中國儲能網訊：作為能源體系的重要組成部分、能源互聯網的主要環(huán)節(jié)之一，儲能和儲能技術的發(fā)展近年來獲得了學術界和產業(yè)界的極大重視。以鋰離子電池技術為代表的儲能技術取得了足進步并獲得了相當廣泛的應用，成為新能源汽車產業(yè)蓬勃發(fā)展的核心因素。
同時，儲能技術是紛繁復雜，涉及眾多學科交叉融合的一大類技術體系，具有諸多技術指標，見下圖。那么，儲能技術的發(fā)展方向應該如何呢？我們不妨立足電力系統(tǒng)已經成為社會生活的關鍵組成部分，儲能發(fā)揮的作用相當程度上和網電類似這一事實，以實際需求為導向，從儲能和電力系統(tǒng)的關系出發(fā)通過不同的應用情景看儲能技術的發(fā)展趨勢。
圖 儲能技術的評價指標體系
簡單而言，考慮到電力系統(tǒng)和儲能在滿足用能側需求方面的相似性，儲能技術的應用情景可以分為強聯系情景（用能側可以完全使用網電，儲能系統(tǒng)隨時能和電力系統(tǒng)進行能量交換且能量交換的時間遠小于儲能系統(tǒng)供能時間）、中聯系情景（用能側不能直接使用網電或使用受限，儲能系統(tǒng)和電力系統(tǒng)進行能量交換的時間和儲能系統(tǒng)供能的時間基本可比）和弱聯系情景（用能側不能直接使用網電，儲能系統(tǒng)和電力系統(tǒng)進行能量交換的時間相當程度上大于儲能系統(tǒng)供能時間，甚至很難使用網電充能）三種。見下圖。
圖 儲能和電力系統(tǒng)的不同關系情景
強聯系情景下儲能技術的發(fā)展趨勢
對于強聯系情景，網電本身就是儲能應用的強大替代品。立足于峰谷差套利、可再生能源消納等應用方式的儲能技術，不論抽水蓄能、壓縮空氣儲能、蓄電池或液流電池等，其核心痛點在于考慮能量循環(huán)效率，循環(huán)壽命與日歷壽命等各種因素后，儲能技術的度電儲能成本（可以理解為儲能系統(tǒng)向用能側放出一度電的綜合成本）是否可以廉價到低于峰谷價差，并取得投資收益的程度。所以，應用于強聯系應用情景的儲能技術，其發(fā)展趨勢主要是在保證安全性的前提下降低度電儲能成本——抽水蓄能技術因此而誕生、發(fā)展、成熟并成為目前裝機容量最大的儲能技術，見下圖；壓縮空氣儲能技術，鉛酸/鉛炭電池技術，液流電池技術，鈉硫電池技術和鋰離子電池技術，對標供熱價格的儲熱技術等，都將遵循這條發(fā)展路徑。
圖 美國能源部的全球儲能數據庫統(tǒng)計的儲能設施裝機容量
特殊需要說明的是，上述假設要求網電是理想化的。事實上，當儲能系統(tǒng)為不夠理想的電力系統(tǒng)提供補充時，應用的收益可能更高。如美國CAISO電力市場中儲能參加調頻等輔助服務可以獲取可觀收益，見下圖；儲能設施替代建設成本較高，用于滿足調峰調頻爬坡等需求的燃煤/燃氣電站也可以實現更低的社會總成本等。在為電力系統(tǒng)提供補充時，儲能技術的發(fā)展趨勢則是提高滿足特定需求的性能，或降低滿足特定需求所付出的成本——具備相當程度靈活性的鉛酸/鉛炭電池技術，鋰離子電池技術乃至超級電容技術等，將力爭以此分得電力系統(tǒng)范圍內的可觀利潤。
圖 典型月CAISO電力市場中儲能項目參與輔助服務的收益情況
中聯系情景下儲能技術的發(fā)展趨勢
“剪不斷，理還亂”可以認為是中聯系情景下儲能技術處境的真實寫照。無論近年來大紅大紫的新能源汽車，還是更新了一代又一代SoC性能屢創(chuàng)新高的智能手機，里程焦慮和續(xù)航時間的需求在相當程度上都持續(xù)存在。顯而易見，在保證安全性條件下儲能技術成本的降低和能量密度的提升是核心需求。如三元鋰電池對磷酸鐵鋰電池市場份額的逐步取代，甚至補貼體系的設計也通過補貼系數手段為能量密度大開綠燈；燃料電池汽車依靠儲氫加氫的物理優(yōu)勢在技術、產業(yè)成熟度和配套設施都不夠完善的情況下大打性能牌；當前旗艦乃至主流智能手機的電池容量已經從幾年前的2000mAh普遍達到3000mAh乃至更高，為此廠商們甚至紛紛取消了可更換電池設計以求更好地利用智能機內部有限的空間等。此外，快充概念的提出和實踐也為中聯系情景下儲能技術的發(fā)展開辟了一條新路，董小姐押寶的銀隆鈦酸鋰電池和oppo r9夠響亮的“充電五分鐘，通話兩小時”廣告語無疑給快充技術風風光光地占了兩次臺。不過儲能技術指標體系本身就是個“不可能三角”乃至“不可能多邊形”，通常情況下快充能力會影響能量密度，也會在充電功率需求總量較大的時候對電網產生相當程度的沖擊。可見，中聯系場景下的儲能技術發(fā)展較為多樣化，安全性、成本、能量類性能和功率類性能甚至溫度特性都有進步改善的需求。鋰離子電池技術，燃料電池技術將在中聯系場景這個競技場上揚長避短，繼續(xù)角逐，這個競技場也分外歡迎綜合性能成本出眾的新技術的到來。
弱聯系情景下儲能技術的發(fā)展趨勢
如果萬元級別無人機的續(xù)航能力可以從單次飛行25分鐘提升到1小時并不帶來任何其他負面影響，那么我相信多數消費者并不會排斥多付出哪怕兩千元儲能電池成本；如果航母、核潛艇上的儲能電池能量密度翻倍，如果關鍵地區(qū)通信設施備用電源能撐住十天半個月，如果航天器用儲能電池可以應對更嚴酷的環(huán)境考驗并發(fā)揮更佳的性能……弱聯系情景下儲能技術和使用條件相匹配的絕對性能本身和安全性并列技術發(fā)展的第一考慮因素，成本甚至退居次要地位。以高能量密度為賣點的鋰硫電池，金屬空氣電池自概念提出以來已經經過了幾十年的研發(fā)，雖仍沒有成規(guī)模的商業(yè)化進展，但研究和應用的探索一直沒有止步，如創(chuàng)業(yè)公司SolidEnergy為高空無人機提供的半年以上續(xù)航鋰空氣電池等，見下圖。如果說高效太陽能電池是光伏領域的至高皇冠，那么可以在能量密度上和化石燃料一爭高低的儲能技術則是儲能領域的璀璨明珠。
圖 SolidEnergy的鋰空氣電池
上述強、中、弱聯系的分類并不是絕對的，儲能應用所處的范圍也可以拓展。如新能源汽車的度電儲能成本足夠低，則可以通過參與電力市場的輔助服務獲取收益；如機械可充金屬空氣電池（通過更換金屬負極“充電”的一次電池）的綜合性能和成本符合應用需求，則可以同時顛覆無人機和新能源汽車的市場格局等。
從需求出發(fā)，回歸需求。這也是不同類型的儲能技術在不同情景下找到自己合適定位和發(fā)展趨勢的最終判據。
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