大规模储能技术前景

多个国家都在支持开发合适本国能源特点的储能技术，开展储能经济性研究，促进储能商业化和市场化发展

储能是指通过介质或设备把能量存储起来、在需要时再释放的过程。广义的储能包括煤、石油、天然气等化石能源以及电力、热、氢、成品油等二次能源的存储。狭义的储能一般指储电和储热。18世纪末期，随着第一块电池“伏特电堆”的出现，人们第一次把储能与“电”联系到了一起。19世纪的铅酸电池揭开了工业储能的序幕。进入20世纪后，伴随着电力行业的发展、消费电子产品的普及、可再生能源的大规模应用，各种新型储能技术层出不穷，其应用也逐渐向大型化和能源工业发展。

储能技术的应用领域广泛，包括电网调峰、调频及系统备用，可再生能源发电出力平滑，分布式发电和微电网，工矿企业、商业中心等大型负荷中心应急电源，无电地区和通讯基站供电，电动汽车等场合。特别在近年来在智能电网和可再生能源发电规模快速发展的带动下，储能技术越来越成为多个国家能源科技创新和产业支持的焦点。

我国的储能产业虽然起步较晚，但在政府的支持下，近几年的发展速度也令人瞩目。为发展分布式发电和促进可再生能源利用，我国强调储能在分布式电源和微电网建设以及分布式可再生能源发电自发自用中的作用，并通过建设风光储等示范项目，探索提高间歇性能源并网的途径。储能技术的规模化应用也从传统的抽水蓄能逐渐向可再生能源并网、电动汽车等新兴领域延伸。

大规模储能技术应用潜力

储能技术可分为物理储能、化学储能、电磁储能及相变储能4大类。物理储能主要包括抽水蓄能、压缩空气和飞轮储能。化学储能主要包括锂离子电池、铅酸电池、液流电池和钠硫电池等电池储能技术。电磁储能包括超导储能和超级电容储能。相变储能主要指通过利用水等相变材料将电能转变为热的储能方式。根据各种应用场合对储能功率和储能容量的不同要求，各种储能技术都有其适宜的应用领域。总地来看，适合于大规模储能的技术主要有抽水蓄能、压缩空气和钠硫电池技术。近几年来，随着锂离子电池技术的快速进步，锂离子电池逐步向用于分散储能及规模储能领域渗透。

物理储能

抽水蓄能(Hydro Pump Energy Storage)是目前唯一成熟的大规模储能方式，也是目前经济最优的储能方式。抽水蓄能电站在电力负荷低谷期将水从低水位水库抽到高水位水库，将电能转化成重力势能储存起来，在电网负荷高峰期通过释放高水位水库中的水来发电。由于抽水蓄能具有单位储电成本低、调节能力强、运行寿命长等特点，目前被广泛应用于电力系统调峰、调频和应急备用等领域。然而，抽水储能电站的选址受到地理因素和水资源的制约，项目建设工期长，并伴有移民及生态破坏等问题，影响了其进一步大规模应用。

压缩空气储能(Compressed Air Energy Storage)是在电力负荷较低时，通过吸收电网中富余的电能来进行空气压缩，并将其存储在高压容器(如岩洞、深井)中，在负荷高峰时对其释放驱以动燃气轮机发电。压缩空气储能周期长，效率高，单位投资成本较低。但压缩空气储能需要同燃气轮机配套使用。此外，压缩空气与抽水蓄能类似，对地理条件的要求较高。

飞轮储能(Flywheel Energy Storage)是一种利用高速旋转的飞轮存储能量的储能技术。典型的飞轮储能装置包括高速旋转飞轮、封闭壳体和轴承系统、电源转换和控制系统等。飞轮储能功率密度高，能量转换率高，但大型飞轮储能系统所需的高速低损耗轴承、散热及真空技术仍有待提高。

电磁储能

超导储能(Superconducting Magnetic Energy Storage)利用超导线圈将电力通过励磁转化为磁场能存储，需要时再反输电网。超导储能的优点包括能量转化率高、响应速度快等。但超导储能成本高，能量密度低，且运行稳定性和安全性仍有待提高。

超级电容(Super Capacitor Energy Storage)通过双层电极将电解液中异性离子吸附于极板表面，从而形成双电层电容。由于电荷层间距非常小(5mm以下)，且极板由特殊材料制成以增加其表面积，从而大幅增加了其储电能力。超级电容结构简单，过充、过放性能好，但能量密度低，充放电存在一定的效率损失，且设备成本高。电磁储能主要应用在UPS、电能质量调节、提高电网稳定性等灵活响应要求高、充放电频繁的领域。

化学储能

化学储能，即电池储能，主要通过电池正负极的氧化还原反应来进行充放电。电池系统通常由电池、交直流逆变器及控制辅助装置组成，目前在小型分布式发电系统中应用广泛。

作为技术相对成熟的化学储能技术，铅酸电池(Lead Acid Battery)具有价格低廉、可靠性高等优点，被广泛应用于车用电池、分布式发电及微电网系统。然而，目前铅酸电池的发展受到循环寿命短、不可深度放电、运行和维护费用高和失效后的回收难题，使得铅酸电池在电网级规模储能领域仍然颇具争议。

钠硫电池(Sodium Sulfur Battery)以钠和硫分别用作阳极和阴极。氧化铝陶瓷同时起隔膜和电解质的双重作用。在一定的工作温度下，钠离子透过电解质隔膜与硫之间发生的可逆反应，形成能量的释放和储存。钠硫电池最大的特点是：比能量密度高，是铅酸电池的3-4倍;可大电流、高功率放电;充放电效率高，硫和钠的原料资源储量丰富，便于电池的量化生产。钠硫电池的不足之处在于其运行温度高达300℃-350℃，需要附加供热设备来维持温度，且其正、负极活性物质的强腐蚀性，对电池材料、电池结构及运行条件的要求苛刻。此外，由于钠硫电池仅在高温下运行，造成启动时间很长，这在一定程度上制约了其在风电、光伏等间歇性能源发电并网领域的应用。

液流电池(Redox Flow Battery)是电池的正负极或某一极活性物质为液态流体氧化还原电对的一种电池。根据活性物质不同，主要的液流电池种类包括锌溴电池、多硫化钠/溴电池及全钒液流电池3种，其中全钒液流电池被认为是较具应用前景的液流储能电池技术。全钒液流储能电池具有循环寿命长、蓄电容量大、能量转换效率高、选址自由、可深度放电、系统设计灵活、安全环保、维护费用低等优点。在输出功率为数千瓦至数十兆瓦，储能容量数小时以上级的规模化固定储能场合，液流电池储能具有明显优势，是可再生能源大规模储能的理想方式。液流电池的主要缺点为能量密度及功率密度较低，且成本较高。液流电池的大规模应用依赖批量化生产技术开发，通过进一步降低成本、提升性能满足液流电池商业化的需要。

锂离子电池(Lithium-ion Battery)分为液态锂离子电池(LIB)和聚合物锂离子电池(PLB)两类。液态锂离子电池是指锂离子嵌入化合物为正、负极的二次电池。电池正极采用锂化合物，如钴酸锂(LiCoO2)或锰酸锂(LiMn2O4)等，负极采用锂—碳层间化合物。锂离子电池具有比能量和能量密度高、额定电压高、放电功率高、产业基础好等优点。但锂离子电池耐过充/放电性能差，组合及保护电路复杂，电池充电状态很难精确测量。此外，锂电池成本相对于铅酸电池等传统蓄电池偏高，单体电池一致性及安全性仍无法完全满足目前电力系统大规模储能的需要。

商业化政策支持

从欧美日实施的储能项目和发展规划来看，多个国家都将支持开发合适本国能源特点的储能技术，通过示范项目累计实际经验，推动储能产业的技术创新、研发和应用，并以此为基础开展储能经济性研究，促进储能商业化和市场化发展。

美国的储能政策设计较为全面，其对储能的

支持政策包括储能产业发展规划(如《美国能源部2011-2015储能计划》)、储能示范项目财政支持(如《联邦政府复兴与再投资法》、储能电价支持(如《联邦能源管理委员会第745号令-电力批发市场中对需求响应进行补偿》)、储能系统安装税收减免(如《美国加州自发电激励政策(SGIP-CA)》)和储能系统配制比例标准(如《联邦能源管理委员会第719号令》)5个方面。此外，美国联邦政府不断通过立法强化能源税收减免激励制度和可再生能源配额制(RPS)以保障可再生能源的健康发展，同时储能技术作为实现可再生能源大规模应用的关键技术受到更多的关注，特别是在加州、夏威夷等可再生能源应用规模较大的地区，储能系统已经成为重要的可再生能源发电的配套设施。奥巴马的经济激励法案中，美国能源部安排了28亿美元支持汽车用电池和电动汽车研究开发。美国政府制定的储能政策具有连续性，早期对储能的支持源于能源政策且重点在于支持储能技术的研发，随后与新能源政策紧密相连且在技术研发和促进示范应用两方面并重。未来美国的储能政策也将把继续产业化和商业运行作为支持的重心。

德国一直以来强调新能源与可再生能源的发展。特别在日本福岛核电事故后，德国提出了无核化要求。可再生能源由于清洁和对外依赖程度低等特性，成为了替代核电的首选。德国制定的目标是到2020年实现可再生能源发电占比达35%，2050年达到100%。宏大的可再生能源发电目标为储能技术的应用提供了广阔平台。今年5月1日，德国复兴银行(KFW)联合德国联邦环境、自然保护和核反应堆安全部(BMU)支持分布式光伏储能的新政生效，政策针对小于30kW的光伏设施，给予新安装光伏发电同步建设的储能设施最高不超过600欧元的补贴，既有光伏发电加装储能设施给予每千瓦最高不超过660欧元的补贴，成为全球分布式可再生能源发电储能补贴的先行者。

日本能源资源匮乏，较早开始有计划地推进储能技术的开发。在福岛事故后日本产经省先后出台了《革新的能源及环境战略》《电力事业主体进行可再生能源电力调节的特别措施法》等文件，明确了将要大力发展分布式及可再生能源发电，支持蓄电池、燃料电池等储能技术研发，并给予安装家用储能系统的住户、企业一定的资金支持。日本的储能政策具有前瞻性、高效性的特点。日本政府相继出台了储能技术研发资金支持、储能产业发展规划和储能电价支持。此外，日本政府对可再生能源、分布式发展规划也间接扶持了储能产业的发展。

我国近年来大力发展可再生能源和分布式发电，鼓励新能源电源并网。近期我国以建设储能示范项目为依托，检验储能技术对可再生能源发电并网、电力系统调频、调峰及电力系统备用的效果。相关科技发展规划则专注于储能材料和储能技术在分布式、可再生能源发电项目中的系统集成技术。在我国现行的能源政策和电力市场框架下，近期的储能扶持政策仍将主要围绕在智能电网、可再生能源发电、分布式发电及微电网、农村电网升级改造及电动汽车领域。我国现行的上网端峰谷电价对储能发展的激励作用有限，而大工业用户的两部制电价鼓励用户错峰用电的电力管理需求，一定程度上激励了储能产业的发展。