達(dá)國家的平均水平。(3)我國針對(duì)分布式能源系統(tǒng)及微電網(wǎng)配儲(chǔ)能系統(tǒng)的扶持政策尚未出臺(tái)，嚴(yán)重影響了這些領(lǐng)域?qū)τ陔娏?chǔ)能系統(tǒng)的投入力度。(4)我國雖然已出臺(tái)針對(duì)可再生能源發(fā)電的扶持政策，但是扶持力度不足，尚且很難滿足可再生能源電站的成本回收，更難以支持其增加儲(chǔ)能系統(tǒng)的投入。
與國際發(fā)達(dá)國家相比，我國的儲(chǔ)能行業(yè)目前尚未建立起完整的產(chǎn)業(yè)鏈。大多儲(chǔ)能技術(shù)處于研發(fā)、示范階段，且部分關(guān)鍵技術(shù)及材料尚未突破，依然依賴進(jìn)口。儲(chǔ)能市場仍處于培育期，相關(guān)領(lǐng)域?qū)τ趦?chǔ)能技術(shù)的接納程度有限。絕大多數(shù)技術(shù)還處于少量樣機(jī)的委托加工或部分材料的自行制備，沒有形成規(guī)?；拇笮蜕a(chǎn)線。未建立成熟的銷售網(wǎng)絡(luò)，目前僅處于示范項(xiàng)目申報(bào)及提供解決方案層面。針對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)缺乏，尚未形成成熟的儲(chǔ)能系統(tǒng)全生命周期的運(yùn)維方案。
建議與對(duì)策
持續(xù)的技術(shù)改進(jìn)
我國的儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)尚處于起步階段，大部分儲(chǔ)能技術(shù)還未實(shí)現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用，需要各研發(fā)機(jī)構(gòu)增加研發(fā)投入，持續(xù)進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，盡快突破技術(shù)瓶頸，進(jìn)一步提高系統(tǒng)效率、降低成本、提高運(yùn)行的可靠性，并加強(qiáng)后期的運(yùn)維服務(wù)，實(shí)現(xiàn)各儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運(yùn)行。
增加示范項(xiàng)目建設(shè)
我國電力儲(chǔ)能技術(shù)示范項(xiàng)目少，規(guī)模小，應(yīng)用場景不夠豐富且應(yīng)用時(shí)間短，缺乏對(duì)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的論證，很難界定儲(chǔ)能帶來的收益有多少，影響了儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度。需要增加儲(chǔ)能技術(shù)示范項(xiàng)目建設(shè)，通過大量的示范應(yīng)用來發(fā)掘問題，為后續(xù)的技術(shù)改進(jìn)提供方向，為確定合理的技術(shù)應(yīng)用模式提供依據(jù)，為增強(qiáng)用戶的投資信心提供參考。
合理選擇儲(chǔ)能方式
各儲(chǔ)能技術(shù)擁有不同特點(diǎn)，需要根據(jù)用戶的實(shí)際需求選擇合適的儲(chǔ)能方式。當(dāng)單一儲(chǔ)能方式不能滿足需求時(shí)，可采用多種儲(chǔ)能技術(shù)聯(lián)合運(yùn)行的方式，發(fā)揮各儲(chǔ)能技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，滿足應(yīng)用需求。另外，國際上已實(shí)現(xiàn)100MW級(jí)應(yīng)用的儲(chǔ)能技術(shù)包括抽水蓄能和壓縮空氣儲(chǔ)能，均屬于物理儲(chǔ)能技術(shù)，但國內(nèi)大部分投入主要集中于化學(xué)儲(chǔ)能，對(duì)物理儲(chǔ)能的關(guān)注度不足，建議加強(qiáng)對(duì)物理儲(chǔ)能技術(shù)的重視。
政府加強(qiáng)政策扶持
(1)成立政府專屬職能機(jī)構(gòu)，從國家層面對(duì)于儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)進(jìn)行有效的監(jiān)督和管理，組織對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用的前瞻性研究，明確儲(chǔ)能技術(shù)在電力市場中的具體應(yīng)用目標(biāo)，并制定相關(guān)扶持政策。
(2)建立健全儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，確定行業(yè)的管理規(guī)范及技術(shù)指標(biāo)，在政策方面建立強(qiáng)制性約束機(jī)制，在產(chǎn)品方面建立強(qiáng)制性認(rèn)證機(jī)制，為儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供政策保障。
(3)確定行之有效的中長期發(fā)展規(guī)劃，包括技術(shù)層面及產(chǎn)業(yè)層面，明確儲(chǔ)能技術(shù)的研發(fā)目標(biāo)、應(yīng)用目的及產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模，引導(dǎo)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)持續(xù)、健康發(fā)展。
(4)出臺(tái)行之有效的扶持政策，加大現(xiàn)有政策的獎(jiǎng)勵(lì)扶持力度。出臺(tái)針對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)的產(chǎn)業(yè)扶持政策，從補(bǔ)貼、稅收、金融、市場等多方面給予支持;出臺(tái)統(tǒng)一的峰谷電價(jià)政策，并在全國范圍推廣，進(jìn)一步加大峰谷電價(jià)優(yōu)惠力度，提高用戶對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)的熱情和動(dòng)力;出臺(tái)可再生能源、分布式能源系統(tǒng)和智能電網(wǎng)等相關(guān)產(chǎn)業(yè)配套儲(chǔ)能系統(tǒng)的鼓勵(lì)政策，確定增加儲(chǔ)能的電價(jià)補(bǔ)償，保障儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的順利發(fā)展。
用戶加大支持力度
儲(chǔ)能技術(shù)的用戶主要為各電力企業(yè)，其對(duì)于儲(chǔ)能技術(shù)的接納程度直接影響儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前，由于儲(chǔ)能技術(shù)初期投資較大、部分技術(shù)尚不成熟且缺少示范，大多數(shù)電力企業(yè)對(duì)于儲(chǔ)能技術(shù)尚處于觀望中。在目前可再生能源發(fā)電不能大規(guī)模并網(wǎng)，棄風(fēng)棄光現(xiàn)象凸顯，以及分布式能源系統(tǒng)及微電網(wǎng)大行其道的背景下，電力企業(yè)需要加大對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)的支持力度，投入更多資源來促進(jìn)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，以解決自身需求及面臨的問題。
制造商提高技術(shù)水平
儲(chǔ)能技術(shù)目前尚未形成成熟的生產(chǎn)線，主要依賴于委托加工或少量的自行研制，生產(chǎn)制造形不成規(guī)模，大部分技術(shù)尚未完成產(chǎn)品定型，導(dǎo)致生產(chǎn)加工的技術(shù)水平較低、加工成本較高，直接影響儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量、規(guī)模、系統(tǒng)效率、運(yùn)行穩(wěn)定性、使用壽命和經(jīng)濟(jì)性等各個(gè)方面，嚴(yán)重制約了儲(chǔ)能技術(shù)的規(guī)模化應(yīng)用。儲(chǔ)能設(shè)備制造商需要盡快建立并完善設(shè)備生產(chǎn)線，提高加工水平、降低成本，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品系列化、生產(chǎn)規(guī)模化，促進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)的大規(guī)模推廣應(yīng)用。
作者單位：中國科學(xué)院工程熱物理研究所
該文研究獲得了國家“973計(jì)劃”項(xiàng)目(No.2015CB251302)和國家自然科學(xué)基金(地區(qū))合作與交流項(xiàng)目(51361135702)的資助。
中國科學(xué)院工程熱物理研究所儲(chǔ)能研發(fā)中心
暨國家能源大規(guī)模物理儲(chǔ)能技術(shù)研發(fā)中心團(tuán)隊(duì)介紹
中科院工程熱物理所儲(chǔ)能研發(fā)中心暨國家能源大規(guī)模物理儲(chǔ)能技術(shù)研發(fā)中心研發(fā)團(tuán)隊(duì)主要從事大規(guī)模物理儲(chǔ)能技術(shù)的研究與開發(fā)，特別是先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)、蓄冷蓄熱系統(tǒng)、以及微型抽水蓄能系統(tǒng)等。團(tuán)隊(duì)現(xiàn)有成員50余人，含中科院“百人計(jì)劃”，中組部“萬人計(jì)劃”，863和973首席等高層次人才。
團(tuán)隊(duì)共主持國家863項(xiàng)目、973項(xiàng)目等各類科研項(xiàng)目40余項(xiàng)。已發(fā)表學(xué)術(shù)論文200余篇，SCI收錄80余篇，EI收錄100余篇。申請(qǐng)專利126項(xiàng)(含國際專利7項(xiàng))，授權(quán)106項(xiàng)(含國際專利4項(xiàng))，關(guān)于壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的專利總數(shù)列全球研究院所排名第1位。
該團(tuán)隊(duì)在國際上首次提出了基于超臨界過程的先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)新原理，解決了傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的主要技術(shù)瓶頸。已于2013年建成國際首套1.5MW先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能示范系統(tǒng);正在研發(fā)10MW示范系統(tǒng)，預(yù)計(jì)2016年完成。1.5MW系統(tǒng)已技術(shù)授權(quán)給兩家公司;10MW系統(tǒng)已通過技術(shù)入股的方式成立兩家公司。相關(guān)成果獲北京市科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)，并入選了2013年中科院重大成果匯編和2014年中國儲(chǔ)能領(lǐng)域十大新聞。
(作者：紀(jì)律 劉暢 胡珊 周學(xué)志 徐玉杰 陳海生)
