儲(chǔ)能是助力打通能源革命的任督二脈

前言：目前用于電網(wǎng)側(cè)大規(guī)模儲(chǔ)能仍以物理儲(chǔ)能(抽水儲(chǔ)能)為主，抽水儲(chǔ)能具有規(guī)模大、壽命長(zhǎng)、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(jí)以上，儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)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。但這種儲(chǔ)能技術(shù)需要特殊的地理?xiàng)l件和配套設(shè)施，建設(shè)的局限性較大。

從遙遠(yuǎn)太空俯視地球，城市面積逐年擴(kuò)大。無(wú)論是面對(duì)著川流不息的馬路還是日益智能的數(shù)碼設(shè)備，人類(lèi)都享受著能源所帶來(lái)的便利。

“能源者，國(guó)之大事，死生之地、存亡之道，不可以不察也!”中國(guó)政府為確保能源供給安全與清潔利用，在2014年提出了能源革命的戰(zhàn)略。而能源要革命，必須打通它的“任督二脈”：督脈自上而下，推行化石能源的清潔高效利用技術(shù);任脈自下而上，提高可再生能源的接入比例。打通任督二脈，中國(guó)乃至世界的能源格局將會(huì)徹底發(fā)生變化。當(dāng)然，打通任督二脈需要突破多道“玄關(guān)”，包括耳熟能詳?shù)恼叻ㄒ?guī)、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、大數(shù)據(jù)、人工智能、互聯(lián)網(wǎng)等，其中儲(chǔ)能技術(shù)是亟需突破的核心關(guān)卡。其意義在于調(diào)和能源供給與能源消費(fèi)在時(shí)間和空間上存在不平衡的矛盾。例如，盡管風(fēng)能、太陽(yáng)能等能源十分清潔且取之不盡，但是在自然環(huán)境中，風(fēng)力時(shí)大時(shí)小，天氣有晴有陰，這些設(shè)備發(fā)出的電可能時(shí)有時(shí)無(wú)，這會(huì)給電網(wǎng)的調(diào)度帶來(lái)多大難度呢?當(dāng)今社會(huì)，一天停電一次都會(huì)令人抓狂，更何況隨時(shí)停電的德謨克利斯之劍時(shí)刻高懸?此外，盡管化石能源火力發(fā)電的質(zhì)量值得信賴(lài)，但是火電站的建設(shè)必須滿(mǎn)足用電高峰需求，而在用電低谷期則會(huì)造成大量的電力損失，化石能源的利用效率也很低。如果有了儲(chǔ)能技術(shù)，情況將發(fā)生極大變化，一方面可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)能、太陽(yáng)能的可控儲(chǔ)存和輸出，另一方面可以將用電低谷的電能儲(chǔ)存起來(lái)，在用電高峰的時(shí)候使用，不但可以減少火電站建設(shè)，還可以節(jié)能減排。

上述是儲(chǔ)能技術(shù)在發(fā)電側(cè)和電網(wǎng)側(cè)的應(yīng)用舉例，其儲(chǔ)能規(guī)?？蛇_(dá)數(shù)百至數(shù)千兆瓦時(shí)以上。而中小規(guī)模的儲(chǔ)能技術(shù)，則有更加靈活廣泛的應(yīng)用需求。例如，儲(chǔ)能可以保障政府、醫(yī)院、軍事指揮部等重要部門(mén)的應(yīng)急電力供應(yīng)，緩解用電高峰期的電網(wǎng)局部阻塞，保證社區(qū)、工廠、學(xué)校的用電穩(wěn)定。對(duì)于遠(yuǎn)離電網(wǎng)的偏遠(yuǎn)地區(qū)、海島等，儲(chǔ)能技術(shù)可以與風(fēng)能、太陽(yáng)能、潮汐能等結(jié)合，形成能源自給自足的分布式供能體系，保障生活生產(chǎn)的需要。在實(shí)施峰谷電價(jià)的地區(qū)，儲(chǔ)能還可以根據(jù)電價(jià)低的時(shí)候購(gòu)電，在電價(jià)高的時(shí)候售電，在經(jīng)濟(jì)上獲得實(shí)惠。更小規(guī)模的儲(chǔ)能技術(shù)則可以應(yīng)用于電動(dòng)車(chē)、移動(dòng)數(shù)碼等領(lǐng)域。例如，很多城市都已大量使用電動(dòng)汽車(chē)和電動(dòng)公交車(chē)，可以大幅降低城市霧霾。此外，在移動(dòng)數(shù)碼領(lǐng)域，儲(chǔ)能技術(shù)早已廣泛應(yīng)用，并在向小型化、輕量化、柔性化(可植入人體、可穿戴)發(fā)展。

當(dāng)然，儲(chǔ)能的市場(chǎng)非常廣闊，儲(chǔ)能的技術(shù)也很多，主要可分為物理儲(chǔ)能和化學(xué)儲(chǔ)能兩大類(lèi)。物理儲(chǔ)能技術(shù)主要有抽水儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能、超導(dǎo)儲(chǔ)能及超級(jí)電容器?；瘜W(xué)儲(chǔ)能技術(shù)主要有鋰離子電池，鉛酸電池、液流電池、鈉硫電池、鉛炭電池、金屬空氣電池等。

圖：儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

根據(jù)各種應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?chǔ)能功率和儲(chǔ)能容量要求的不同，各種儲(chǔ)能技術(shù)都有其適宜的應(yīng)用領(lǐng)域。飛輪儲(chǔ)能、超導(dǎo)儲(chǔ)能和超級(jí)電容器儲(chǔ)能適合于需要提供短時(shí)及需要較大的脈沖功率的場(chǎng)合，如應(yīng)對(duì)電壓暫降和瞬時(shí)停電、抑制電力系統(tǒng)低頻振蕩、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性等;而抽水儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能和化學(xué)電池(液流電池、鉛炭電池及鋰離子電池技術(shù)等)儲(chǔ)能適合于電網(wǎng)調(diào)峰、可再生能源集中并入等大功率、大容量的應(yīng)用場(chǎng)合。在當(dāng)前國(guó)際、國(guó)內(nèi)形勢(shì)下，這些儲(chǔ)能技術(shù)將獲得快速發(fā)展，與其它策略一起打通我國(guó)能源革命的“任督二脈”，構(gòu)建強(qiáng)大的能源體系。發(fā)展儲(chǔ)能技術(shù)不僅對(duì)我國(guó)具有重要戰(zhàn)略意義，對(duì)于其他國(guó)家也會(huì)產(chǎn)生重要影響。

目前用于電網(wǎng)側(cè)大規(guī)模儲(chǔ)能仍以物理儲(chǔ)能(抽水儲(chǔ)能)為主，抽水儲(chǔ)能具有規(guī)模大、壽命長(zhǎng)、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(jí)以上，儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)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。但這種儲(chǔ)能技術(shù)需要特殊的地理?xiàng)l件和配套設(shè)施，建設(shè)的局限性較大。

鋰離子電池具有重量輕、比能量高、自放電率低、工作范圍適溫寬，綠色環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，已廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備，并作為動(dòng)力電池在電動(dòng)交通工具領(lǐng)域得到應(yīng)用。近幾年，又開(kāi)展應(yīng)用于固定儲(chǔ)能設(shè)備的研發(fā)。但要作為規(guī)模儲(chǔ)能設(shè)備，單電池的一致性問(wèn)題、安全性問(wèn)題以及高成本問(wèn)題是必須要解決的。

與鋰離子電池相比，另外一種化學(xué)儲(chǔ)能方式，液流電池是適合于大規(guī)模儲(chǔ)能(蓄電)的裝置，在規(guī)模儲(chǔ)能方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)：蓄電容量大，可達(dá)百兆瓦時(shí);容量和功率相互獨(dú)立，系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活;電堆易于模塊組合，蓄電容量便于調(diào)節(jié);充放電響應(yīng)速度快，電池的使用壽命長(zhǎng)，可靠性高，可深度放電;系統(tǒng)選址自由，受設(shè)置場(chǎng)地限制小;系統(tǒng)封閉運(yùn)行;電池的大部分部件材料可循環(huán)使用建設(shè)周期短，系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用低;特別是具有運(yùn)行安全和環(huán)境友好的優(yōu)點(diǎn)。目前，中科院大連化物所儲(chǔ)能技術(shù)研究部和大連融科儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展有限公司研究團(tuán)隊(duì)，已經(jīng)在儲(chǔ)能領(lǐng)域取得了突出成績(jī)，特別在液流電池領(lǐng)域。在十二五期間解決了全釩液流電池關(guān)鍵材料、高性能電堆和大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)集成等方面的關(guān)鍵科學(xué)和工程問(wèn)題，并取得了一系列技術(shù)突破。研究團(tuán)隊(duì)完成了從實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)研究到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的發(fā)展過(guò)程，實(shí)施了包括全球最大規(guī)模的5MW/10MWh在內(nèi)的30余項(xiàng)商業(yè)化示范工程，形成了完整的全釩液流電池儲(chǔ)能技術(shù)的產(chǎn)業(yè)鏈，領(lǐng)軍國(guó)內(nèi)外液流電池標(biāo)準(zhǔn)的制定，引領(lǐng)全球液流電池技術(shù)的發(fā)展。目前，該研究團(tuán)隊(duì)正在承建全球最大的200MW/800MWh的電化學(xué)儲(chǔ)能電站示范工程。

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