儲能產(chǎn)業(yè)崛起

從廣義上講，儲能即能量存儲，是指通過一種介質(zhì)或者設備，把一種能量形式用同一種或者轉(zhuǎn)換成另一種能量形式存儲起來，基于未來應用需要以特定能量形式釋放出來的循環(huán)過程。從狹義上講，針對電能的存儲，儲能是指利用化學或者物理的方法將產(chǎn)生的能量存儲起來并在需要時釋放的一系列技術和措施。

那么，儲能目前在哪些領域應用較多?有多少種儲能方式?儲能概念上市公司有哪些?今天，國際能源網(wǎng)小編隊儲能進行了詳細梳理，以饗讀者。

三大儲能領域——電力系統(tǒng)、汽車與家用

在電力系統(tǒng)能源管理領域，儲能首選技術為抽水蓄能，化學電池中液流可能最先具有商業(yè)化條件，其次是鋰離子電池，鉛酸電池還需在技術上進一步提高性能，而鈉硫電池長期被日本壟斷，在我國的商業(yè)化應用前景存在較大不確定性。從國外示范研究來看，為穩(wěn)定電力供給提供均勻的功率輸出，需要配套大約新能源發(fā)電容量的20%，并有6-8小時存儲時間的電池儲能系統(tǒng)。預計到2020年，發(fā)電側(cè)和用電側(cè)合計需要7.58億千瓦的儲能設備。

據(jù)預測，到2024年，全球儲能系統(tǒng)的安裝容量大約將達到45 GW/81GWh。雖然與全球發(fā)電總裝機容量相比，這部分儲能容量的規(guī)模顯得十分微不足道，但電力系統(tǒng)已經(jīng)因為儲能系統(tǒng)的出現(xiàn)而發(fā)生了質(zhì)的變化。目前來看，電廠級儲能容量主要用于置換效率較低的發(fā)電容量。與此同時，快速增長的離網(wǎng)型儲能容量，也勢必將改變消費者與電廠之間的關系。

在電動車領域，具有應用前景的儲能技術，以鋰離子電池為主，鉛酸電池也有一定市場。電動車領域需要4.53億千瓦的儲能設備。全球電動汽車市場規(guī)模呈現(xiàn)迅猛發(fā)展的態(tài)勢，從 2011 年僅 6.80 萬輛，增長至 2015 年的 64.30 萬輛，年均復合增長率為 75.36%。根據(jù)真鋰研究的預測，未來隨著新能源汽車續(xù)航技術的不斷突破以及核心部件成本的逐步降低， 新能源汽車在全球乘用車市場于 2017年前后將有望實現(xiàn)規(guī)?；瑢脮r，全球電動汽車市場規(guī)模也將迎來新一輪的爆發(fā)式增長。

家庭儲能領域，也可以理解為一組為家庭儲存電能的大電池。對于絕大多數(shù)中國家庭來說，這還是一個比較陌生的家電產(chǎn)品。目前，全球主要的家庭儲能系統(tǒng)市場在美國和日本。美國人居所的面積通常比較大，家庭用電較多，擁有風、光等新能源發(fā)電系統(tǒng)的家庭數(shù)量也多。由于用電量比較大，且峰谷電費存在比較大價格差異，儲能系統(tǒng)通常被美國家庭用來在電價低的時段儲存電能并在高電價的時段使用，以達到節(jié)省電費的目的。另外，在邊遠地區(qū)，以及地震、颶風等自然災害高發(fā)的地區(qū)，家庭儲能系統(tǒng)被當作應急電源使用，免除由于災害或其他原因?qū)е碌念l繁斷電帶來的不便。

5大類、11種儲能技術

一 、機械類儲能

機械類儲能的應用形式只要有抽水蓄能、壓縮空氣儲能和飛輪儲能。

1、抽水蓄能

電網(wǎng)低谷時利用過剩電力將作為液態(tài)能量媒體的水從低標高的水庫抽到高標高的水庫，電網(wǎng)峰荷時高標高水庫中的水回流到下水庫推動水輪機發(fā)電機發(fā)電。

目前，抽水蓄能機組在一個國家總裝機容量中所占比重的世界平均水平為3%左右。截至2012年底，全世界儲能裝置總?cè)萘繛?28GW，其中抽水蓄能為127GW，占99%。截至2016年年底，全國抽水蓄能電站機組容量為5032.5萬千瓦，運行容量2338.5萬千瓦，在建容量2694萬千瓦，約占全國總裝機容量16.5億千瓦的3% 。(另在建8座，在建容量894萬千瓦)

2、飛輪儲能

在一個飛輪儲能系統(tǒng)中，電能用于將一個放在真空外殼內(nèi)的轉(zhuǎn)子即一個大質(zhì)量的由固體材料制成的圓柱體加速(達幾萬轉(zhuǎn)/分鐘)，從而將電能以動能形式儲存起來(利用大轉(zhuǎn)輪所儲存的慣性能量)。

飛輪儲能多用于工業(yè)和UPS中，適用于配電系統(tǒng)運行，以進行頻率調(diào)節(jié), 可用作一個不帶蓄電池的 UPS，當供電電源故障時，快速轉(zhuǎn)移電源，維持小系統(tǒng)的短時間頻率穩(wěn)定，以保證電能質(zhì)量 (供電中斷、電壓波動等)。

在我國剛剛開始在配電系統(tǒng)中安裝使用。電科院電力電子研究所曾為北京306醫(yī)院安裝了一套容量為250kVA, 磁懸浮軸承的飛輪儲能系統(tǒng)，能運行15秒，2008年投運。

3、壓縮空氣儲能

壓縮空氣儲能采用空氣作為能量的載體，大型的壓縮空氣儲能利用過剩電力將空氣壓縮并儲存在一個地下的結(jié)構(gòu)(如地下洞穴)，當需要時再將壓縮空氣與天然氣混合，燃燒膨脹以推動燃氣輪機發(fā)電。

至今, 只有德國和美國有投運的壓縮空氣儲能站。德國 Hundorf 站于1978年投運, 壓縮功率60MW，發(fā)電功率290MW(后經(jīng)改造提高到321MW), 壓縮時間/發(fā)電時間=4，2小時連續(xù)運行，啟動過上萬次，啟動可靠率達97%。此外，德國正在建造絕熱型壓縮空氣儲能電站，尚未投運美國Mcintosh, Alabama阿拉巴馬州, 1991年投運, 110MW,壓縮時間/發(fā)電時間=1.6，如連續(xù)輸出 100MW 可維持26小時，曾因地質(zhì)不穩(wěn)定而發(fā)生過坍塌事故。此外，美國正在建設幾座大型的壓縮空氣儲能電站，尚未投運。

近來壓縮空氣儲能的研究和開發(fā)熱度在不斷上升，國家電網(wǎng)公司已立項研究10MW壓縮空氣儲能。

二、 電氣類儲能

電氣類儲能的應用形式只有超級電容器儲能和超導儲能。

1、超級電容器儲能

根據(jù)電化學雙電層理論研制而成的，又稱雙電層電容器，兩電荷層的距離非常小(一般0.5mm以下)，采用特殊電極結(jié)構(gòu)，使電極表面積成萬倍的增加，從而產(chǎn)生極大的電容量。

超級電容器儲能開發(fā)已有50多年的歷史，近二十年來技術進步很快，使它的電容量與傳統(tǒng)電容相比大大增加，達到幾千法拉的量級，而且比功率密度可達到傳統(tǒng)電容的十倍。超級電容器儲能將電能直接儲存在電場中，無能量形式轉(zhuǎn)換，充放電時間快，適合用于改善電能質(zhì)量。由于能量密度較低，適合與其他儲能手段聯(lián)合使用。

2、超導儲能

超導儲能系統(tǒng)是由一個用超導材料制成的、放在一個低溫容器(cryogenic vessel) (杜瓦Dewar )中的線圈、功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)(PCS)和低溫制冷系統(tǒng)等組成。能量以超導線圈中循環(huán)流動的直流電流方式儲存在磁場中。

超導儲能適合用于提高電能質(zhì)量，增加系統(tǒng)阻尼，改善系統(tǒng)穩(wěn)定性能，特別是用于抑制低頻功率振蕩。但是由于其格昂貴和維護復雜，雖然已有商業(yè)性的低溫和高溫超導儲能產(chǎn)品可用，在電網(wǎng)中應用很少，大多是試驗性的。SMES 在電力系統(tǒng)中的應用取決于超導技術的發(fā)展 (特別是材料、低成本、制冷、電力電子等方面技術的發(fā)展)。

三、 電化學類儲能

電化學類儲能主要包括各種二次電池，有鉛酸電池、鋰離子電池、鈉硫電池和液流電池等，這些電池多數(shù)技術上比較成熟，近年來成為關注的重點，并且還獲得許多實際應用。

1、鉛酸電池

鉛酸電池是世界上應用最廣泛的電池之一。鉛酸電池內(nèi)的陽極(PbO2)及陰極(Pb)浸到電解液(稀硫酸)中，兩極間會產(chǎn)生2V的電勢，這就是鉛酸電池的原理。

鉛酸電池常常用于電力系統(tǒng)的事故電源或備用電源，以往大多數(shù)獨立型光伏發(fā)電系統(tǒng)配備此類電池。目前有逐漸被其他電池(如鋰離子電池)替代的趨勢。

2、鋰離子電池

鋰離子電池實際上是一個鋰離子濃差電池，正負電極由兩種不同的鋰離子嵌入化合物構(gòu)。充電時，Li+從正極脫嵌經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負極，此時負極處于富鋰態(tài)，正極處于貧鋰態(tài);放電時則相反，Li+從負極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入正極，正極處于富鋰態(tài)，負極處于貧鋰態(tài)。

由于鋰離子電池在電動汽車、計算機、手機等便攜式和移動設備上的應用，所以它目前幾乎已成為世界上應用最為廣泛的電池。鋰離子電池的能量密度和功率密度都較高，這是它能得到廣泛應用和關注的主要原因。它的技術發(fā)展很快，近年來，大規(guī)模生產(chǎn)和多場合應用使其價格急速下降，因而在電力系統(tǒng)中的應用也越來越多。鋰離子電池技術仍然在不斷地開發(fā)中，目前的研究集中在進一步提高它的使用壽命和安全性，降低成本、以及新的正、負極材料的開發(fā)上。

3、鈉硫電池

鈉硫電池的陽極由液態(tài)的硫組成，陰極由液態(tài)的鈉組成，中間隔有陶瓷材料的貝塔鋁管。電池的運行溫度需保持在300℃以上，以使電極處于熔融狀態(tài)。

日本的NGK公司是世界上唯一能制造出高性能的鈉硫電池的廠家。目前采用50kW的模塊，可由多個50kW的模塊組成MW級的大容量的電池組件。在日本、德國、法國、美國等地已建有約200多處此類儲能電站，主要用于負荷調(diào)平、移峰、改善電能質(zhì)量和可再生能源發(fā)電，電池價格仍然較高。

4 、全釩液流電池

在液流電池中，能量儲存在溶解于液態(tài)電解質(zhì)的電活性物種中，而液態(tài)電解質(zhì)儲存在電池外部的罐中，用泵將儲存在罐中的電解質(zhì)打入電池堆棧，并通過電極和薄膜，將電能轉(zhuǎn)化為化學能，或?qū)⒒瘜W能轉(zhuǎn)化為電能。

液流電池有多個體系，其中全釩氧化還原液流電池(vanadium redox flow battery, VRFB)最受關注。這種電池技術最早為澳大利亞新南威爾士大學發(fā)明，后技術轉(zhuǎn)讓給加拿大的VRB公司。在2010年以后被中國的普能公司收購，中國的普能公司的產(chǎn)品在國內(nèi)外一些試點工程項目中獲得了應用。電池的功率和能量是不相關的，儲存的能量取決于儲存罐的大小，因而可以儲存長達數(shù)小時至數(shù)天的能量，容量也可達MW級，適合于應用在電力系統(tǒng)中。

四、熱儲能

在一個熱儲能系統(tǒng)中，熱能被儲存在隔熱容器的媒質(zhì)中，以后需要時可以被轉(zhuǎn)化回電能，也可直接利用而不再轉(zhuǎn)化回電能。

熱儲能有許多不同的技術，可進一步分為顯熱儲存(sensible heat storage)和潛熱儲存(latent heat storage)等。顯熱儲存方式中，用于儲熱的媒質(zhì)可以是液態(tài)的水，熱水可直接使用，也可用于房間的取暖等，運行中熱水的溫度是有變化的。而潛熱儲存是通過相變材料( Phase Change Materials, PCMs)來完成的，該相變材料即為儲存熱能的媒質(zhì)。

由于熱儲能儲存的熱量可以很大，所以在可再生能源發(fā)電的利用上會有一定的作用。熔融鹽常常作為一種相變材料，用于集熱式太陽能熱發(fā)電站中。此外，還有許多其他種類的儲熱技術正在開發(fā)中，它們有許多不同的作用。

五、化學類儲能

化學類儲能主要是指利用氫或合成天然氣作為二次能源的載體。

利用待棄掉的風電制氫，通過電解水，將水分解為氫氣和氧氣，從而獲得氫。以后可直接用氫作為能量的載體，再將氫與二氧化碳反應成為合成天然氣(甲烷)，以合成天然氣作為另一種二次能量載體。

將氫與二氧化碳合成為甲烷的過程也被稱作為P2G技術(power to gas)。 德國熱衷于推動此項技術，已有示范項目在德國投入運行。以天然氣為燃料的熱電聯(lián)產(chǎn)或冷、熱、電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)已成為分布式發(fā)電和微電網(wǎng)的重要組成部分，在智能配電網(wǎng)中發(fā)揮著重要的作用，氫和合成天然氣為分布式發(fā)電提供了充足的燃料。

三十家上市企業(yè)，上半年業(yè)績?nèi)绾?

截止目前，各儲能領域基本都有企業(yè)登陸股市，這其中鋰離子電池企業(yè)數(shù)量居多，在2017年上半年，多數(shù)企業(yè)都取得了不錯的業(yè)績，這與我國新能源汽車市場持續(xù)走高的市場行情相一致，下面我們來看這30家企業(yè)的業(yè)績情況。