近年來風(fēng)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(diǎn)受到推崇;但另一方面由于風(fēng)、陽光受氣候條件左右，不可控，波動(dòng)、間歇，甚至被有的觀點(diǎn)稱為垃圾電而被排斥，棄風(fēng)現(xiàn)象大受垢病。因此在風(fēng)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(fēng)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(yùn)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(shù)的推廣應(yīng)用，儲能的用途進(jìn)一步突現(xiàn)出來。我國也在張家口搞了風(fēng)光儲示范，遼寧法庫風(fēng)電場也建設(shè)了5MW全礬液流電池儲能裝置。在電網(wǎng)中建設(shè)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(shù)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(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用、定位和價(jià)值分析、國內(nèi)外儲能應(yīng)用現(xiàn)狀及產(chǎn)業(yè)政策等相關(guān)情況。

有關(guān)各種儲能技術(shù)

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

按照技術(shù)類型劃分，儲能技術(shù)重要包括物理儲能和化學(xué)儲能。物理儲能重要包括抽水儲能、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(yùn)行費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)，建設(shè)規(guī)模一般在百兆瓦級以上，儲能時(shí)長從幾小時(shí)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(yīng)用。其中抽水儲能是目前在電力系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的儲能方式，全球總裝機(jī)容量達(dá)127GW，占儲能總裝機(jī)容量的99%。但兩種儲能技術(shù)也都有建設(shè)的局限性。飛輪儲能具有響應(yīng)速度快、轉(zhuǎn)換效率高、比功率大等優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)與電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)高功率補(bǔ)償，特別適合電力系統(tǒng)用功率型儲能技術(shù)，但目前技術(shù)未達(dá)到實(shí)用化要求，尚要技術(shù)積累和產(chǎn)業(yè)配套發(fā)展。

化學(xué)儲能包括鉛酸電池、鉛炭電池、液流電池、鈉硫電池、鋰離子電池和金屬空氣電池等，相比于物理儲能技術(shù)具備系統(tǒng)簡單、安裝便捷以及運(yùn)行方式靈活等優(yōu)點(diǎn)，建設(shè)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(shè)備，是目前電力儲能在風(fēng)電、太陽能等領(lǐng)域應(yīng)用發(fā)展的重點(diǎn)。(見表1)

在化學(xué)儲能技術(shù)中，鉛酸電池是比較成熟的技術(shù)，具有價(jià)格低廉、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，但其循環(huán)壽命短、不可深度放電、運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用高等問題，使鉛酸電池只能運(yùn)行在淺充淺放或備用的工況，重要作為電力系統(tǒng)備用電源使用。鉛炭電池是對傳統(tǒng)鉛酸的電極進(jìn)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(shí)功率型工況。鈉硫電池是以金屬鈉和液態(tài)硫?yàn)榛钚晕镔|(zhì)，工作在300℃的高溫型蓄電池，具有儲能密度高、轉(zhuǎn)化效率高等優(yōu)點(diǎn)，適用于電力系統(tǒng)調(diào)峰和調(diào)頻應(yīng)用。目前鈉硫電池累計(jì)裝機(jī)約304MW，但2011年兩起著火爆炸事件使用戶關(guān)注其安全性的隱患。鋰離子電池具有高比功率和高轉(zhuǎn)化效率的優(yōu)點(diǎn)，特別適用于電動(dòng)汽車等移動(dòng)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(yīng)用也備受關(guān)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(shè)計(jì)靈活等優(yōu)點(diǎn)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(xué)儲能技術(shù)適合于電力系統(tǒng)分散、靈活的儲能布局，目前技術(shù)的發(fā)展呈百花齊放局面，液流電池、鋰離子電池、鈉硫電池、鉛炭電池是目前電力系統(tǒng)用儲能的主流技術(shù)。高安全性、高可靠性、高性價(jià)比、高能量效率、長壽命是儲能技術(shù)的發(fā)展方向。

有關(guān)儲能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用和價(jià)值分析

近幾年太陽能、風(fēng)能等可再生能源發(fā)電在電力系統(tǒng)中比例逐漸新增，給現(xiàn)有電網(wǎng)的安全運(yùn)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(dòng)新能源發(fā)展及保障電網(wǎng)安全的重要載體。儲能技術(shù)尤其大規(guī)模儲能技術(shù)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(zhì)量、優(yōu)化能源效率等重要目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)手段，逐漸成為構(gòu)建智能電網(wǎng)不可或缺的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。(見表2)

可以看出，儲能在整個(gè)電力系統(tǒng)中的用途體現(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(shè)備的資源配置和利用、提高全系統(tǒng)的運(yùn)行效率和電能質(zhì)量、保障全系統(tǒng)穩(wěn)定和安全運(yùn)行。其中儲能的必要性體現(xiàn)在保障電網(wǎng)安全，實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的能量管理，接納可再生能源;經(jīng)濟(jì)性體現(xiàn)在優(yōu)化設(shè)備的配置、提高全網(wǎng)的效率;技術(shù)先進(jìn)性體現(xiàn)在相比于傳統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻、旋轉(zhuǎn)備用設(shè)備來說其快速、準(zhǔn)確的響應(yīng)性和高效率等方面的突出優(yōu)勢。

當(dāng)前，儲能在電力系統(tǒng)的細(xì)分領(lǐng)域應(yīng)用重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(cè)分布式儲能和用戶側(cè)分布式微網(wǎng)儲能幾種，儲能在這些應(yīng)用中具有直接和間接經(jīng)濟(jì)價(jià)值。(見表3)

綜上，投資者(發(fā)電公司、電網(wǎng)運(yùn)營商、用戶側(cè))衡量儲能的價(jià)值除考慮各個(gè)應(yīng)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(jià)值，包括設(shè)備投資減少、運(yùn)營費(fèi)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(yùn)行的儲能示范項(xiàng)目積累，建立不同模式下系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)模型，通過產(chǎn)業(yè)政策全局把握，推動(dòng)儲能行業(yè)的發(fā)展。

有關(guān)化學(xué)儲能技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，全球在電力系統(tǒng)中運(yùn)行的儲能設(shè)備總裝機(jī)容量達(dá)到127GW，其中99%的儲能設(shè)備為抽水蓄能技術(shù)，化學(xué)儲能技術(shù)總裝機(jī)容量約520MW，其中鈉硫電池304MW、鋰離子電池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(jī)規(guī)模最大的化學(xué)儲能技術(shù)，重要應(yīng)用于配電網(wǎng)的分布式儲能，延緩負(fù)荷上升時(shí)對配網(wǎng)設(shè)備和線路擴(kuò)容升級的投資。鋰離子電池和液流電池近些年技術(shù)發(fā)展很快，在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用逐漸增多。鋰離子電池的主流技術(shù)包括碳酸鋰、磷酸鋰鐵、聚合物鋰離子電池和錳酸鋰離子電池等，偏重于電力系統(tǒng)的功率型應(yīng)用，包括調(diào)頻、調(diào)壓及波動(dòng)控制等。液流電池中技術(shù)最成熟的是全釩液流儲能電池，也有研究機(jī)構(gòu)在研究鐵鉻液流電池。重要是電力系統(tǒng)的能量型應(yīng)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。鉛炭電池目前重要用于提高電網(wǎng)的電能質(zhì)量。(見表4)

美國、日本、歐洲和我國的電力系統(tǒng)中化學(xué)儲能的應(yīng)用處于領(lǐng)先水平。日本是高度城市化的國家，用電峰谷負(fù)荷差異大，電網(wǎng)用于擴(kuò)容的投資巨大，儲能的用途是提高電網(wǎng)的利用效率、延緩擴(kuò)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(yīng)用重要是針對分布式微網(wǎng)及電力調(diào)頻應(yīng)用。我國和歐洲的可再生能源發(fā)展迅速，儲能重要用途是加強(qiáng)現(xiàn)有電網(wǎng)接納可再生能源的能力。

液流電池、鋰離子電池和鈉硫電池等化學(xué)儲能技術(shù)在電力系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)都有所應(yīng)用，并逐漸體現(xiàn)其綜合價(jià)值，項(xiàng)目的數(shù)量和規(guī)模逐年新增。美國、我國、日本、歐洲由于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的不同，對儲能應(yīng)用的側(cè)重點(diǎn)有所差異。更多應(yīng)用項(xiàng)目的執(zhí)行會引導(dǎo)和推進(jìn)技術(shù)的完善以及市場的商業(yè)化。

儲能技術(shù)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，世界重要國家都有支持儲能技術(shù)發(fā)展的政策措施。

美國能源部2011年二月公布了《2011-2015儲能計(jì)劃》，關(guān)注如何安裝儲能系統(tǒng)以實(shí)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(yīng)用事宜;促進(jìn)技術(shù)研發(fā)并建設(shè)示范項(xiàng)目展示儲能的價(jià)值鏈條，通過示范項(xiàng)目的建設(shè)及運(yùn)營反饋指導(dǎo)科研方向;儲能設(shè)備的工業(yè)設(shè)計(jì)，以實(shí)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(yīng)用模式，制定出切實(shí)可行、具有成本效益的儲能系統(tǒng)安裝標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)行儲能配額制，2020年儲能裝機(jī)容量達(dá)到最大負(fù)荷的5%。

日本產(chǎn)業(yè)省于2011年十一月公布《節(jié)能法修正案》，鼓勵(lì)使用自主發(fā)電設(shè)備和蓄電池等作為用電高峰對策;要求在廠和大廈中使用自助發(fā)電設(shè)備，對建筑物進(jìn)行節(jié)電改造，建設(shè)大廈能源管理系統(tǒng);在居民住宅中定置鋰離子電池、光伏發(fā)電系統(tǒng)、燃料動(dòng)力電池系統(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(jià)值，其商業(yè)化市場的發(fā)展更要產(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(bǔ)貼、一次性投資補(bǔ)貼、參與商業(yè)化電價(jià)競爭、電價(jià)補(bǔ)貼等幾方面補(bǔ)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(dǎo)和推進(jìn)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(guān)重要。這些政策應(yīng)包括但不限于稅收減免、電價(jià)補(bǔ)貼、一次性投資補(bǔ)貼和參與商業(yè)化電力交易等形式。

有關(guān)液流儲能電池技術(shù)現(xiàn)狀

相比于其它化學(xué)儲能技術(shù)，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(diǎn)，被認(rèn)為是電力系統(tǒng)用能量型儲能有前途的技術(shù)之一。目前，世界范圍內(nèi)全釩液流儲能電池累計(jì)裝機(jī)容量約20MW。

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

2010年以來，隨著技術(shù)的不斷成熟和市場的拉動(dòng)，全釩液流儲能電池逐步由研發(fā)階段進(jìn)入示范應(yīng)用階段。2012年開始在幾家重要釩電池生產(chǎn)公司的努力下逐步開始產(chǎn)業(yè)化。我國大連融科儲能技術(shù)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(shù)，開展了千瓦-兆瓦級釩電池設(shè)計(jì)和應(yīng)用。2012年，融科儲能建設(shè)的國內(nèi)首套、世界最大的5MW/10MWh電池系統(tǒng)在國電龍?jiān)瓷蜿柗◣祜L(fēng)電場成功并網(wǎng)運(yùn)行。

全釩液流儲能電池技術(shù)被認(rèn)為是電力系統(tǒng)用能量型儲能有應(yīng)用前景的技術(shù)之一。技術(shù)經(jīng)過應(yīng)用項(xiàng)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(shù)標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)業(yè)配套正逐漸形成。