中國儲能網(wǎng)訊：為滿足電力行業(yè)的應用需求，電力儲能技術一直在向大規(guī)模、低成本、長壽命、高效率的方向發(fā)展。我國的電力儲能技術，除抽水蓄能外，大多數(shù)均處于示范階段，少數(shù)技術還處于研發(fā)階段，總體上同國外發(fā)達國家還有一定差距。
截止到2014年，全球儲能裝機總量約141GW，占世界電力裝機總量的2.5%左右。其中，抽水蓄能裝機140GW，占儲能裝機總量的99%，壓縮空氣儲能裝機0.44GW，鈉硫電池裝機0.339GW。預計到2050年，僅美國、歐洲、中國及印度四個地區(qū)就需要增加310GW的儲能裝機，世界電力儲能系統(tǒng)的容量將從現(xiàn)在占發(fā)電總量的2.5%增加到10%～15%(美國和歐盟)，甚至更高(日本)。
截止2014年底，我國儲能裝機為23.6GW，約占全國電力總裝機的1.7%，低于世界2.5%的平均水平。但我國儲能市場的增速明顯，其近2010年至2015年的復合增長率為110%，是世界平均增長率的6倍。預計到2020年，我國電力儲能裝機容量需要達到70GW以上，占全國電力總裝機容量的4.0%～5.0%。到2050年，我國電力儲能系統(tǒng)的容量將達到200GW，占發(fā)電總量的10%～15%，甚至更高，市場規(guī)模將達數(shù)萬億人民幣。
為滿足電力行業(yè)的應用需求，電力儲能技術一直在向大規(guī)模、低成本、長壽命、高效率的方向發(fā)展。目前，國際上主流的儲能技術基本都處于應用和大規(guī)模推廣階段，其中只有抽水蓄能和壓縮空氣儲能可以達到或超過100MW的規(guī)模，其余技術均在10MW甚至1MW規(guī)模以下。我國的電力儲能技術，除抽水蓄能外，大多數(shù)均處于示范階段，少數(shù)技術還處于研發(fā)階段，總體上同國外發(fā)達國家還有一定差距(如圖1所示)。
抽水蓄能是我國主要采用的儲能技術，截止到2014年底，已建成36座抽水蓄能電站，總裝機22.1GW，占電力系統(tǒng)總裝機(1360GW)的1.74%，占儲能系統(tǒng)總裝機的99%以上。國家能源局規(guī)劃到2020年前另有23座抽水蓄能電站投入建設，共計37.39GW。
除抽水蓄能外，截止到2014年底，我國境內(nèi)已確定的儲能項目共計55項，總計約86.41MW，主要是以液流電池、鋰離子電池、鉛酸電池為主的化學電池技術(如表1所示)。
除抽水蓄能外，目前國內(nèi)只有壓縮空氣儲能、鋰離子電池、鉛酸電池及液流電池四項儲能技術建成了儲能功率為1MW以上、儲能容量為1MWh以上的示范項目，典型項目案例如表2所示。其余儲能技術如飛輪儲能、鈉硫電池、超導儲能及超級電容，大多停留在小型示范項目或?qū)嶒炑b置研制階段，尚未建成如此規(guī)模的示范系統(tǒng)。
目前，我國針對電力儲能的現(xiàn)行扶持政策較少，主要是針對抽水蓄能的扶持政策?！秶野l(fā)改委關于完善抽水蓄能電站價格形成機制有關問題的通知》(發(fā)改價格[2014]1763號)規(guī)定，抽水蓄能電站實行兩部制電價，包括容量電價和電量電價，并且電網(wǎng)企業(yè)向抽水蓄能電站提供的抽水電量按照燃煤機組標桿上網(wǎng)電價的75%執(zhí)行。針對天荒坪抽水蓄能電站，其容量電價為470元/千瓦˙年。
另外，儲能技術作為我國“十二五”規(guī)劃發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，在《國家“十二五”規(guī)劃綱要》、《國家“十二五”科學和技術發(fā)展規(guī)劃》、《國家能源科技“十二五”規(guī)劃(2011-2015)》、《可再生能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃》等政策文件中均有涉及。各地方政府根據(jù)中央政府的政策文件精神，結(jié)合各地區(qū)實際情況，陸續(xù)出臺針對儲能產(chǎn)業(yè)的扶持政策，為儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供優(yōu)惠條件。
問題和挑戰(zhàn)
對于電力儲能技術來說，設備材料、制造工藝及系統(tǒng)效率是各儲能技術面臨的共性問題，而在規(guī)?；瘧弥羞€需要進一步解決其可靠性、穩(wěn)定性及壽命問題。另外，一些重大技術瓶頸還有待解決，如大型高參數(shù)抽水蓄能機組依賴進口;壓縮空氣儲能關鍵部件多級高負荷壓縮機技術，我國尚未完全掌握;飛輪儲能的高速電機、高速軸承和高強度復合材料等關鍵技術尚未突破;各類電池中關鍵材料的制備和系統(tǒng)規(guī)模化技術，包括電極、電解液、離子交換膜、模塊封裝和密封等，還有待提高;超級電容中高性能材料和大功率模塊化技術，超導儲能中高溫超導材料和超導限流技術等均不成熟。
在我國針對電力儲能的針對性政策尚未出臺的情況下，儲能技術的經(jīng)濟性如何，嚴重制約儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前，相對于常規(guī)電力系統(tǒng)，儲能技術的投資成本及運行維護成本較高。無論是應用在可再生能源發(fā)電或是電網(wǎng)削峰填谷，電力企業(yè)投資儲能系統(tǒng)，一般需要10年以上的時間才能收回成本，有些項目甚至達到20年以上，這嚴重影響了儲能技術的大范圍推廣。
大規(guī)模電力儲能技術還處于發(fā)展時期，目前約有十幾種儲能技術，各有優(yōu)劣，除抽水蓄能外，還未形成主導性的技術路線。我國國內(nèi)已形成多種技術路線并存的格局，大多缺乏大量的實踐應用，能直接交付用戶的成熟產(chǎn)品不多。目前，電力儲能技術正處于發(fā)展的關鍵時期，一方面缺乏大量的應用檢驗，另一方面，用戶在選擇不同儲能技術路線時又十分困惑，這迫切需要開展相關的技術路線研究，對儲能技術的發(fā)展提供指導。
電力儲能技術的應用，大多為調(diào)節(jié)或應急功能，而這也決定了系統(tǒng)的實際運行情況難以準確預測，在方案設計時面臨很多不確定性。在目前缺乏設計經(jīng)驗、缺少示范工程的情況下，很難確定最優(yōu)設計方案。如針對風力發(fā)電的儲能系統(tǒng)設計時，由于風力發(fā)電存在不穩(wěn)定性、波動性，且電網(wǎng)公司對于風電場具體的限電時間及限電負荷不能提前確定，如何在儲能系統(tǒng)設計時確定合理的配置方案，選擇合適的儲能方式及容量，既滿足用戶需求又能提高儲能系統(tǒng)的容量使用率，是儲能產(chǎn)業(yè)面臨的一個挑戰(zhàn)。另外，由于對儲能系統(tǒng)的要求不同，也導致產(chǎn)品定型困難，短期內(nèi)產(chǎn)品大規(guī)模推廣難度較大。
我國針對儲能行業(yè)尚未出臺實質(zhì)性的扶持政策或補貼支持，并且針對儲能技術應用領域的扶持力度也十分有限，嚴重制約儲能產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；茝V。(1)目前尚未出臺針對電力儲能的激勵政策，嚴重制約儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和技術推廣。(2)我國的峰谷電價政策尚未在全國范圍推廣。另外，現(xiàn)行的峰谷電價政策優(yōu)惠力度有限，遠低于國際發(fā)達國家的平均水平。(3)我國針對分布式能源系統(tǒng)及微電網(wǎng)配儲能系統(tǒng)的扶持政策尚未出臺，嚴重影響了這些領域?qū)τ陔娏δ芟到y(tǒng)的投入力度。(4)我國雖然已出臺針對可再生能源發(fā)電的扶持政策，但是扶持力度不足，尚且很難滿足可再生能源電站的成本回收，更難以支持其增加儲能系統(tǒng)的投入。
與國際發(fā)達國家相比，我國的儲能行業(yè)目前尚未建立起完整的產(chǎn)業(yè)鏈。大多儲能技術處于研發(fā)、示范階段，且部分關鍵技術及材料尚未突破，依然依賴進口。儲能市場仍處于培育期，相關領域?qū)τ趦δ芗夹g的接納程度有限。絕大多數(shù)技術還處于少量樣機的委托加工或部分材料的自行制備，沒有形成規(guī)?；拇笮蜕a(chǎn)線。未建立成熟的銷售網(wǎng)絡，目前僅處于示范項目申報及提供解決方案層面。針對儲能系統(tǒng)的運行維護經(jīng)驗缺乏，尚未形成成熟的儲能系統(tǒng)全生命周期的運維方案。
建議與對策
持續(xù)的技術改進
我國的儲能產(chǎn)業(yè)尚處于起步階段，大部分儲能技術還未實現(xiàn)商業(yè)應用，需要各研發(fā)機構增加研發(fā)投入，持續(xù)進行技術改進，盡快突破技術瓶頸，進一步提高系統(tǒng)效率、降低成本、提高運行的可靠性，并加強后期的運維服務，實現(xiàn)各儲能系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運行。
增加示范項目建設
我國電力儲能技術示范項目少，規(guī)模小，應用場景不夠豐富且應用時間短，缺乏對技術經(jīng)濟性的論證，很難界定儲能帶來的收益有多少，影響了儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度。需要增加儲能技術示范項目建設，通過大量的示范應用來發(fā)掘問題，為后續(xù)的技術改進提供方向，為確定合理的技術應用模式提供依據(jù)，為增強用戶的投資信心提供參考。
合理選擇儲能方式
各儲能技術擁有不同特點，需要根據(jù)用戶的實際需求選擇合適的儲能方式。當單一儲能方式不能滿足需求時，可采用多種儲能技術聯(lián)合運行的方式，發(fā)揮各儲能技術的優(yōu)點，滿足應用需求。另外，國際上已實現(xiàn)100MW級應用的儲能技術包括抽水蓄能和壓縮空氣儲能，均屬于物理儲能技術，但國內(nèi)大部分投入主要集中于化學儲能，對物理儲能的關注度不足，建議加強對物理儲能技術的重視。
政府加強政策扶持
(1)成立政府專屬職能機構，從國家層面對于儲能產(chǎn)業(yè)進行有效的監(jiān)督和管理，組織對儲能技術應用的前瞻性研究，明確儲能技術在電力市場中的具體應用目標，并制定相關扶持政策。
(2)建立健全儲能產(chǎn)業(yè)的行業(yè)標準，確定行業(yè)的管理規(guī)范及技術指標，在政策方面建立強制性約束機制，在產(chǎn)品方面建立強制性認證機制，為儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供政策保障。
(3)確定行之有效的中長期發(fā)展規(guī)劃，包括技術層面及產(chǎn)業(yè)層面，明確儲能技術的研發(fā)目標、應用目的及產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模，引導儲能產(chǎn)業(yè)持續(xù)、健康發(fā)展。
(4)出臺行之有效的扶持政策，加大現(xiàn)有政策的獎勵扶持力度。出臺針對儲能技術的產(chǎn)業(yè)扶持政策，從補貼、稅收、金融、市場等多方面給予支持;出臺統(tǒng)一的峰谷電價政策，并在全國范圍推廣，進一步加大峰谷電價優(yōu)惠力度，提高用戶對儲能技術的熱情和動力;出臺可再生能源、分布式能源系統(tǒng)和智能電網(wǎng)等相關產(chǎn)業(yè)配套儲能系統(tǒng)的鼓勵政策，確定增加儲能的電價補償，保障儲能產(chǎn)業(yè)的順利發(fā)展。
用戶加大支持力度
儲能技術的用戶主要為各電力企業(yè)，其對于儲能技術的接納程度直接影響儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前，由于儲能技術初期投資較大、部分技術尚不成熟且缺少示范，大多數(shù)電力企業(yè)對于儲能技術尚處于觀望中。在目前可再生能源發(fā)電不能大規(guī)模并網(wǎng)，棄風棄光現(xiàn)象凸顯，以及分布式能源系統(tǒng)及微電網(wǎng)大行其道的背景下，電力企業(yè)需要加大對儲能技術的支持力度，投入更多資源來促進儲能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，以解決自身需求及面臨的問題。
制造商提高技術水平
儲能技術目前尚未形成成熟的生產(chǎn)線，主要依賴于委托加工或少量的自行研制，生產(chǎn)制造形不成規(guī)模，大部分技術尚未完成產(chǎn)品定型，導致生產(chǎn)加工的技術水平較低、加工成本較高，直接影響儲能系統(tǒng)的容量、規(guī)模、系統(tǒng)效率、運行穩(wěn)定性、使用壽命和經(jīng)濟性等各個方面，嚴重制約了儲能技術的規(guī)?；瘧?。儲能設備制造商需要盡快建立并完善設備生產(chǎn)線，提高加工水平、降低成本，實現(xiàn)產(chǎn)品系列化、生產(chǎn)規(guī)模化，促進儲能技術的大規(guī)模推廣應用。
作者單位：中國科學院工程熱物理研究所
該文研究獲得了國家“973計劃”項目(No.2015CB251302)和國家自然科學基金(地區(qū))合作與交流項目(51361135702)的資助。
中國科學院工程熱物理研究所儲能研發(fā)中心
暨國家能源大規(guī)模物理儲能技術研發(fā)中心團隊介紹
中科院工程熱物理所儲能研發(fā)中心暨國家能源大規(guī)模物理儲能技術研發(fā)中心研發(fā)團隊主要從事大規(guī)模物理儲能技術的研究與開發(fā)，特別是先進壓縮空氣儲能技術、蓄冷蓄熱系統(tǒng)、以及微型抽水蓄能系統(tǒng)等。團隊現(xiàn)有成員50余人，含中科院“百人計劃”，中組部“萬人計劃”，863和973首席等高層次人才。
團隊共主持國家863項目、973項目等各類科研項目40余項。已發(fā)表學術論文200余篇，SCI收錄80余篇，EI收錄100余篇。申請專利126項(含國際專利7項)，授權106項(含國際專利4項)，關于壓縮空氣儲能系統(tǒng)的專利總數(shù)列全球研究院所排名第1位。
該團隊在國際上首次提出了基于超臨界過程的先進壓縮空氣儲能系統(tǒng)新原理，解決了傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)的主要技術瓶頸。已于2013年建成國際首套1.5MW先進壓縮空氣儲能示范系統(tǒng);正在研發(fā)10MW示范系統(tǒng)，預計2016年完成。1.5MW系統(tǒng)已技術授權給兩家公司;10MW系統(tǒng)已通過技術入股的方式成立兩家公司。相關成果獲北京市科學技術一等獎，并入選了2013年中科院重大成果匯編和2014年中國儲能領域十大新聞。
(作者：紀律 劉暢 胡珊 周學志 徐玉杰 陳海生)
