當(dāng)電能變得可以?xún)?chǔ)存，所有由電力系統(tǒng)必須達(dá)到瞬時(shí)平衡帶來(lái)的問(wèn)題將可以迎刃而解。人們不必為用電高峰時(shí)電量難以滿(mǎn)足需求、低谷時(shí)電力被浪費(fèi)而傷神，信息與控制保護(hù)系統(tǒng)也將變得沒(méi)有現(xiàn)在這么重要，電力系統(tǒng)將以一種從未出現(xiàn)過(guò)的嶄新面貌呈現(xiàn)在世人面前。儲(chǔ)能技術(shù)就是這場(chǎng)神奇變身的制造者。
隨著社會(huì)、科技的發(fā)展，現(xiàn)代電力系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)的需求越來(lái)越強(qiáng)烈，它在電力系統(tǒng)中不再只起到“錦上添花”的作用，而是逐漸成為一種必需。作為智能電網(wǎng)的重要組成部分，儲(chǔ)能技術(shù)受到了越來(lái)越多人的關(guān)注。
智能電網(wǎng)新機(jī)會(huì)
“現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，發(fā)、輸、配、用四個(gè)環(huán)節(jié)都能用到儲(chǔ)能技術(shù)，其中在發(fā)、用兩個(gè)環(huán)節(jié)的應(yīng)用是智能電網(wǎng)更關(guān)注的。因?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)應(yīng)對(duì)的就是發(fā)電環(huán)節(jié)和用電環(huán)節(jié)的變化，我認(rèn)為，也正是這兩個(gè)環(huán)節(jié)的變化智能電網(wǎng)才應(yīng)運(yùn)而生的，電網(wǎng)是連接發(fā)電和用電的橋梁，只是高速公路而已。發(fā)電環(huán)節(jié)的新變化是指可再生能源發(fā)電的出現(xiàn)，使電源從可調(diào)控的狀態(tài)變成了間歇和波動(dòng)的，且為現(xiàn)有技術(shù)所不可控的；用電環(huán)節(jié)的變化則是用戶(hù)有互動(dòng)性需求，對(duì)電能質(zhì)量有更高要求，以及新型用電器的出現(xiàn)，如電動(dòng)汽車(chē)。正是這些變化才催生了智能電網(wǎng)，其中的儲(chǔ)能技術(shù)是解決這兩個(gè)環(huán)節(jié)問(wèn)題的重要手段。”中國(guó)電力科學(xué)研究院電工與新材料研究所副所長(zhǎng)、超導(dǎo)研究所所長(zhǎng)來(lái)小康告訴記者，“出現(xiàn)這些新變化后，原有電力系統(tǒng)的調(diào)控手段應(yīng)對(duì)起來(lái)越來(lái)越吃力，有的問(wèn)題已經(jīng)解決不了，所以對(duì)于儲(chǔ)能技術(shù)的需求就越來(lái)越強(qiáng)烈了。”
對(duì)于儲(chǔ)能技術(shù)的受關(guān)注度，有業(yè)內(nèi)人士感嘆說(shuō)，原來(lái)電力系統(tǒng)的會(huì)議基本見(jiàn)不到記者和投資商，現(xiàn)在在層出不窮的各種儲(chǔ)能的論壇和會(huì)議上，有時(shí)記者和投資商就占了將近一半。
智能電網(wǎng)在不同國(guó)家被賦予不同的含義，在我國(guó)，智能電網(wǎng)被國(guó)家電網(wǎng)公司定義為，以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)為基礎(chǔ)，利用先進(jìn)的通信、信息和控制技術(shù)，構(gòu)建以信息化、自動(dòng)化、數(shù)字化、互動(dòng)化為特征的統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能化電網(wǎng)。而這就決定了智能電網(wǎng)建設(shè)不得不關(guān)注規(guī)模越來(lái)越大的可再生能源發(fā)電的接入和用戶(hù)側(cè)的互動(dòng)，而儲(chǔ)能技術(shù)由于能夠平滑可再生能源發(fā)電的輸出功率、提高用電可靠性、改善電能質(zhì)量，順理成章地成為熱點(diǎn)。
其實(shí)，在智能電網(wǎng)概念提出之前，儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中已經(jīng)有所應(yīng)用。抽水蓄能是主要的解決方案，是成熟的儲(chǔ)能技術(shù)之一。由于在可再生能源發(fā)電大規(guī)模出現(xiàn)之前，我國(guó)電源側(cè)的電力輸出基本是平穩(wěn)、可調(diào)控的，而負(fù)荷側(cè)白天和夜間的負(fù)荷變化比較大，所以抽水蓄能電站被設(shè)置于負(fù)荷中心附近，用來(lái)承擔(dān)削峰填谷的作用。除此之外還有鉛酸蓄電池等作為備用電源應(yīng)用。
而隨著風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源發(fā)電的爆發(fā)式發(fā)展，這些儲(chǔ)能方式難以解決由此帶來(lái)的新問(wèn)題?？稍偕茉窗l(fā)電受自然條件影響波動(dòng)性強(qiáng)，需要?jiǎng)討B(tài)響應(yīng)特性好、動(dòng)態(tài)循環(huán)壽命長(zhǎng)，能有效平抑功率波動(dòng)的儲(chǔ)能技術(shù)。有專(zhuān)家介紹，可再生能源發(fā)電要求電池儲(chǔ)能系統(tǒng)每日充放電循環(huán)300多次，充放電深度15%以下占總循環(huán)次數(shù)的概率為98%，滿(mǎn)充滿(mǎn)放在千次左右。且風(fēng)能、太陽(yáng)能資源豐富的地區(qū)多分布于西北、東北等地，抽水蓄能在這些水資源缺乏的地區(qū)難以應(yīng)用，且難以應(yīng)對(duì)瞬時(shí)波動(dòng)，鉛酸蓄電池在循環(huán)壽命上也無(wú)法滿(mǎn)足要求。
用電環(huán)節(jié)對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)的需求與可再生能源發(fā)電不同，由于主要應(yīng)用于智能家居、智能小區(qū)、分布式能源等，要求儲(chǔ)能設(shè)備占地小、具有一定容量，且成本低、噪音低，傳統(tǒng)儲(chǔ)能方式也難以滿(mǎn)足要求。顯然，智能電網(wǎng)在為儲(chǔ)能技術(shù)帶來(lái)新市場(chǎng)的同時(shí)也影響了不同儲(chǔ)能技術(shù)的未來(lái)。
據(jù)了解，主流儲(chǔ)能技術(shù)包括三種，機(jī)械儲(chǔ)能（如抽水蓄能）、電磁儲(chǔ)能和電化學(xué)儲(chǔ)能。因?yàn)闄C(jī)械儲(chǔ)能在大規(guī)模應(yīng)用上存在地理局限性、工期和動(dòng)態(tài)響應(yīng)的局限性，電磁儲(chǔ)能存在造價(jià)高和容量限制，電化學(xué)儲(chǔ)能方式在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中脫穎而出。其中鈉硫電池、液流電池、鋰電池技術(shù)已經(jīng)能夠做到瞬時(shí)功率較大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，且具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力、建設(shè)周期短、應(yīng)用靈活等優(yōu)點(diǎn)，在智能電網(wǎng)的背景下，前景向好。
市場(chǎng)可期 難關(guān)需破
對(duì)于智能電網(wǎng)將為儲(chǔ)能技術(shù)帶來(lái)廣闊市場(chǎng)的判斷，業(yè)界沒(méi)有異議。而對(duì)于儲(chǔ)能技術(shù)的市場(chǎng)前景到底有多大，各方則眾說(shuō)紛紜。其中，有大膽的，如美國(guó)能源部新墨西哥州國(guó)家實(shí)驗(yàn)室預(yù)測(cè)未來(lái)十年儲(chǔ)能技術(shù)全球市場(chǎng)（不僅指智能電網(wǎng)帶來(lái)的）將達(dá)到2000億美元；還有預(yù)測(cè)表示，全球針對(duì)交通工具與智能電網(wǎng)應(yīng)用的電池、超級(jí)電容以及燃料電池市場(chǎng)，將由2010年的214億美元成長(zhǎng)一倍，在2015年擴(kuò)充至444億美元規(guī)模。也有保守的，預(yù)測(cè)先進(jìn)化學(xué)儲(chǔ)能設(shè)備2015年全球市場(chǎng)將達(dá)到25億美元；還有預(yù)測(cè)2016年全球儲(chǔ)能市場(chǎng)將達(dá)到83億美元。不管哪一個(gè)數(shù)字都足以讓這個(gè)剛剛起步，競(jìng)爭(zhēng)仍不激烈的產(chǎn)業(yè)激動(dòng)不已。正如液流電池制造領(lǐng)域的領(lǐng)先者普能公司CEO江宗憲所說(shuō)，“對(duì)于這一行業(yè)而言，重要的不是預(yù)測(cè)值有多少，而是要看到其前景是好的”。
的確，對(duì)于儲(chǔ)能技術(shù)的市場(chǎng)預(yù)估是個(gè)難題，因?yàn)樗菀资艿絿?guó)家政策的影響，也沒(méi)有人能肯定會(huì)不會(huì)產(chǎn)生新的應(yīng)用領(lǐng)域、新的市場(chǎng)。而目前，擺在人們面前最需要解決的不是市場(chǎng)預(yù)估的問(wèn)題，要將這一市場(chǎng)變成現(xiàn)實(shí)還有很多難關(guān)需要突破。
第一關(guān)是技術(shù)關(guān)。盡管隨著科技的發(fā)展和大量資金、人力成本的投入，有些儲(chǔ)能技術(shù)已經(jīng)距離解決可再生能源發(fā)電和互動(dòng)問(wèn)題、實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用越來(lái)越近，但很多現(xiàn)實(shí)問(wèn)題仍未解決。
“可以說(shuō)，在全球，如何將鈉硫電池、液流電池和鋰離子電池等最具前景的儲(chǔ)能電池應(yīng)用到智能電網(wǎng)中都還處于起步階段，沒(méi)有完全突破。從配置技術(shù)、控制策略到電池本體技術(shù)、電池集成技術(shù)，再到工程應(yīng)用都剛剛起步，還有很多問(wèn)題需要解決。”長(zhǎng)期以來(lái)一直關(guān)注儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展的來(lái)小康說(shuō)，“如，電池本身都是單體，理論上單體電池的電壓不會(huì)超過(guò)5V，一般為3~4V，甚至更低，這使電池在應(yīng)用時(shí)必須進(jìn)行串、并聯(lián)，就必然會(huì)產(chǎn)生一致性問(wèn)題。有些問(wèn)題是瓶頸，但并不是不可逾越的。”
鋰離子電池領(lǐng)域的專(zhuān)家、清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院新型能源與材料化學(xué)研究室副主任蒲薇華博士也認(rèn)為，近20年來(lái)人們對(duì)鋰離子電池的研究興趣大多集中于各類(lèi)小型便攜式電子產(chǎn)品用充電電池、備用電源和各類(lèi)車(chē)用動(dòng)力型電池，對(duì)適合應(yīng)用于電網(wǎng)的儲(chǔ)能型電池的關(guān)注程度和研發(fā)投入相對(duì)較少，現(xiàn)在鋰離子電池還不能完全滿(mǎn)足電網(wǎng)的要求。但她同時(shí)強(qiáng)調(diào)，一旦業(yè)界達(dá)成共識(shí)，調(diào)整方向進(jìn)行重點(diǎn)研發(fā)，技術(shù)突破將不成問(wèn)題。
據(jù)了解，研究機(jī)構(gòu)和各家電池制造企業(yè)都已經(jīng)展開(kāi)了相關(guān)研究。清華大學(xué)對(duì)于儲(chǔ)能型鋰電池的研究已經(jīng)開(kāi)始，中國(guó)電力科學(xué)研究院也確定了與此相關(guān)的諸多課題，包括大規(guī)模電池儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用，如電池和電網(wǎng)連接技術(shù)，風(fēng)電場(chǎng)中電池的配置、運(yùn)行控制等；大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)集成技術(shù)，如電池成組、子系統(tǒng)成總系統(tǒng)等；工程應(yīng)用技術(shù)，如對(duì)電池的評(píng)估，工程應(yīng)用中面臨的安裝、接入、配置等各種問(wèn)題；電池系統(tǒng)的特性研究與評(píng)估，以了解不同電池的改進(jìn)潛力。
“我們所是2006年底建立的，2007年才將儲(chǔ)能作為重點(diǎn)工作之一，所以這些工作都處于起步階段。在這三年中，我們建設(shè)了電池特性試驗(yàn)室和風(fēng)/儲(chǔ)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)基地，對(duì)電池系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試和評(píng)估。這是個(gè)漫長(zhǎng)而艱苦的工作，因?yàn)殡姵厣婕安牧霞夹g(shù)，對(duì)于材料的評(píng)估都不是短期內(nèi)能完成的。”來(lái)小康介紹說(shuō)。
除了技術(shù)問(wèn)題，針對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)的價(jià)格政策和投資回報(bào)機(jī)制缺失也受到了各方的關(guān)注。現(xiàn)在電網(wǎng)側(cè)、發(fā)電端、用戶(hù)方面越來(lái)越認(rèn)識(shí)到儲(chǔ)能技術(shù)的獨(dú)特作用，儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)也引起了諸多投資者的關(guān)注。但在電源點(diǎn)或電網(wǎng)中加裝電池等儲(chǔ)能設(shè)備需要大量投入，而這種投入主要是為了改善電能質(zhì)量，由誰(shuí)為改善電能質(zhì)量買(mǎi)單就成為問(wèn)題，因?yàn)檫@種投入不會(huì)帶來(lái)任何經(jīng)濟(jì)效益，也就使相關(guān)方對(duì)此缺乏動(dòng)力。專(zhuān)家建議，要想推動(dòng)儲(chǔ)能技術(shù)在電網(wǎng)中的應(yīng)用，國(guó)家應(yīng)出臺(tái)相應(yīng)的支持政策，應(yīng)該在電力行業(yè)實(shí)行優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)，鼓勵(lì)相關(guān)方改善電能質(zhì)量。
“在能源行業(yè)大力發(fā)展智能電網(wǎng)、可再生能源的今天，儲(chǔ)能技術(shù)的重要性毋庸置疑，其在節(jié)能、發(fā)展新能源、智能電網(wǎng)、國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力等各方面都有重要意義。儲(chǔ)能行業(yè)正處在產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的關(guān)鍵階段，但是我國(guó)沒(méi)有單獨(dú)支持儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展的政策，使產(chǎn)業(yè)化非常困難。其實(shí)儲(chǔ)能不僅僅是技術(shù)手段，而且應(yīng)該上升到產(chǎn)業(yè)層面，甚至是國(guó)家戰(zhàn)略層面。”華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院副教授李巖松說(shuō)。
另外，還有配套的管理規(guī)則和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)缺失、政府對(duì)大容量?jī)?chǔ)能技術(shù)的研發(fā)支持少、相關(guān)示范項(xiàng)目還較少等問(wèn)題亟待解決。
正如來(lái)小康所說(shuō)，雖然儲(chǔ)能技術(shù)現(xiàn)在仍問(wèn)題多多，還不成熟，但也恰恰因?yàn)槠洳怀墒觳攀浅?yáng)行業(yè)，才會(huì)吸引那么多人的目光。它的前景是絕對(duì)光明的，“隨著可再生能源的發(fā)展，儲(chǔ)能技術(shù)的未來(lái)市場(chǎng)是毋庸置疑的。因?yàn)榭稍偕茉词怯星熬暗?，?chǔ)能技術(shù)也就是有前景的”。（記者 崔宏薇 ）
