策劃：《太陽能發電》雜志編輯部
責任編輯：秋石　　

　 隨著國內光伏發電的規模化應用起步，以風能、太陽能為主的可再生能源大發展之勢已不可逆轉，但大規模的可再生能源電力利用，須以儲能、電網配套等為基礎。
　　所謂“兵馬未動，糧草先行”。儲能技術的發展，已經成為左右新能源產業發展的關鍵環節。

新能源促進儲能市場加快發展
作為解決大規模新能源電力并網難題的儲能及相關配套設備，保守估計在“十二五”期間可達到千億元市場規模
■ 文︱郝珍輝

　　據中國電力企業聯合會科技服務中心總工程師兼發展處處長尹凇介紹，除2015年光伏發電裝機容量達到1000萬千瓦、2020年達到5000萬千瓦外，水電2015年前要新增6300萬千瓦，并網風電裝機容量2015年末達到1億千瓦，另外還有2500萬千瓦的分布式風電和500萬千瓦海上風電。如此大規模新能源電力目標，作為解決其并網難題的儲能及相關配套設備，保守估計在“十二五”期間也可達到千億元的市場規模。
　　儲能的意義及必要性
　　儲能的意義已毋須贅言，新能源的開發利用在解決傳統能源日益枯竭、建設低碳清潔環境方面的作用也眾所周知。因此，基于解決風能、太陽能和海洋能等可再生能源發電明顯的不連續、不穩定性以及電力波動大問題的儲能技術，在消除發電波動、改善電力質量、平滑電力輸出方面都具有顯著的價值。
　　儲能是解決新能源發電并網難瓶頸最佳選擇。在當前技術條件下，如果新能源發電裝機占總裝機量的比例在合理范圍內，依靠傳統電網技術以及增加水電等調峰手段基本可保證電網安全運行。但一旦超出這一范圍時，電網的調峰能力和安全運行將面臨巨大挑戰，此時就需要可靠的儲能技術作支撐。通過儲能手段，新能源發電的隨機性、波動性問題得到有效解決，可以實現新能源電力的平滑輸出，能有效調節新能源發電引起的電網電壓、頻率及相位的變化，使大規模風電及太陽能發電易于并入常規電網。
　　大規模儲能還可提高能源利用效率，為國家節約巨額投資。為應對電網尖峰負荷，電力系統每年都要新增大量投資用于電網和電源后備容量建設，但利用率卻非常低。而同樣是為了應對尖峰負荷，若采用大規模儲能技術，不僅投資會成倍減少，而且由于儲能設施占地少、無排放，其節地、節能、減排的效果也是其它調峰措施無法比擬的。
　　系統經濟性仍是關鍵
　　新能源發電技術已經在我國有了廣泛的應用，且今后還將面臨井噴式發展。就近期而言，國家“十二五”規劃中對新能源的發展提到了前所未有的高度。作為支撐新能源發展必不可少的基礎和動力，無論是光伏、風電并網，還是新能源汽車或智能電網建設，儲能都是不可或缺的配套設施。由此，儲能已成為三大新興產業共同的發展瓶頸。但我們不得不承認，無論是市場、技術還是政策，儲能產業距離成熟仍還有不小的差距。
　　“事實上，雖然國內關注并投身儲能行業的企業眾多，但多數都處于蓄勢待發的階段，因為儲能在我國甚至在全球都還處于產業初期，經過商業化驗證的技術不多。儲能技術是一個多學科交叉的復雜體系，研發難度較大。另外，由于大多數儲能技術都還不具備經濟可行性，也阻礙著其產業化發展。”清華大學教授王保國如是認為。不過他同時也表示，“儲能的廣闊前景已經初露端倪，將來會有很大發展”。
　　據了解，目前國內還沒有一個儲能的商業化項目，示范工程也沒有幾個。究其原因，技術不成熟和成本偏高還是主要障礙。盡管目前越來越多的企業在各自的儲能系統基礎上不斷研發，在降低成本方面取得了一些階段性成績，但在今后很長一段時期內，通過技術創新促使成本下降仍將是各大儲能技術努力的方向，這也是任何儲能技術規模化利用的必然途徑。
　　目前，儲能技術正朝著大容量、高轉換率的方向發展，這為同時擁有自主知識產權和規模化低成本生產優勢的企業提供了難得的領先機遇。國家能源局新能源與可再生能源司副司長史立山曾就儲能技術發表看法。他認為，儲能技術應有所選擇，不要盲目發展，當前的重要任務還是要降低成本。沒有一個合理的成本優勢，再好的技術在應用方面都會受到制約。
　　亟待政策跟進
　　任何技術的市場化初期，都必然離不開相關配套政策的支持。不然，那些技術可能只能是“鏡中花，水中月”。儲能技術目前就正面臨著這樣的窘境，一邊是規模可能達到千億的市場需求，一邊是滯后的產業政策和標準。據有關專家透漏，國內市場僅有的4個示范性儲能項目也并非個個順利。因為沒有政策激勵，電網企業、發電企業和新能源企業，誰都不愿意充當為儲能成本買單的“冤大頭”。
　　由于儲能涉及到發電的各個環節，發、輸、配、用4個環節都要用到儲能技術，可以說多方受益，但到底應該誰來為儲能買單？至今都沒有明確的政策規定。
　　上海神力科技有限公司戰略部發展經理張若谷對本刊記者算了一筆賬，“假如我是一家風電企業，現在我50%的風電都上不了網，也就是說棄風率達到了50%，但現在通過儲能技術能夠保證我的風電正常運行，而不是白白浪費掉，你說該誰買單？”其言下之意，是誰從中受益大誰來付這筆帳。
　　中科院大連化學物理研究所潔凈能源國家實驗室儲能電池與技術研究部部長張華民對本刊記者說，“其實我國的釩液流電池技術在全世界都可稱之為一流的，希望國家像重視鋰電池產業一樣重視釩電池，出臺激勵政策。”張華民作為研究大規模儲能電池的元老，早在2004年就曾上書中央辦公廳和國務院辦公廳，建議重視儲能技術。最近，他又入選國際電器工業協會（IEC）TC105液流電池標準戰略研究專家組（該戰略專家組由中國、美國、德國三名專家組成），全面參與國際液流儲能電池標準的制定，并已向戰略研究專家組提交了液流儲能電池標準指南建議書修改稿。同時，受歐洲標準化組織CEN&CENELEC的邀請，張華民將參與歐洲液流儲能電池協議的制定工作。
　　眾多業內專家呼吁，應該將儲能的戰略地位提高到重視新能源應用的高度，盡快出臺相關政策和補貼機制。國務院發展研究中心研究員張永偉曾表示，在儲能產業的定位上，應該上升到產業層面甚至是國家戰略層面，儲能產業正處在技術突破向產業化轉變的關鍵階段，如果政策滯后，產業化發展之路就會更困難。
　　而據由全國工商聯新能源動力與儲能委員會組織專家編寫的《儲能產業研究白皮書（2011）》指出：“從國外經驗看，政策對于儲能產業的發展至關重要。我國應該在世界儲能產業格局尚未形成之時，結合自身優勢迎頭趕上。”
　　讓業界看到希望的是，儲能的政策春天或即將來臨。今年三月份發布的《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十二個五年規劃綱要》第十一章第三節“加強能源輸送通道建設”中明確指出：適應大規模跨區輸電和新能源發電并網的要求，加快現代電網體系建設，進一步擴大西電東送規模，完善區域主干電網，發展特高壓等大容量、高效率、遠距離先進輸電技術，依托信息、控制和儲能等先進技術，推進智能電網建設，切實加強城鄉電網建設與改造，增強電網優化配置電力能力和供電可靠性。這是“儲能”二字在國家政策性綱領性文件中首次出現。
 

技術路線仍百家爭鳴
目前仍沒有一種儲能技術能脫穎而出，各種技術路線也仍有待規模化試驗和時間檢驗
■ 文︱郝珍輝

　　儲能對新能源規模應用的作用毋庸置疑。然而，業界圍繞儲能技術路線的爭議就從未停止過，各技術流派看起來也各有優勢，讓欲進軍儲能產業的企業霧里看花，不敢輕易投資。
　　目前，在全世界范圍內主流的電力儲能技術主要有物理儲能、化學儲能和電磁儲能技術。其中物理儲能技術包括抽水儲能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等；化學儲能包括鉛酸電池、鎳系電池、鋰系電池、液流電池、鈉硫電池等；電磁儲能包括超導儲能、超級電容器儲能等。
　　從實踐來看，化學儲能電池的應用要多于物理儲能，大到電站，小到家用電池，都能看到化學電池的蹤影。但就大規模儲能應用來說，抽水儲能技術則穩居“霸主”地位，其技術成熟度相對較高，優點是規模大、壽命長、運行費用低，但因其有特殊的地理條件限制而不能推而廣之。其次是鈉硫電池，鈉硫電池技術具有效率高、能量密度高的優點，代表企業當屬日本的NGK，其已經有200多兆瓦的商用銷售。再次是釩電池，也已經在世界各地有了相關的項目示范經驗。同時，飛輪儲能、水平電池、壓縮空氣儲能、鋅溴電池、鋅空氣電池、鋰空氣電池、鈉氯電池、鐵液流電池等多種儲能技術也呈現百家爭鳴之勢，但多數都仍處于實驗室技術研發或小試階段。
　　化學儲能電池大行其道
　　在日前北京舉行的一個可再生能源發電與儲能系統產業發展論壇上，本刊記者發現參會者幾乎清一色全都來自化學儲能電池企業。
　　“化學儲能電池應用面很廣，像太陽能、風能發電，電力系統的削峰填谷，電動汽車，UPS不間斷電源等都要用到，因此前景發展更好。”一位參會儲能企業人士這樣告訴記者。
　　由于該論壇的主題是解決儲能在電力系統中的應用難題，議題涉及大規模、分布式、以及小規模電力系統的儲能問題，因此參會企業以化學儲能系統生產商為主，難免讓人以為化學儲能已經成為電力儲能的主力軍。
　　一位與會的儲能專家向《太陽能發電》雜志記者解釋到，儲能技術在電力系統能否得到大規模應用和推廣，首先應該考慮基于該技術的儲能系統的造價成本、運行維護成本、運行中的安全和可靠性，以及規模能力等因素，此外還要考慮儲能系統的能量轉換效率、系統壽命、動態性能和冗余調節能力等多方面因素。“基于多種因素考慮，化學電池儲能是目前適用于電力系統儲能的主要方式之一。”他表示。
　　據悉，作為國家“金太陽”項目重點工程、國家電網公司智能電網首批試點項目之一的全球首個集合風、光、儲、輸一體化的大型綜合示范項目——河北承德國家風光儲輸示范工程，除50萬千瓦風力發電、10萬千瓦太陽能光伏發電規劃之外，其余的11萬千瓦全部都是采用化學儲能方式，并由全釩液流電池供應商普能公司提供規模為8兆瓦時的全釩液流電池系統。
　據普能公司銷售總監薛松介紹，全釩液流電池的優勢首先在于安全性，無起火或爆炸的危險；正負極采用同一種電解質；且電解液可循環利用，環境危害小；電池容量準確可測量，是準確測量和控制的電池；深度充放電不影響電池壽命等等。日本北海道一個已經運行的釩電池項目，3年間已經充放電27萬次。
　　薛松表示，國家風光儲輸示范工程是國家級的重大示范項目，是目前全世界規模最大的風光儲輸示范項目，普能為這個項目提供了2MWX4小時的液流電池儲能系統。這個工程將被用來研究各種儲能在新能源接入電網及電網輔助服務方面的多重作用。　　

　　本刊記者在論壇現場也遇到幾位鉛酸蓄電池企業的代表。作為Xtreme Power公司的供應商，豪德千網水平電池（包頭）有限公司的葉敏華向記者介紹，“Xtreme Power 公司在儲能的研發領域已有20 年經驗，在大規模風電并網及微網儲能方面都有許多案例，其中包括Duke Nortrees 的36 兆瓦全球最大的風電并網儲能項目。”在葉敏華看來，與其他鉛酸電池相比，水平鉛酸電池能量比高，大電流放電性能強，可以快速充電，15分鐘就可以充滿電池量的80%，而且其低溫性能和耐振動性能好，使用壽命也有顯著提高。面對鉛酸電池廣為人詬的環保問題，葉敏華顯得有些激動，“這都是不完整的工藝造成的，一些小企業不按照國家規范生產，而是偷排偷放，實際上現在有專門的處理回收系統，鉛酸電池里面85%以上的材料都可回收再利用。”
　　化學儲能電池除了釩液流電池和鉛酸電池外，鋰電池儲能的興起也不可小覷。在這方面，比亞迪是當之無愧的龍頭老大，以電池技術起家的比亞迪集團，其鋰電池應用廣泛，包括日常家電用品、新能源汽車等方面，近來開始涉及儲能電站，先是與中國電科院合建1MW儲能電站，后又作為第一中標人在南方電網3MW×4h電池儲能電站采購項目中成功勝出。
　　而據河南環宇集團副總裁董林福博士介紹，該公司生產的磷酸鐵鋰電池優勢亦很明顯，不僅具有超長的壽命，且使用安全，還具有耐高溫、大容量和綠色環保等優點，其功率是同體積下鉛酸電池的8倍。“不過，現在欠缺的是能夠催生產品商業化的市場和政策。”董博士如是說。
　　物理儲能依然堅挺
　　物理儲能方式主要有抽水儲能、壓縮空氣儲能和飛輪儲能。
　　作為目前技術最成熟的大規模大容量儲能方式，抽水儲能在全球都有應用，早在上世紀六七十年代，日本、美國、西歐等國家就已進入抽水儲能電站建設的高峰期。截至2008年，美國和西歐經濟發達國家抽水儲能機組容量占世界抽水儲能電站總裝機容量55%以上，亞洲在這方面也不遜色，中國、韓國和泰國3個國家在建抽水儲能電站為17.53GW，加上日本達到了24.65GW。
　　抽水儲能在我國應用的典型例子有，與大亞灣核電站配套的廣州抽水蓄能電站、江蘇宜興抽水蓄能電站、百萬千瓦級的清遠抽水蓄能電站、在建的三峽抽水儲能電站等。不過，眾多業內人士都認為，抽水儲能因受地理條件限制，大范圍推廣較為困難。
　　作為全球知名的氣體供應商，美國空氣化工產品公司是液化空氣儲能技術的堅定擁躉。據空氣化工產品（中國）投資有限公司亞洲國際技術合作部總監高小平博士介紹，從規模效益上講，壓縮空氣儲能僅次于抽水儲能，單機規模可達到百兆瓦級別，而且壽命長，通過維護可以達到40～50年，接近抽水蓄能的50年，并且安全性也較高，不像化學電池那樣明顯要受到高溫高壓的限制。
　　據專家介紹，壓縮空氣儲能主要通過峰谷電價獲利，目前在我國應用極少，不過在國外有些應用，比如美國和德國。
　　近來，另一物理儲能技術正得到不少企業青睞，這就是依靠磁懸浮和永磁技術的飛輪儲能。據悉，國內光伏巨頭英利集團已經選定了飛輪儲能作為其進軍儲能產業的技術方向。目前在飛輪儲能技術方面國內與國際先進技術之間至少有10年以上的差距。英利集團董事長苗連生表示，英利已歷時三年對磁懸浮飛輪儲能技術投入研發，目前已攻克了磁懸浮支撐技術、飛輪系統控制技術、高速高效永磁機技術等五項關鍵技術，在一些技術上已經超過了歐美，且國產化率達到了80%，所有生產設備全部自主定制，沒有購買進口設備。據英利相關人士介紹，國內首臺1千瓦時儲能飛輪樣機日前已在英利集團順利下線。
　　技術路線多元并行
　　綜合而言，目前仍沒有一種儲能技術最終能脫穎而出，各種技術路線也仍有待規模化試驗和實踐檢驗。縱觀全球儲能行業，儲能技術可謂遍地開花，技術路徑也各有差異。而在國內，也呈現出多方鼎立的局面，鋰電池、釩液流電池、飛輪儲能、鉛酸電池、鋅溴電池、鉛碳電池等，也仍是百花齊放、百家爭鳴。之所以出現這種局面，在中科院大連化學物理研究所潔凈能源國家實驗室儲能電池與技術研究部部長張華民看來，一方面很多公司都是從自有關聯技術優勢出發選擇儲能技術路線，另一方面儲能的應用領域很廣，也不可能由一種技術主導所有市場。
　　他解釋說，“比如像發、輸、配、用4個環節都能用到儲能技術，但對儲能技術的要求卻有差異，能用到釩電池的地方，鋰電池不一定合適，因此多種儲能技術是互補的”。他認為，技術多元化必然會在儲能產業化前期出現。而且，因為“在‘十二五’將大力發展的七大新型產業中有四大產業都要用到儲能技術，其市場前景將會非常廣闊。”
　　清華大學教授王保國對這種看法表示認同，他對本刊記者說，“儲能技術路徑很多，但不存在絕對爭議問題，各有應用領域，大規模的儲能電站還是要靠物理儲能來完成；目前化學儲能停留在千瓦級別的項目上，但是幾兆瓦到幾十兆瓦是將來方向；鑒于大容量、高效率的特點，液流電池將會有更廣泛的應用”。他提醒觀望中的企業，“還是要根據國家的政策方向和市場需求來選擇投資方向。同時，電池生產廠商要根據自己電池的產品特質來選擇不同的市場”。