中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：可再生能源發(fā)展離不開儲(chǔ)能
歷史上出現(xiàn)了三次能源革命：第一次能源革命煤炭代替了薪柴。當(dāng)時(shí)英國抓住發(fā)展機(jī)遇，成為全球霸主，但也引發(fā)了諸多問題，如倫敦大霧霾，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，當(dāng)時(shí)英國能源結(jié)構(gòu)中70%以上是煤炭。第二次能源革命油氣代替了煤炭，美國借勢(shì)成為新的世界霸主。第三次能源革命，則是可再生能源，普及可再生能源是全球?qū)崿F(xiàn)低碳能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。預(yù)計(jì)2030年以后，整個(gè)能源結(jié)構(gòu)當(dāng)中，可再生能源將會(huì)占主導(dǎo)。我國在“十三五”規(guī)劃中提出的能源革命和能源結(jié)構(gòu)調(diào)整戰(zhàn)略方針是，到2020年，我國風(fēng)能發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到2.5億千瓦，光伏發(fā)電達(dá)1.5億千瓦，光熱發(fā)電達(dá)500萬千瓦?？稍偕茉凑饾u由輔助能源變?yōu)橹鲗?dǎo)能源。
電網(wǎng)在100多年歷史中，沒有儲(chǔ)能也運(yùn)行得很好，為何現(xiàn)在需要儲(chǔ)能？風(fēng)電、太陽能發(fā)電的不穩(wěn)定、不連續(xù)性特性對(duì)電網(wǎng)造成沖擊，配置儲(chǔ)能，則根本上解決了這一問題，實(shí)現(xiàn)安全、穩(wěn)定供電。近年來，棄風(fēng)、棄光、棄水率居高不下，僅去年全年，我國棄風(fēng)、棄光、棄水總量就高達(dá)1100億千瓦時(shí)，超過三峽電站全年發(fā)電量。儲(chǔ)能的重要性凸顯——可平衡發(fā)電和用電、確保電網(wǎng)穩(wěn)定，因此大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)是實(shí)現(xiàn)可再生能源普及應(yīng)用的核心技術(shù)。
近年來，隨著可再生能源開發(fā)利用規(guī)模不斷擴(kuò)大，儲(chǔ)能技術(shù)的研究與應(yīng)用日漸廣泛。與此同時(shí)，國家開始重視儲(chǔ)能，一系列利好政策不斷出臺(tái)，尤其是近期5部委聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于促進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》。作為國內(nèi)首個(gè)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)政策文件，《指導(dǎo)意見》明確了儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)未來10年的發(fā)展目標(biāo)，標(biāo)志著儲(chǔ)能在電網(wǎng)中主體地位的確立。同時(shí)《指導(dǎo)意見》鼓勵(lì)多種技術(shù)路線和應(yīng)用場(chǎng)景并行發(fā)展，并且提出了由政府引導(dǎo)、市場(chǎng)主導(dǎo)，強(qiáng)調(diào)建立補(bǔ)償機(jī)制，而非單純給予補(bǔ)貼，預(yù)計(jì)未來與電化學(xué)儲(chǔ)能相關(guān)的示范項(xiàng)目將加快推進(jìn)，多種儲(chǔ)能商業(yè)模式將有望蓬勃發(fā)展。
不同儲(chǔ)能技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)
儲(chǔ)能技術(shù)可按規(guī)模大小區(qū)分，本文主要聚焦大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)，即時(shí)間長、功率大，適用于電網(wǎng)的儲(chǔ)能技術(shù)。大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)需滿足三個(gè)條件：一是安全性，二是生命周期的性價(jià)比高即經(jīng)濟(jì)性，三是生命周期的環(huán)境負(fù)荷低即環(huán)境友好。對(duì)大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)而言，由于系統(tǒng)功率和容量大，發(fā)生安全事故造成的危害和損失大，因此大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)的首要要求是安全可靠，解決安全可靠性是其重中之重。此外，無論多大規(guī)模的儲(chǔ)能，報(bào)廢后的廢棄物處理成本必須算上，對(duì)環(huán)境的影響必須考慮進(jìn)去。
抽水儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能、鋰離子電池、鈉硫電池、鉛酸/鉛炭電池、液流電池等是目前主要的幾種儲(chǔ)能技術(shù)，各有優(yōu)缺點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)要找準(zhǔn)定位，使不同的儲(chǔ)能技術(shù)在不同的領(lǐng)域和場(chǎng)景扮演關(guān)鍵角色。
抽水儲(chǔ)能技術(shù)，優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟，世界范圍已建127000MW、儲(chǔ)能容量大，占儲(chǔ)能總裝機(jī)容量的99%，缺點(diǎn)是受地形、生態(tài)環(huán)境等條件的限制。在歐美，抽水儲(chǔ)能裝機(jī)容量一般占發(fā)電裝機(jī)容量的5%-15%，而我國由于水力資源、地理環(huán)境等資源限制，抽水儲(chǔ)能裝機(jī)容量只占發(fā)電裝機(jī)容量的不足1.7%。
壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)，優(yōu)點(diǎn)是儲(chǔ)能容量大，缺點(diǎn)是選址地質(zhì)條件限制大，需和燃?xì)馊加碗娬九涮?。壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)比較成熟，早在上世紀(jì)80年代的德國和90年代的美國就有建過壓縮空氣儲(chǔ)能電站，但目前世界上僅有2座百兆瓦級(jí)傳統(tǒng)的壓縮空氣儲(chǔ)能電站。
鋰離子電池儲(chǔ)能技術(shù)，現(xiàn)在鋰離子電池產(chǎn)能很大，價(jià)格不斷下降，但要用到大規(guī)模儲(chǔ)能上，則要重視安全性問題和容量衰減問題。鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)做得越大，其能量衰減就越快。
鈉硫電池儲(chǔ)能技術(shù)，優(yōu)點(diǎn)是能量密度較高、單個(gè)電池的開路電壓高，是高溫型蓄電池（350℃運(yùn)行），缺點(diǎn)是液態(tài)硫和金屬鈉對(duì)氧化鋁隔膜具有強(qiáng)腐蝕性，易引起爆炸，危險(xiǎn)性大；電池防腐、隔熱與安全防護(hù)要求高；制造成本高；啟動(dòng)時(shí)間長(數(shù)十小時(shí)至上百小時(shí))。目前，全球范圍內(nèi)能制造鈉硫電池的只有日本NGK公司，鈉硫電池中的金屬鈉容易著火，有極大安全隱患。日本在2010年2月和2011年9月的兩場(chǎng)大型鈉硫電池著火事件給日本鈉硫電池公司造成重大打擊，導(dǎo)致很多訂單退貨。
鉛酸、（鉛碳）電池儲(chǔ)能技術(shù)，優(yōu)點(diǎn)是鉛酸電池技術(shù)成熟、價(jià)格低廉、安全性能相對(duì)可靠；鉛碳電池可大幅度提高電池壽命，缺點(diǎn)是循環(huán)壽命短、環(huán)境污染。通過近幾年對(duì)鉛碳電池研究，結(jié)果表明如果鉛碳電池做得好，同樣條件下，鉛碳電池的壽命要比鉛酸電池增加5倍，但仍存在一些安全性問題。
液流電池是未來發(fā)展趨勢(shì)
根據(jù)咨詢公司Navigant 2015年對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)的相關(guān)預(yù)測(cè)，認(rèn)為鋰離子、液流電池、鉛碳電池將成為未來儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。
全釩液流電池儲(chǔ)能技術(shù)的工作原理是利用釩離子價(jià)態(tài)變化，實(shí)現(xiàn)電能儲(chǔ)存和釋放。全釩液流電池的優(yōu)勢(shì)是，安全性好，比較適合大規(guī)模儲(chǔ)能，特別是兆瓦以上的儲(chǔ)能和時(shí)間比較長（4個(gè)小時(shí)以上）的儲(chǔ)能；目前在電池中壽命最長，大于13000多次；充放電響應(yīng)速度比較快；電解液可循環(huán)使用。缺點(diǎn)是比能量較低，不適合電動(dòng)車，只適合固定電站。
中國開發(fā)全釩液流電池具有先天優(yōu)勢(shì)。就釩資源來看，全球目前已知的資源儲(chǔ)量大約有6300萬噸，中國釩儲(chǔ)量占世界38%。全球目前適合開采的釩資源儲(chǔ)量為1300萬噸，其中95%在中國、俄羅斯和南非。此外，迄今在全釩液流領(lǐng)域，中國整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈最全，所有材料均已實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。
處于產(chǎn)業(yè)化示范階段的全釩液流電池正在成為新能源發(fā)電和電網(wǎng)的重要儲(chǔ)能技術(shù)之一。去年，國家能源局批準(zhǔn)建設(shè)的首個(gè)大型化學(xué)儲(chǔ)能國家示范項(xiàng)目——大連液流電池儲(chǔ)能調(diào)峰站，采用的是國內(nèi)自主研發(fā)、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全釩液流電池儲(chǔ)能技術(shù)，建成后將成為全球規(guī)模最大的全釩液流電池儲(chǔ)能電站。
（作者系中科院大連化學(xué)物理研究所首席研究員、博導(dǎo)）
