DQZHAN訊：儲能的*好時代

你知道嗎，能源版圖正在悄悄改寫，因為傳統(tǒng)能源正受到來自儲能技術(shù)的致命威脅。

試想，如果電動汽車的電池不再是排滿整個后備箱，而是可以輕松提走，充電時間也如加油一樣分分鐘搞定，一次續(xù)航時間可達600公里以上，*為關(guān)鍵的是，這車不過是市面上普通型轎車的價格，甚至更低，你會愿意買一輛嗎?

這或許是儲能的*好時代。一頭是新能源的快速發(fā)展并逐漸接入電網(wǎng)，另一頭是其與生俱來的不穩(wěn)定性使儲能成為必須。根據(jù)國際能源署預(yù)測，美國、歐洲、中國和印度到2050年將需要增加310GW并網(wǎng)電力儲存能力，麥肯錫則將儲能列為“到2025年將產(chǎn)生顛覆性作用、對經(jīng)濟發(fā)生顯著影響”的技術(shù)，預(yù)測市場價值將達0.1萬億至0.6萬億美元。美國、日本、歐洲等發(fā)達國家及地區(qū)已從國家層面對儲能進行研發(fā)布局;嗅覺敏銳的電網(wǎng)運營商等公用事業(yè)機構(gòu)、大型能源設(shè)備制造企業(yè)及一些中小型科技企業(yè)更是已趁人不備踏入這片藍?！魑豢垂伲@些信號絕非偶然!

7月22日，業(yè)界期盼已久的新能源微電網(wǎng)指導(dǎo)意見終于落地，目的就是探索建立容納高比例波動性可再生能源電力的發(fā)輸(配)儲用一體化的局域電力系統(tǒng)，下一步將繼續(xù)出臺一個儲能的配套文件。如果你關(guān)注新能源，如果你不想像柯達膠卷和諾基亞一樣，被猝不及防拋入歷史博物館，那就趕緊搬來小板凳，跟南度度一起補課儲能技術(shù)的基本原理及其主要的技術(shù)路線圖。

儲能技術(shù)知多少

儲能，就是通過物理或化學(xué)手段將電、熱等形式的能量儲存起來，在出現(xiàn)用能需求時釋放的過程。比如用熔融鹽儲熱能，用電容器或超導(dǎo)體儲電磁能，用飛輪或抽水蓄能電站儲機械能，用常見的各種電池儲化學(xué)能等等，儲存光能、核能也是儲能的一種，但人類還沒有找到可人工儲存這兩種能量形式的材料。

目前儲能技術(shù)主要分為物理儲能(如抽水儲能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等)、化學(xué)儲能(如鉛酸電池、氧化還原液流電池、鈉硫電池、鋰離子電池)和電磁儲能(如超導(dǎo)電磁儲能、超級電容器儲能等)三大類。

根據(jù)各種儲能技術(shù)的特點，飛輪儲能、超導(dǎo)電磁儲能和超級電容器儲能適合于需要提供短時較大的脈沖功率場合，如應(yīng)對電壓暫降和瞬時停電、提高用戶的用電質(zhì)量，抑制電力系統(tǒng)低頻振蕩、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性等;而抽水儲能、壓縮空氣儲能和電化學(xué)電池儲能適合于系統(tǒng)調(diào)峰、大型應(yīng)急電源、可再生能源并入等大規(guī)模、大容量的應(yīng)用場合。目前世界占比*高的是抽水蓄能，其總裝機容量規(guī)模達到了127GW，占總儲能容量的99%，其次是壓縮空氣儲能，總裝機容量為440MW，排名第三的是鈉硫電池，總?cè)萘恳?guī)模為316MW。

國際組織儲能技術(shù)路線圖

國際能源署

國際能源署于2010年制定了《能源技術(shù)路線圖改進和實施指南》，2014年發(fā)布了《儲能技術(shù)路線圖》。該路線圖的內(nèi)容主要包括：調(diào)查能源系統(tǒng)中儲能的優(yōu)點并分類;探索新的方法，使得在利用儲能優(yōu)勢的同時降低成本，以及識別部署中的障礙;對其它技術(shù)進行競爭分析。主要研究的技術(shù)包括蓄電(機械轉(zhuǎn)換、化學(xué)轉(zhuǎn)化等)、蓄熱(水/冰蓄冷、熱化學(xué)存儲)。

國際能源署指出，儲能技術(shù)在大部分能源系統(tǒng)中**價值，但不同儲能技術(shù)的成熟度大相徑庭;目前部分小規(guī)模儲能系統(tǒng)在偏遠社區(qū)和離網(wǎng)應(yīng)用中具有成本競爭力，而大型蓄熱技術(shù)在滿足許多地區(qū)的供暖制冷需求上具有競爭力;市場設(shè)計是加速儲能技術(shù)部署的關(guān)鍵;同時，還需要加強對儲能技術(shù)研究開發(fā)的公共支持。

路線圖提出了未來10年內(nèi)，成功開發(fā)和部署儲能技術(shù)所需要開展的*重要行動的建議。即，確定近期具有成本效益的利基市場并支持在這些領(lǐng)域的部署，激勵現(xiàn)有儲能設(shè)施的改造以提高效率和靈活性;通過消除價格扭曲和產(chǎn)生利益疊加打造良好的市場和監(jiān)管環(huán)境，支持還沒有廣泛部署的技術(shù)開展示范項目和處于早期發(fā)展階段的儲能技術(shù)研究開發(fā)，包括高溫蓄熱和可擴展電池以及混合儲能系統(tǒng);建立國際標準綜合數(shù)據(jù)集，并隨著儲能技術(shù)進步進行遞增式修訂;完成已建儲能設(shè)施的評估，定量化評價在特定區(qū)域和能源市場的儲能價值;開展國際和國家層面數(shù)據(jù)合作以加速研究、監(jiān)測進展和評估研發(fā)瓶頸。

歐盟

2009年歐盟委員會在技術(shù)路線圖的基礎(chǔ)上提出了《歐盟能源技術(shù)戰(zhàn)略規(guī)劃》。2011年歐盟委員會提出《能源技術(shù)材料戰(zhàn)略規(guī)劃》，并發(fā)表了《低碳能源技術(shù)材料路線圖》，作為歐盟能源技術(shù)戰(zhàn)略規(guī)劃技術(shù)路線圖的補充和擴展，其詳細描述了歐盟未來10年推進11項能源技術(shù)(風(fēng)電、光伏、太陽能熱發(fā)電、地?zé)?、蓄電、電網(wǎng)、生物能、化石能源、氫能和燃料電池、核裂變能以及建筑節(jié)能)發(fā)展的關(guān)鍵材料研究和**活動。

《低碳能源技術(shù)材料路線圖》指出，蓄電是一項重要的技術(shù)，可以提高歐洲電力系統(tǒng)的可管理性和靈活性;目前，大多數(shù)儲能技術(shù)過于昂貴，在系統(tǒng)規(guī)模的廣泛部署和集成方面技術(shù)性能不足;材料往往限制性能提高，而這也是**和可靠電網(wǎng)中存儲技術(shù)經(jīng)濟性、有效性和可靠性選擇方面的決定因素;將存儲技術(shù)帶入商業(yè)成熟階段，并加快過渡到大規(guī)模商業(yè)化是一項優(yōu)先任務(wù)。

為此，蓄電材料路線圖提出了一項**的研究和發(fā)展計劃(如下圖)：針對低成本、**和可持續(xù)的電化學(xué)、電解質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，具有超級電化學(xué)、熱學(xué)和力學(xué)性質(zhì)，能夠在極端工作條件下工作，循環(huán)壽命長，為歐洲面向能源技術(shù)(如鋰離子電池、氧化還原電池、壓縮空氣儲能、抽水蓄能)和電力技術(shù)(如電解電容、超導(dǎo)磁儲能和飛輪)提供具有工業(yè)潛力的**電池/系統(tǒng)設(shè)計和制造工藝。這項計劃重點是發(fā)展新的電化學(xué)途徑和新興技術(shù)(如金屬空氣電池、固態(tài)電池、液態(tài)金屬系統(tǒng)等)概念驗證。

儲能研究水平較高的國家主要是日本、美國等發(fā)達國家，這些國家已經(jīng)具備較為完備的儲能研發(fā)基礎(chǔ)，并得到政府的充分重視，因此在路線圖研究上也往往比較超前和完善。

日本

早在2008年，日本經(jīng)濟貿(mào)易產(chǎn)業(yè)省就在“涼爽地球—能源技術(shù)革新項目”的框架下提出了一個高性能的儲能技術(shù)路線圖。該技術(shù)路線圖主要集中于能源傳輸問題，包括高效超導(dǎo)傳輸技術(shù)路線圖、高性能電力存儲技術(shù)路線圖、氫能生產(chǎn)、運輸與存儲技術(shù)路線圖。

“高效超導(dǎo)傳輸技術(shù)路線圖”要求，到2030年要實現(xiàn)傳輸距離由100米提升至數(shù)千米;電壓由66kV增加至275kV;電流由1kA增加至10kA;低功率由1W/m/phase降至0.3W/m/phase。關(guān)聯(lián)技術(shù)包括：冷凍機技術(shù)、系統(tǒng)管理技術(shù)、電氣絕緣技術(shù)、超導(dǎo)發(fā)電機(包括風(fēng)力發(fā)電)。

“高性能電力存儲技術(shù)路線圖”提出，到2040年設(shè)備的壽命由10年延長至20年，費用由40000JPY/(kWh)降至15000JPY/(kWh)。通過研發(fā)新概念電池(如金屬空氣電池)、加強型鋰電池、鈉硫電池、氧化還原液流電池、鎳金屬氫化物電池、加強型鎳氫電池、新概念電容器，從而極大地提高性能，減少費用。主要的關(guān)聯(lián)技術(shù)包括：住宅能源管理系統(tǒng)、大廈能源管理系統(tǒng)、地方級別的能源管理系統(tǒng)。

“氫能生產(chǎn)、運輸與存儲技術(shù)路線圖”指出：制氫由水解、化石燃料產(chǎn)氫發(fā)展到可再生能源制氫和光催化制氫等，可以極大地節(jié)約成本;氫的運輸技術(shù)由壓縮氫運輸、液態(tài)氫運輸、管道運輸轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏哼\輸、液態(tài)運輸，可以極大地提升運輸效率和**性;儲氫技術(shù)由超高壓容器、液態(tài)氫容器到絡(luò)合物、有機金屬結(jié)構(gòu)可以極大地節(jié)約成本，延長存儲時間，提高**性。主要的關(guān)聯(lián)技術(shù)包括：氫供給技術(shù)(建造小型加氫站，地方和國家規(guī)模的氫燃料供給系統(tǒng))、燃料電池電動汽車和燃料電池設(shè)施。

美國

盡管美國能源部發(fā)布的一些關(guān)于美國儲能市場和技術(shù)的研究結(jié)果比較有價值，但還未頒布聯(lián)邦層面的儲能技術(shù)路線圖。2014年9月，美國電力咨詢委員會通過了《2014儲能計劃評估報告》，對美國能源部關(guān)于儲能計劃戰(zhàn)略和行動進行了回顧和總結(jié)，并為能源部制定和實施其儲能項目提出了相關(guān)建議。

該報告建議，要通過科研部門重點研究輸電網(wǎng)。同時，儲能領(lǐng)域中的各國際機構(gòu)彼此間的合作應(yīng)變得更加的透明，且這種合作關(guān)系應(yīng)得到進一步的協(xié)調(diào)和強化。電力咨詢委員會還建議從以下幾個方面來重點研究或評估各項工作，分別是：傳輸層中的存儲連接方式;抽水蓄能和壓縮空氣儲能技術(shù);電力電子成本;監(jiān)管以及市場設(shè)計及其對儲能的影響。

美國各州則開始研究各自的儲能路線圖。2011年11月，加利福尼亞州發(fā)表了“2020加州儲能戰(zhàn)略分析報告”，該報告評估了不同的儲能技術(shù)，探討了不同政策對加州能源配置的影響，概述了關(guān)鍵技術(shù)的差距、未來研究的需求以及政策改革。為能源委員會、加州公共事業(yè)委員會和其它監(jiān)管機構(gòu)針對如何利用儲能技術(shù)有效地降低納稅人的成本、化石燃料的排放和增加可再生能源發(fā)電、并入加州電力系統(tǒng)問題提供了參考框架。

2012年，紐約電池與儲能技術(shù)聯(lián)盟(NY-BEST)負責(zé)紐約儲能技術(shù)路線圖規(guī)劃，評估了儲能技術(shù)的形勢，為紐約州正在發(fā)展的儲能行業(yè)制定了戰(zhàn)略大綱。該行業(yè)路線圖包含了廣泛的儲能技術(shù)，如鋰電池、燃料電池、超級電容器、飛輪、抽水蓄能、超導(dǎo)體和蓄熱器等。該路線圖研究技術(shù)、行業(yè)和政策三者在本州的定位，并針對每個方面提出重要的建議。

法國

法國將儲能作為未來投資的主要方向之一。2011年由法國環(huán)境與能源控制署(ADEME)組織制定了《儲能體系戰(zhàn)略路線圖》，目的是**梳理儲能面臨的工業(yè)、技術(shù)、環(huán)境和社會問題，需要克服的技術(shù)、體制和社會經(jīng)濟障礙，更重要的是描繪出基于時間節(jié)點的優(yōu)先研究主題，包括產(chǎn)業(yè)研究、示范、產(chǎn)業(yè)化實驗及技術(shù)平臺測試等不同階段的需求。路線圖研究的結(jié)果作為ADEME在交通和固定儲能應(yīng)用領(lǐng)域研究項目招標的依據(jù)。

參與路線圖制定的專家來自三個方面：(1)制造商，如阿爾斯通、SAFT、Enersys等;(2)研究機構(gòu)，如法國國家研究署、法國原子能委員會、法國國立科研中心等;(3)公用事業(yè)機構(gòu)和用戶，如法國電信、標致集團、EDF、雷諾汽車等。

此外，法國政府和一些利益相關(guān)企業(yè)(法國電力公司、法國蘇伊士燃氣集團、德國意昂集團、阿爾斯通、帥福得等)資助了一項關(guān)于法國潛在儲能市場的研究。該研究共分為三個階段，首先是定義各項環(huán)節(jié)，收集戰(zhàn)略要素并完成各個環(huán)節(jié)的建模工作，確定能源愿景，形成概要并執(zhí)行，明確需求與服務(wù)。其次，對電氣系統(tǒng)、冷/熱網(wǎng)的需求進行評價，并評估其潛在市場。同時，結(jié)合技術(shù)問題，構(gòu)建儲能體系并提供備用解決方案。*后，根據(jù)構(gòu)建的經(jīng)濟模型分析儲能方案，并分析儲能系統(tǒng)對整個工業(yè)的影響。

法國儲能發(fā)展研究

英國

英國已經(jīng)發(fā)表了一些有價值的儲能研究成果，其中2011年未來低碳中心發(fā)表的《英國儲能的路徑》很可能成為英國的技術(shù)路線圖，這份報告分別從用戶主導(dǎo)、分布式、集中式三個方面制定了儲能部署的路徑，內(nèi)容如下。

(1)基于用戶主導(dǎo)的儲能路徑部署。2014年開始推廣智能電表，消費者能夠開始使用熱泵蓄能;2020年推廣微型發(fā)電和電動汽車，強制實施城市的低壓網(wǎng)絡(luò)，轉(zhuǎn)變蓄熱器的材料;2030年發(fā)展電動汽車與電網(wǎng)互動技術(shù)。

(2)基于分布式的儲能路徑部署。2010年采用分散式發(fā)電;2020年促進分布網(wǎng)絡(luò)運營商(DNO)發(fā)展，部署低壓與中壓網(wǎng)絡(luò);2030年實現(xiàn)智能的電網(wǎng)過濾。

(3)基于集中式的儲能路徑部署。2010年投資海上風(fēng)電;2013—2014年引入電子存儲記錄器機制，提升目前的抽水蓄能技術(shù);2020年引入碳捕集與封存。