近年來風電、太陽能等可再生能源發(fā)展迅速，因其清潔性、無排放、可再生等優(yōu)點受到推崇；但另一方面由于風、陽光受氣候條件左右，不可控，波動、間歇，甚至被有的觀點稱為垃圾電而被排斥，棄風現(xiàn)象大受垢病。因此在風電、太陽能發(fā)電場中引入儲能裝置，以改善電網(wǎng)穩(wěn)定狀況、減少棄風現(xiàn)象，越來越受到重視。既使是在常規(guī)燃煤發(fā)電廠，為保證礦山、數(shù)據(jù)庫等特殊要求的穩(wěn)定供電，提高電廠運營效率，也有引入儲能裝置的情況。

      隨著智能電網(wǎng)、分布式供電等新技術的推廣應用，儲能的作用進一步突現(xiàn)出來。我國也在張家口搞了風光儲示范，遼寧法庫風電場也建設了5MW全礬液流電池儲能裝置。在電網(wǎng)中建設儲能裝置可簡單比喻為電路中如只有電源、電阻（用戶），電路不夠穩(wěn)定，加上電容后電路穩(wěn)定性大大提高。為深入了解國際儲能技術現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，為我國儲能行業(yè)的快速發(fā)展參考，現(xiàn)整理匯總儲能技術在電力系統(tǒng)中的應用、定位和價值分析、國內(nèi)外儲能應用現(xiàn)狀及產(chǎn)業(yè)政策等相關情況。

       關于各種儲能技術

       按照電力系統(tǒng)應用領域劃分，儲能可分為功率型儲能和能量型儲能兩種，能量型儲能主要用于高能量（電能）的調(diào)配和管理，典型應用如調(diào)峰電站；功率型儲能主要用于瞬間高功率輸入和輸出場合，典型應用如用于電網(wǎng)調(diào)頻。

       按照技術類型劃分，儲能技術主要包括物理儲能和化學儲能。物理儲能主要包括抽水儲能、壓縮空氣儲能和飛輪儲能。前兩種儲能系統(tǒng)具有規(guī)模大、壽命長、安全可靠、運行費用低的優(yōu)點，建設規(guī)模一般在百兆瓦級以上，儲能時長從幾小時到幾天，適用于電力系統(tǒng)的削峰填谷、緊急事故備用容量等應用。其中抽水儲能是目前在電力系統(tǒng)中應用最為廣泛的儲能方式，全球總裝機容量達127GW，占儲能總裝機容量的99%。但兩種儲能技術也都有建設的局限性。飛輪儲能具有響應速度快、轉換效率高、比功率大等優(yōu)點，可以實現(xiàn)與電力系統(tǒng)的實時高功率補償，特別適合電力系統(tǒng)用功率型儲能技術，但目前技術未達到實用化要求，尚需要技術積累和產(chǎn)業(yè)配套發(fā)展。

       化學儲能包括鉛酸電池、鉛炭電池、液流電池、鈉硫電池、鋰電池和金屬空氣電池等，相比于物理儲能技術具備系統(tǒng)簡單、安裝便捷以及運行方式靈活等優(yōu)點，建設規(guī)模一般在千瓦至百兆瓦級別，適用于電力系統(tǒng)分散式的儲能設備，是目前電力儲能在風電、太陽能等領域應用發(fā)展的重點。(見表1）



       在化學儲能技術中，鉛酸電池是比較成熟的技術，具有價格低廉、安全可靠等優(yōu)點，但其循環(huán)壽命短、不可深度放電、運行和維護費用高等問題，使鉛酸電池只能運行在淺充淺放或備用的工況，主要作為電力系統(tǒng)備用電源使用。鉛炭電池是對傳統(tǒng)鉛酸的電極進行改良，一定程度提高了電池充放電壽命，用于電力系統(tǒng)備用和短時功率型工況。鈉硫電池是以金屬鈉和液態(tài)硫為活性物質，工作在300℃的高溫型蓄電池，具有儲能密度高、轉化效率高等優(yōu)點，適用于電力系統(tǒng)調(diào)峰和調(diào)頻應用。目前鈉硫電池累計裝機約304MW，但2011年兩起著火爆炸事件使用戶關注其安全性的隱患。鋰電池具有高比功率和高轉化效率的優(yōu)點，特別適用于電動汽車等移動式儲能方式，近年來在電力系統(tǒng)備用電源及電網(wǎng)調(diào)頻等方面的應用也備受關注。液流電池近些年發(fā)展迅速，其安全性好、壽命長、系統(tǒng)設計靈活等優(yōu)點使其作為 電力系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻、可再生能源并網(wǎng)、分布式供能等儲能裝置有廣闊的空間。

       化學儲能技術適合于電力系統(tǒng)分散、靈活的儲能布局，目前技術的發(fā)展呈百花齊放局面，液流電池、鋰電池、鈉硫電池、鉛炭電池是目前電力系統(tǒng)用儲能的主流技術。高安全性、高可靠性、高性價比、高能量效率、長壽命是儲能技術的發(fā)展方向。

       關于儲能技術在電力系統(tǒng)中的應用和價值分析

       近幾年太陽能、風能等可再生能源發(fā)電在電力系統(tǒng)中比例逐漸增加，給現(xiàn)有電網(wǎng)的安全運行和高效調(diào)度帶來了新的挑戰(zhàn)，智能電網(wǎng)則成為推動新能源發(fā)展及保障電網(wǎng)安全的重要載體。儲能技術尤其大規(guī)模儲能技術是智能電網(wǎng)在發(fā)電、輸電、配電、用電四大環(huán)節(jié)調(diào)節(jié)電能質量、優(yōu)化能源效率等主要目標的實現(xiàn)手段，逐漸成為構建智能電網(wǎng)不可或缺的關鍵環(huán)節(jié)。（見表2）



       可以看出，儲能在整個電力系統(tǒng)中的作用體現(xiàn)在“調(diào)劑、優(yōu)化、提高、保障”，即調(diào)劑全系統(tǒng)內(nèi)電能的高效和靈活分配，優(yōu)化全系統(tǒng)設備的資源配置和利用、提高全系統(tǒng)的運行效率和電能質量、保障全系統(tǒng)穩(wěn)定和安全運行。其中儲能的必要性體現(xiàn)在保障電網(wǎng)安全，實現(xiàn)全系統(tǒng)的能量管理，接納可再生能源；經(jīng)濟性體現(xiàn)在優(yōu)化設備的配置、提高全網(wǎng)的效率；技術先進性體現(xiàn)在相比于傳統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻、旋轉備用設備來說其快速、準確的響應性和高效率等方面的突出優(yōu)勢。

       當前，儲能在電力系統(tǒng)的細分領域應用主要包括可再生能源接入儲能、電網(wǎng)調(diào)峰/調(diào)頻儲能、配電側分布式儲能和用戶側分布式微網(wǎng)儲能幾種，儲能在這些應用中具有直接和間接經(jīng)濟價值。（見表3）



       綜上，投資者（發(fā)電公司、電網(wǎng)運營商、用戶側）衡量儲能的價值除考慮各個應用模式下的直接收益外，更多的要衡量儲能對全系統(tǒng)內(nèi)的綜合性價值，包括設備投資減少、運營費用降低、發(fā)電/用電效率的提高等，另外開放的電力交易也會增大儲能的市場競爭力。通過已運行的儲能示范項目積累，建立不同模式下系統(tǒng)經(jīng)濟模型，通過產(chǎn)業(yè)政策全局把握，推動儲能行業(yè)的發(fā)展。

       關于化學儲能技術的應用現(xiàn)狀

       目前，全球在電力系統(tǒng)中運行的儲能設備總裝機容量達到127GW，其中99%的儲能設備為抽水蓄能技術，化學儲能技術總裝機容量約520MW，其中鈉硫電池304MW、鋰電池116MW、液流電池20MW、鉛酸電池（包括鉛炭電池）80MW。

       鈉硫電池是目前裝機規(guī)模最大的化學儲能技術，主要應用于配電網(wǎng)的分布式儲能，延緩負荷增長時對配網(wǎng)設備和線路擴容升級的投資。鋰電池和液流電池近些年技術發(fā)展很快，在電力系統(tǒng)中的應用逐漸增多。鋰電池的主流技術包括碳酸鋰、磷酸鋰鐵、聚合物鋰電池和錳酸鋰電池等，偏重于電力系統(tǒng)的功率型應用，包括調(diào)頻、調(diào)壓及波動控制等。液流電池中技術最成熟的是全釩液流儲能電池，也有研究機構在研究鐵鉻液流電池。主要是電力系統(tǒng)的能量型應用，包括提高可再生能源發(fā)電效率、電網(wǎng)調(diào)峰和分布式儲能等。鉛炭電池目前主要用于提高電網(wǎng)的電能質量。（見表4）



       美國、日本、歐洲和中國的電力系統(tǒng)中化學儲能的應用處于領先水平。日本是高度城市化的國家，用電峰谷負荷差異大，電網(wǎng)用于擴容的投資巨大，儲能的作用是提高電網(wǎng)的利用效率、延緩擴容升級投資以及家用備用電源等；美國的電力交易商業(yè)化市場程度較高，儲能的應用主要是針對分布式微網(wǎng)及電力調(diào)頻應用。中國和歐洲的可再生能源發(fā)展迅速，儲能主要作用是加強現(xiàn)有電網(wǎng)接納可再生能源的能力。

       液流電池、鋰電池和鈉硫電池等化學儲能技術在電力系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)都有所應用，并逐漸體現(xiàn)其綜合價值，項目的數(shù)量和規(guī)模逐年增加。美國、中國、日本、歐洲由于電網(wǎng)結構的不同，對儲能應用的側重點有所差異。更多應用項目的實施會引導和推進技術的完善以及市場的商業(yè)化。

儲能技術產(chǎn)業(yè)政策

       可再生能源的發(fā)展規(guī)劃和完善優(yōu)化現(xiàn)有電力系統(tǒng)，提高整體能源利用效率，世界主要國家都有支持儲能技術發(fā)展的政策措施。

       美國能源部2011年2月發(fā)布了 《2011-2015儲能計劃》，關注如何安裝儲能系統(tǒng)以實現(xiàn)其最大效用；儲能系統(tǒng)的成本、安全性及使用周期的研發(fā)和應用事宜；促進技術研發(fā)并建設示范項目展示儲能的價值鏈條，通過示范項目的建設及運營反饋指導科研方向；儲能設備的工業(yè)設計，以實現(xiàn)其大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。美國加州政府2010年頒布儲能 《AB2514》號法案，評估各種儲能系統(tǒng)優(yōu)勢及在電力系統(tǒng)應用模式，制定出切實可行、具有成本效益的儲能系統(tǒng)安裝標準，實行儲能配額制，2020年儲能裝機容量達到最大負荷的5%。

       日本產(chǎn)業(yè)省于2011年11月發(fā)布《節(jié)能法修正案》，鼓勵使用自主發(fā)電設備和蓄電池等作為用電高峰對策；要求在工廠和大廈中使用自助發(fā)電設備，對建筑物進行節(jié)電改造，建設大廈能源管理系統(tǒng)；在居民住宅中定置鋰電池、光伏發(fā)電系統(tǒng)、燃料電池系統(tǒng)并安裝房屋能源管理系統(tǒng)。

       給電力系統(tǒng)帶來的是系統(tǒng)級的綜合價值，其商業(yè)化市場的發(fā)展更需要產(chǎn)業(yè)政策的支持。如何制定有效、具體的產(chǎn)業(yè)政策，已經(jīng)成為世界各國能源部門開始思考的問題。儲能產(chǎn)業(yè)政策大致包括減稅補貼、一次性投資補貼、參與商業(yè)化電價競爭、電價補貼等幾方面補貼形式。（見表5）



儲能是電力系統(tǒng)不可或缺的一部分，為更好地引導和推進儲能的商業(yè)化市場，制定適合本國國情的儲能產(chǎn)業(yè)政策至關重要。這些政策應包括但不限于稅收減免、電價補貼、一次性投資補貼和參與商業(yè)化電力交易等形式。

關于液流儲能電池技術現(xiàn)狀

相比于其它化學儲能技術，全釩液流儲能電池在安全性、壽命和環(huán)保方面有很多優(yōu)點，被認為是電力系統(tǒng)用能量型儲能有前途的技術之一。目前，世界范圍內(nèi)全釩液流儲能電池累計裝機容量約20MW。

2002年奧地利Cellstrom公司開始研發(fā)釩電池，主要有10kW/100kWh系統(tǒng)和200kW/400kWh系統(tǒng)兩種定型產(chǎn)品，產(chǎn)品主要用于與太陽能光伏電池配套，用于偏遠地區(qū)供電、通訊以及備用電源領域。2005年日本住友電工公司（SEI）在北海道苫前町建造了當時國際最大規(guī)模4 MW釩電池儲能系統(tǒng)用于與30.6MW風力發(fā)電匹配，該系統(tǒng)持續(xù)運行3年，積累了大量寶貴數(shù)據(jù)和經(jīng)驗。2011年，SEI應用其新一代釩電池技術，以城市智能微電網(wǎng)為目標市場，在橫濱和大阪建造了示范項目，應用效果良好。

2010年以來，隨著技術的不斷成熟和市場的拉動，全釩液流儲能電池逐步由研發(fā)階段進入示范應用階段。2012年開始在幾家主要釩電池生產(chǎn)企業(yè)的努力下逐步開始產(chǎn)業(yè)化。中國大連融科儲能技術發(fā)展有限公司（簡稱融科儲能）立足自主研發(fā)，掌握了電池材料、電堆和電池系統(tǒng)、管理控制等自主核心技術，開展了千瓦-兆瓦級釩電池設計和應用。2012年，融科儲能建設的國內(nèi)首套、世界最大的5MW/10MWh電池系統(tǒng)在國電龍源沈陽法庫風電場成功并網(wǎng)運行。

全釩液流儲能電池技術被認為是電力系統(tǒng)用能量型儲能有應用前景的技術之一。技術經(jīng)過應用項目的積累日趨成熟，逐漸被市場所接納，行業(yè)處于產(chǎn)業(yè)化前期，技術標準和產(chǎn)業(yè)配套正逐漸形成。

（作者為國家能源委員會專家咨詢委員會主任）