中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：中科院工程熱物理研究所副所長(zhǎng)/中國(guó)能源研究會(huì)儲(chǔ)能專業(yè)委員會(huì)主任委員在9月17日舉行的中國(guó)能源研究會(huì)年會(huì)2017分論壇“儲(chǔ)能推動(dòng)能源創(chuàng)新發(fā)展”上發(fā)表《先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展路線》演講，并發(fā)表儲(chǔ)能發(fā)展路線圖研究成果。
以下為發(fā)言實(shí)錄：
主持人：非常感謝齊處的介紹和解讀，我們可以看到隨著儲(chǔ)能指導(dǎo)意見(jiàn)的即將發(fā)布，儲(chǔ)能的春天確確實(shí)實(shí)已經(jīng)來(lái)臨了。今天聽(tīng)到齊處的講話很激動(dòng)，作為在儲(chǔ)能行業(yè)里長(zhǎng)期工作的人來(lái)講，這樣的消息確確實(shí)實(shí)是非常振奮人心，指導(dǎo)意見(jiàn)對(duì)儲(chǔ)能行業(yè)發(fā)展必定是一個(gè)重大的推動(dòng)。
下面我代表儲(chǔ)能技術(shù)和政策發(fā)展路線圖研究課題組，匯報(bào)關(guān)于儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展路線的研究成果。這個(gè)課題組從2012年開(kāi)始，由當(dāng)時(shí)儲(chǔ)能聯(lián)盟和中科院工程熱物理所一起接受了國(guó)家能源局科技裝備司的任務(wù)，開(kāi)展儲(chǔ)能方面的技術(shù)發(fā)展路線、產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線及政策發(fā)展路線前期的研究。
隨著推動(dòng)儲(chǔ)能健康發(fā)展指導(dǎo)意見(jiàn)工作，后來(lái)又和中科院物理所、中國(guó)電科院、清華大學(xué)等不同的力量一起，做了關(guān)于中國(guó)儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展路線和政策發(fā)展路線的戰(zhàn)略研究，這方面工作也為促進(jìn)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展指導(dǎo)意見(jiàn)的出臺(tái)起到了重要的支撐作用。
下面我主要匯報(bào)“先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展路線”的研究成果，時(shí)間關(guān)系我主要匯報(bào)兩個(gè)方面的內(nèi)容：除了簡(jiǎn)單介紹一下研究背景，重點(diǎn)是分享先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)現(xiàn)狀和技術(shù)路線圖，最后簡(jiǎn)要匯報(bào)儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展展望。在技術(shù)現(xiàn)狀當(dāng)中，我重點(diǎn)介紹最近一兩年的進(jìn)度：
一、研究背景
儲(chǔ)能具有重大戰(zhàn)略意義，無(wú)論從可穿戴電子一直到人工智能到電動(dòng)車(chē)、到可再生能源到工業(yè)應(yīng)用，直到能源互聯(lián)網(wǎng)和智能電網(wǎng)，儲(chǔ)能可以說(shuō)無(wú)處不在。同時(shí)，儲(chǔ)能也被稱為能源革命的支撐技術(shù)，在杰里米.里夫金第三次工業(yè)革命中，儲(chǔ)能被稱為五大支柱中是關(guān)鍵支撐技術(shù)。第三，儲(chǔ)能是國(guó)家的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。在國(guó)家國(guó)民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展十三五規(guī)劃中，100項(xiàng)重大項(xiàng)目的第37項(xiàng)是發(fā)展儲(chǔ)能與分布式能源。在國(guó)家能源委2016年11月17日會(huì)議中，李克強(qiáng)總理強(qiáng)調(diào)集中力量在可再生能源開(kāi)發(fā)利用，特別新能源技術(shù)和儲(chǔ)能微網(wǎng)技術(shù)上取得突破，說(shuō)明儲(chǔ)能的重要意義已經(jīng)得到國(guó)家層面的認(rèn)可。第四，儲(chǔ)能存在巨大的市場(chǎng)需求。根據(jù)國(guó)際能源署規(guī)劃，到2050年，儲(chǔ)能占電力裝機(jī)10%-15%，容量將達(dá)到200GW。
基于儲(chǔ)能的重要性，也是為了支撐儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)與技術(shù)發(fā)展指導(dǎo)意見(jiàn)的出臺(tái)，我們開(kāi)展了相關(guān)戰(zhàn)略研究。主要是開(kāi)展幾方面工作：一是對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)行全面梳理調(diào)研，二是對(duì)技術(shù)現(xiàn)狀與趨勢(shì)的總結(jié)歸納，然后進(jìn)行報(bào)告初步編制、同行審定修改，在此基礎(chǔ)上提出技術(shù)發(fā)展路線圖的初步意見(jiàn)，包括國(guó)情分析、專題研討、路線繪制、同行核定，最后開(kāi)展技術(shù)發(fā)展路線定稿工作。
儲(chǔ)能有很多技術(shù)，為了限定工作量和高效開(kāi)展工作，我們進(jìn)行了儲(chǔ)能技術(shù)的聚焦。聚焦的標(biāo)準(zhǔn)是這樣的，一個(gè)是已經(jīng)具備規(guī)模儲(chǔ)能的能力或者潛力，就是已經(jīng)進(jìn)行了兆瓦級(jí)以上的示范或應(yīng)用，或者正在開(kāi)展或具備建設(shè)的潛力。二是處于前沿技術(shù)，應(yīng)用前景看好。三是至少國(guó)內(nèi)有基礎(chǔ)有布局的，所以我們選定了11個(gè)技術(shù)，下面簡(jiǎn)要介紹技術(shù)現(xiàn)狀。
二、先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)現(xiàn)狀
1.抽水蓄能，這是應(yīng)用最廣的，傳統(tǒng)的抽水蓄能技術(shù)我們國(guó)家已經(jīng)掌握了，變速抽水處于研究階段，海水抽水和小型化處于攻關(guān)階段。
2.壓縮空氣儲(chǔ)能，目前現(xiàn)狀是這樣的，德國(guó)、美國(guó)已經(jīng)商業(yè)運(yùn)行，我國(guó)傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能沒(méi)有運(yùn)行的電站。新型壓縮空氣儲(chǔ)能不使用燃料，不使用儲(chǔ)氣洞穴，我們國(guó)家研究基本和國(guó)際同步，在1兆瓦-10兆瓦發(fā)展過(guò)程中，這部分主要是中科院工程物理所1.5MW和10MW項(xiàng)目和清華大學(xué)500kW項(xiàng)目的示范。
3.飛輪儲(chǔ)能，美國(guó)總體上處于領(lǐng)先地位，我國(guó)飛輪儲(chǔ)能十二五期間也有布局，包括英利集團(tuán)，浙江大學(xué)、電工所、哈爾濱工程大學(xué)等等開(kāi)展百千瓦級(jí)高速飛輪儲(chǔ)能的研究。清華大學(xué)聯(lián)合中原石油公司完成兆瓦級(jí)的中低速飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的研究。
4.超導(dǎo)儲(chǔ)能，我們國(guó)家和國(guó)際水平差距并不是很大，中科院電工所、華中科技大學(xué)等開(kāi)展MJ級(jí)樣機(jī)工作。前沿技術(shù)包括高效低溫智能技術(shù)，多元混合儲(chǔ)能技術(shù)等等。
5.鉛酸電池，鉛酸電池有價(jià)格優(yōu)勢(shì)，仍然是電池總量一半以上，近期26兆瓦時(shí)鉛酸電池的項(xiàng)目，目前鉛碳電池發(fā)展很快等等。
6.鋰電池，隨著動(dòng)力電池發(fā)展的推動(dòng)，當(dāng)前發(fā)展勢(shì)頭非常迅猛。國(guó)內(nèi)的有張北14兆瓦，比亞迪20兆瓦都已經(jīng)運(yùn)行了，最近科技部立了100兆瓦時(shí)CATL做這方面工程。固態(tài)鋰電池或半鋰電池發(fā)展是目前研究的熱點(diǎn)，包括聚合物理的鋰電池，鋰硫、鋰空氣電池發(fā)展很快。
7.鈉硫電池，日本有絕對(duì)領(lǐng)先地位。我國(guó)中科院上海硅酸鹽所目前已經(jīng)完成兆瓦的示范，常溫鈉硫電池屬于前沿的技術(shù)，主要是把鈉硫電池溫度從350度盡量下降到300度，甚至到200度以下，從而提高鈉硫電池的安全性和效率。
8.液流電池，目前我們國(guó)家發(fā)展得非常快，處于領(lǐng)先的地位，美國(guó)、日本都在布局。我們國(guó)家大連融科和中科院大連化物所制定首個(gè)我國(guó)液流電池的標(biāo)準(zhǔn)，正在開(kāi)展200MW/800MWh全釩液流電池的儲(chǔ)能項(xiàng)目。北京普能的液流電池有10兆瓦、百兆瓦項(xiàng)目陸續(xù)實(shí)施過(guò)程中。前沿技術(shù)還有很多，鋅鎳液流電池等等。
9.超級(jí)電容器，已經(jīng)發(fā)展到10MJ級(jí)，我們國(guó)家清華大學(xué)、防化研究院、復(fù)旦大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院金屬研究所等陸續(xù)開(kāi)展的項(xiàng)目，石墨烯等等是前沿?zé)狳c(diǎn)的技術(shù)。
10.儲(chǔ)熱技術(shù)。包括顯熱儲(chǔ)熱、潛熱儲(chǔ)熱、熱化學(xué)儲(chǔ)熱。研究熱點(diǎn)上目前潛熱儲(chǔ)熱最熱，熱化學(xué)儲(chǔ)熱在前沿技術(shù)方面發(fā)展得最快。從應(yīng)用上來(lái)講顯熱儲(chǔ)熱應(yīng)用最多，目前潛熱有10兆瓦級(jí)儲(chǔ)熱項(xiàng)目開(kāi)始示范應(yīng)用，太陽(yáng)能光熱發(fā)電，還有供暖應(yīng)用中發(fā)展比較快。
11.氫儲(chǔ)能。包括制氫、儲(chǔ)氫、用氫三個(gè)方面，制氫堿性電解槽是發(fā)展的時(shí)間最長(zhǎng)、技術(shù)最成熟的電解槽。高壓儲(chǔ)氫是比較成熟的技術(shù)，用氫目前質(zhì)子交換膜燃料電池占到全球88%，占主流。
總體上，物理儲(chǔ)能規(guī)模比較大壽命長(zhǎng)，化學(xué)儲(chǔ)能發(fā)展快規(guī)模適中，響應(yīng)時(shí)間非常快，應(yīng)用非常全面廣泛。
分析現(xiàn)狀，我們看到儲(chǔ)能技術(shù)存在幾方面挑戰(zhàn)：關(guān)鍵技術(shù)存在技術(shù)瓶頸，規(guī)模化應(yīng)用需要解決穩(wěn)定性、可靠性、耐久性、安全性，同時(shí)系統(tǒng)集成方面存在共同的挑戰(zhàn)。
推廣應(yīng)用方面除了個(gè)別的電池技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈總體不太完整，缺乏針對(duì)產(chǎn)業(yè)一攬子解決方案，第二是應(yīng)用示范相對(duì)較少，沒(méi)有一種技術(shù)占明顯優(yōu)勢(shì)。第三大規(guī)模推廣難度比較大，產(chǎn)品定型周期比較長(zhǎng)，需要我們共同努力。
我國(guó)儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，全球技術(shù)正在激烈競(jìng)技，對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)創(chuàng)新要求不斷提高，迫切需要對(duì)相關(guān)技術(shù)發(fā)展路線進(jìn)行研究，對(duì)儲(chǔ)能發(fā)展進(jìn)行指導(dǎo)，在這個(gè)基礎(chǔ)上我們開(kāi)展了儲(chǔ)能發(fā)展路線圖研究。
三、儲(chǔ)能發(fā)展路線圖研究成果
第一抽水蓄能，面向2030，重點(diǎn)包括變速抽水蓄能機(jī)組，實(shí)現(xiàn)高效高參數(shù)蓄能技術(shù)國(guó)產(chǎn)化。
第二壓縮空氣儲(chǔ)能，要實(shí)現(xiàn)從1兆瓦到百兆瓦工程示范產(chǎn)業(yè)化，突破大規(guī)模壓縮空氣儲(chǔ)能的關(guān)鍵技術(shù)，重點(diǎn)兩個(gè)方面，一個(gè)是大型化、一個(gè)是新技術(shù)提高系統(tǒng)效率。
第三飛輪儲(chǔ)能，突破磁懸浮軸承高速飛輪轉(zhuǎn)系材料等MW級(jí)陣列式系統(tǒng)集成關(guān)鍵技術(shù)，完成MW級(jí)陣列式飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用化。
第四超導(dǎo)儲(chǔ)能，重點(diǎn)掌握新型超導(dǎo)材料和帶材技術(shù)，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)突破和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)從1.0到10MJ超導(dǎo)產(chǎn)品及應(yīng)用示范工作。
第五鉛酸電池，重點(diǎn)解決三個(gè)問(wèn)題，一是提高壽命，二是提高能量密度等等。第二是提高免維護(hù)性和環(huán)保性能，實(shí)現(xiàn)兆瓦時(shí)幾十兆瓦時(shí)的商業(yè)示范。
第六鋰離子電池，重點(diǎn)發(fā)展正負(fù)電池材料和安全電解液技術(shù)，進(jìn)一步提高壽命，實(shí)現(xiàn)10兆瓦和100兆瓦的示范和應(yīng)用。
第七鈉硫電池，陶瓷和電磁管理技術(shù)要求很高，進(jìn)一步大幅提高可靠性和安全性，實(shí)現(xiàn)百千瓦一直到數(shù)兆瓦商業(yè)應(yīng)用系列化。
第八液流電池，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)10兆瓦級(jí)的突破，進(jìn)一步提高它的性能，實(shí)現(xiàn)百兆瓦級(jí)示范和應(yīng)用。
第九超級(jí)電容，未來(lái)要掌握超級(jí)大規(guī)模電力電子，以及高能量密度超級(jí)電容器電極材料技術(shù)。
第十儲(chǔ)熱技術(shù)，主要有幾方面，在高溫儲(chǔ)熱制備工藝，示范驗(yàn)證從10-100MWh級(jí)面向分布式功能的儲(chǔ)熱系統(tǒng)，探索新方法，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域方面的突破。在熱化學(xué)儲(chǔ)熱技術(shù)方面，希望我們盡快趕超國(guó)際先進(jìn)水平，逐步推廣示范應(yīng)用。
最后，是氫能技術(shù)，主要實(shí)現(xiàn)氫能的制備集成和加氫站示范運(yùn)行，特別是氫化物儲(chǔ)氫等方面，針對(duì)制約燃料電池規(guī)?；瘧?yīng)用的性能壽命和成本的問(wèn)題，建立完備的設(shè)計(jì)、工藝檢測(cè)，掌握關(guān)鍵技術(shù)，形成完備氫的產(chǎn)業(yè)鏈，實(shí)現(xiàn)氫儲(chǔ)能系統(tǒng)大規(guī)模應(yīng)用。
四、儲(chǔ)能技術(shù)展望
按照我們國(guó)家能源局總體規(guī)劃，特別在能源革命行動(dòng)計(jì)劃中，重點(diǎn)規(guī)劃了三個(gè)一批。
第一，重點(diǎn)攻關(guān)一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的儲(chǔ)能技術(shù)。第二，試驗(yàn)示范一批具有產(chǎn)業(yè)化潛力技術(shù)。第三，集中攻關(guān)關(guān)鍵核心技術(shù)等。
到2030年總體實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能技術(shù)的跨越式發(fā)展，規(guī)模從目前大部分百千瓦到兆瓦量級(jí)，實(shí)現(xiàn)向10兆瓦到100兆瓦的跨越，壽命從2000次左右到5000-10000次跨越，成本從15000元/kW左右向8000元/kW以下跨越，即從3000元/kWh左右到1500元/kWh以下跨越。實(shí)現(xiàn)沒(méi)有任何補(bǔ)貼政策的情況下，能夠自身健康發(fā)展，同時(shí)為支撐我國(guó)能源革命的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。
最后感謝國(guó)家能源局的支持，感謝儲(chǔ)能技術(shù)和政策發(fā)展路線圖研究課題組所有成員！謝謝大家！
