我國面臨著智能電網(wǎng)建設(shè)和大規(guī)模新能源同步發(fā)展的客觀要求，既要重視電 網(wǎng)抵御風(fēng)險(xiǎn)的能力及基礎(chǔ)性設(shè)施的現(xiàn)代化水平，這關(guān)系到電網(wǎng)運(yùn)行的安全性、可 靠性，又要重視可再生能源的利用，保證環(huán)境友好型能源的可持續(xù)發(fā)展。2011 年3月，國家“十二五”規(guī)劃綱要明確指出：加快現(xiàn)代電網(wǎng)體系建設(shè)，依托信息、控 制和儲能等先進(jìn)技術(shù)，推進(jìn)智能電網(wǎng)建設(shè)。供電設(shè)施的穩(wěn)定性與安全性是電網(wǎng)對發(fā)電技術(shù)的首要要求，我國風(fēng)能、太陽能發(fā)電等新能源發(fā)電技術(shù)在過去五年內(nèi)推廣迅速，但最大缺點(diǎn)是受天氣、季節(jié)、時(shí)間限制非常大，發(fā)電不穩(wěn)定，大范圍推廣必定增加電網(wǎng)的不穩(wěn)定性因素，現(xiàn)已對電網(wǎng)安全帶來了新的挑戰(zhàn)，對于電網(wǎng)的運(yùn)行和調(diào)度提出了更高要求，智能電網(wǎng)則成為推動(dòng)新能源發(fā)展的重要載體。大容量儲能技術(shù)的應(yīng)用將促進(jìn)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，可解決新能源發(fā)電的隨機(jī)性、波動(dòng)性問題，實(shí)現(xiàn)新能源的友好接入和協(xié)調(diào)控制。在新能源和智能電網(wǎng)雙重推動(dòng)下，大力發(fā)展大容量儲能技術(shù)將成為近幾年的緊要任務(wù)之一。

1 不同電能儲存技術(shù)的特點(diǎn)

目前，大容量儲能技術(shù)主要有物理儲能（抽水儲能、壓縮空氣儲能等）、超導(dǎo)電磁儲能和電化學(xué)儲能（鋰電池、鈉硫電池、鉛酸電池、液流釩電池等）等。

1.1 物理儲能

常用的物理儲能技術(shù)有抽水儲能技術(shù)和壓縮空氣儲能技術(shù)，適合建造百兆瓦以上儲能電站。抽水儲能技術(shù)是在電力負(fù)荷低谷時(shí)段將水從下游水庫抽到上游水庫，將電能轉(zhuǎn)化成重力勢能儲存起來，在電網(wǎng)負(fù)荷高峰時(shí)段釋放上游水庫中的水發(fā)電。抽水儲能的釋放時(shí)間可以從幾小時(shí)到幾天，綜合效率在70%左右，主要作用包括電力系統(tǒng)的削峰填谷、調(diào)頻、調(diào)相、緊急事故備用容量，還可以提高系統(tǒng)電站和核電站的運(yùn)行效率。抽水儲能是目前電力系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的一種儲能技術(shù)，一般工業(yè)國家抽水蓄能裝機(jī)占比約為5%～10%，我國近幾年的發(fā)展也非�？�。但抽水蓄能電站的建設(shè)受地形限制較大，當(dāng)電站距離用戶地較遠(yuǎn)時(shí)輸電損耗較大，在很多缺水或平原地區(qū)并不適用。壓縮空氣技術(shù)是利用電網(wǎng)負(fù)荷低谷時(shí)段的剩余電力壓縮空氣，將空氣高壓密封在報(bào)廢礦井、沉降的海底儲氣罐、山洞、過期油氣井或新建儲氣井中，在電網(wǎng)負(fù)荷高峰時(shí)段釋放壓縮的空氣推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。壓縮空氣儲能電站的建設(shè)也受地形制約，對地質(zhì)結(jié)構(gòu)有特殊要求，還要與天然氣發(fā)電配套，在發(fā)達(dá)國家尚處于產(chǎn)業(yè)化初期，國內(nèi)基本上要全套進(jìn)口技術(shù)，風(fēng)險(xiǎn)較大，所以抽水儲能目前是國內(nèi)百兆瓦以上儲能技術(shù)的首選。

1.2 電磁儲能

電磁儲能即超導(dǎo)磁儲能，利用超導(dǎo)體制成線圈儲存磁場能量，功率輸送時(shí)無需能量形式的轉(zhuǎn)換，具有響應(yīng)速度快、轉(zhuǎn)換效率高、比容量比功率大等優(yōu)點(diǎn)，可 以實(shí)現(xiàn)與電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)大容量能量交換和功率補(bǔ)償。和其他儲能技術(shù)相比，超導(dǎo)電磁儲能仍非常昂貴，除了超導(dǎo)本身的費(fèi)用外，維持系統(tǒng)低溫以及維修頻率過高產(chǎn)生的費(fèi)用也相當(dāng)可觀。我國現(xiàn)有的材料基礎(chǔ)及加工業(yè)基礎(chǔ)離其產(chǎn)業(yè)化還有相當(dāng)大的距離，目前超導(dǎo)磁儲能技術(shù)仍處于實(shí)驗(yàn)室階段，需要長時(shí)間的技術(shù)積累和產(chǎn)業(yè)配套發(fā)展。

1.3 電化學(xué)儲能

1.3.1 鈉硫電池

鈉硫電池在300 ℃的高溫環(huán)境下工作，其正極活性物質(zhì)是液態(tài)硫；負(fù)極活性物質(zhì)是液態(tài)金屬鈉，中間是多孔性陶瓷隔板。鈉硫電池的主要特點(diǎn)是比能量大（是鉛酸電池的三倍）、效率高（可達(dá)到80%）、循環(huán)壽命比鉛酸電池長等，適合10～100 MW 儲能。鈉硫電池由于運(yùn)行溫度較高，危險(xiǎn)性高于鋰電池，其隔膜技術(shù)、封裝技術(shù)、材料匹配技術(shù)、電池管理系統(tǒng)難度都非常大，其需要的國內(nèi)工業(yè)化基礎(chǔ)特別是產(chǎn)業(yè)化需要的相關(guān)設(shè)備欠缺，目前只有日本NGK 成功商業(yè)化。NGK 的鈉硫電池不只是日本一個(gè)國家在支持，而是集成了日本、歐洲、北美近半個(gè)世紀(jì)在鈉硫電池上的技術(shù)積累，而且過去20 年日本政府一直補(bǔ)貼其產(chǎn)業(yè)化，國內(nèi)在這個(gè)技術(shù)上還有很長的路要走。

1.3.2 鋰離子電池

鋰離子電池的陰極材料為鋰金屬氧化物，具有高效率、高比能量的特點(diǎn)，并具有放電電壓穩(wěn)定、工作溫度范圍寬、自放電率低、儲存壽命長、無記憶效應(yīng)及無公害等優(yōu)點(diǎn)。鋰離子電池在小型動(dòng)力上的優(yōu)勢非常明顯，但在大規(guī)模儲能上還屬于非常前衛(wèi)的技術(shù)，大規(guī)模鋰離子電池組合對單電池的控制要求非常高，過充控制有特殊封裝要求，價(jià)格昂貴。其電池管理系統(tǒng)的成本和難度，鋰電池是先做好動(dòng)力電池，然后才能上升至更大規(guī)模應(yīng)用，雖然目前國內(nèi)已經(jīng)有很多MW 級鋰電池示范項(xiàng)目，但只是示范應(yīng)用。目前世界上的能夠利用鋰離子電池建造MW級商業(yè)儲能電站只有美國的A123，其儲能電站用鋰電池生產(chǎn)工藝與普通動(dòng)力電

池是不一樣的。國內(nèi)鋰離子電池廠家需要從原材料生產(chǎn)工藝、電池封裝工藝、管理系統(tǒng)、相關(guān)PCS 等各環(huán)節(jié)有革命性突破，特別是基礎(chǔ)材料和后續(xù)的應(yīng)用集成上要下大功夫。

1.3.3 鉛酸電池

鉛酸蓄電池的主要特點(diǎn)是采用硫酸做電解液，是用二氧化鉛和絨狀鉛分別作為電池的正極和負(fù)極的一種酸性蓄電池，具有成本低、技術(shù)成熟、儲能容量大等優(yōu)點(diǎn)，主要應(yīng)用于電力系統(tǒng)的備載容量、頻率控制，不斷電系統(tǒng)；缺點(diǎn)是儲存比能量低、可充電次數(shù)少、制造過程中存在一定污染等。現(xiàn)已有很多國內(nèi)國際的公司在研發(fā)新一代鉛酸電池，但如何保證在生產(chǎn)、使用整個(gè)過程單電池的一致性，如何制造先進(jìn)的電池管理系統(tǒng)是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程，技術(shù)難度非常大，目前尚沒有太大突破。

1.3.4 液流釩電池

目前能夠選擇的儲能技術(shù)都有局限性。全球100 kW～10 MW 的儲能市場目前基本上是空白區(qū)，流體釩電池正好能適應(yīng)這樣一個(gè)規(guī)模的儲能技術(shù)。釩電池?fù)碛腥齻�(gè)很明顯的技術(shù)優(yōu)勢，儲能介質(zhì)是常溫水性的，沒有起火爆炸危險(xiǎn)，其流動(dòng)性利于熱管理；電池充放電狀態(tài)易于監(jiān)控；由于儲能介質(zhì)在電池之外的儲罐中，單電池一致性很高，系統(tǒng)越大電池管理系統(tǒng)相對成本越低。釩電池雖然商業(yè)化進(jìn)程很短，但關(guān)鍵材料目前除了隔膜以外，其它的關(guān)鍵材料可全部國產(chǎn)化，其加工技術(shù)包括關(guān)鍵材料加工技術(shù)并沒有與眾不同的特殊性，國內(nèi)釩資源優(yōu)勢又很明顯，加上終端應(yīng)用場合對安全性和可控性的要求非常高，雖然比能量較低是其明顯的缺點(diǎn)，但在大規(guī)模儲能場合一定有它的市場，就目前情況來說做為首選的大規(guī)模儲能技術(shù)之一是非�，F(xiàn)實(shí)的。自1974 年Lawrence H. Thaller提出液流儲能電池的概念以來，經(jīng)過二十多年的研究和發(fā)展，流體釩電池儲能技術(shù)取得了突破性進(jìn)展。澳大利亞、日本、英國、加拿大、美國、德國等工業(yè)發(fā)達(dá)國家于20 世紀(jì)80 年代開始流體釩電池系統(tǒng)的研究，但由于受所處工作環(huán)境、人力成本和所在國家的工業(yè)格局的制約，對于釩電池的工業(yè)化推進(jìn)是有限的。日本、加拿大、美國等國家在10 年前已經(jīng)建造了兆瓦級示范演示工程。過去日本由于受制于釩資源的制約，不得不暫停流體釩電池商業(yè)化，不過近兩年日本再次啟動(dòng)流體釩電池的商業(yè)化。中國釩資源豐富，目前國內(nèi)90%釩是出口的，因此釩電池的商業(yè)化對國內(nèi)釩資源的充分利用非常有利，流體釩電池的釩資源回收非常方便，亦是開發(fā)釩電池另一個(gè)獨(dú)特優(yōu)勢。

2 儲能技術(shù)的現(xiàn)實(shí)需求

2.1 風(fēng)力發(fā)電

風(fēng)力發(fā)電自身所固有的隨機(jī)性、間歇性特征，決定了其規(guī)�；�發(fā)展必然會(huì)對電網(wǎng)安全運(yùn)行帶來顯著影響，另外風(fēng)力發(fā)電往往在后半夜進(jìn)入發(fā)電高峰，而此時(shí)正是用電低谷，所以棄風(fēng)現(xiàn)象嚴(yán)重。因此必須要有先進(jìn)的大容量儲能技術(shù)做支撐，以穩(wěn)定風(fēng)機(jī)輸出，且能錯(cuò)時(shí)發(fā)電，提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的利用率。研究表明，如果風(fēng)電裝機(jī)占裝機(jī)總量的比例在10%以內(nèi)，依靠傳統(tǒng)電網(wǎng)技術(shù)以及增加水電、燃?xì)鈾C(jī)組等手段基本可以保證電網(wǎng)安全；但如果所占比例達(dá)到20%甚至更高，電網(wǎng)的調(diào)峰能力和安全運(yùn)行將面臨巨大挑戰(zhàn)。目前為了減少對電網(wǎng)的沖擊，每一臺風(fēng)機(jī)需要配備其功率4%的后備蓄電池。另外還需要大約相當(dāng)于其功率1%的蓄電池用于緊急情況時(shí)收風(fēng)葉以保護(hù)風(fēng)機(jī)。電網(wǎng)對風(fēng)電輸出平穩(wěn)性的要求已成為風(fēng)電發(fā)展的瓶頸。如果需要平滑風(fēng)電90%以上的電力輸出，需要為風(fēng)電場配置20%左右額定功率的儲能電池；如果希望風(fēng)電場還能具有削峰填谷的功能，將需要配備相當(dāng)于40%～50%功率的動(dòng)態(tài)儲能電池；如果風(fēng)機(jī)離網(wǎng)發(fā)電，則需要更大比例的動(dòng)態(tài)儲能電池。

根據(jù)國家中長期能源規(guī)劃，風(fēng)電裝機(jī)目標(biāo)為2010 年4 GW，2020 年20 GW。風(fēng)電實(shí)際裝機(jī)容量比預(yù)計(jì)的要大得多，2010 年中國風(fēng)機(jī)累積裝機(jī)容量已超過40GW，中國風(fēng)能協(xié)會(huì)預(yù)計(jì)2020 年中國風(fēng)電裝機(jī)會(huì)突破150 GW，將占到全國發(fā)電量的10%左右。

風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，特別是我國的多數(shù)風(fēng)電場屬于“大規(guī)模集中開發(fā)、遠(yuǎn)距離輸送”，對電網(wǎng)的運(yùn)行和控制提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。大容量儲能產(chǎn)品成為解決電網(wǎng)與風(fēng)電之間矛盾的關(guān)鍵因素。即使按照風(fēng)電調(diào)控最低要求計(jì)算，5%的風(fēng)電儲能比例，2009 年儲能電池的需求就將達(dá)到1 GW，2020 年儲能電池的需求將達(dá)到5 GW；如果需要平滑90％以上的風(fēng)電輸出，儲能電池的需求還要增加3 倍以上。

2.2 光伏發(fā)電

目前大型光伏發(fā)電場主要是并網(wǎng)發(fā)電，但總的說來裝機(jī)容量在電網(wǎng)中所占比例非常小，其波動(dòng)可以忽略不計(jì)。但隨著時(shí)間推移，其所占比例越來越大之后，不得不考慮儲能技術(shù)以平滑其輸出，減小對電網(wǎng)的影響。

2009 年全球光伏發(fā)電裝機(jī)新增容量為7.2 GW，2010 年全球新增太陽能光伏裝機(jī)容量為16 GW，是上年新增容量的兩倍。2010 年全球太陽能光伏累計(jì)裝機(jī)容量接近40 GW，比2009 年的23 GW 增加70%。隨著技術(shù)提升，生產(chǎn)成本下降，太陽能光伏發(fā)電的裝機(jī)容量總體逐年上升是勿庸置疑的。

2.3 電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻

由于我國電力系統(tǒng)煤電比例較高，核電不參與調(diào)峰，水電、燃?xì)獍l(fā)電等調(diào)峰較好的電源所占比例較低，系統(tǒng)的調(diào)峰調(diào)頻也成為限制電網(wǎng)接受清潔能源的一個(gè)主要因素。為應(yīng)對城市尖峰負(fù)荷，電力系統(tǒng)每年都要新增大量投資用于電網(wǎng)和電源后備容量建設(shè)，但利用率卻非常低。以上海為例，2004—2006 年間，為解決全市每年只有183.25 h 的尖峰負(fù)荷，僅對電網(wǎng)側(cè)的投資每年就超過200 億元，而為此形成的輸配電能力的年平均利用率不到2%。東北風(fēng)電在發(fā)展中首先面臨的也是調(diào)峰和調(diào)頻的問題，需要儲能技術(shù)企業(yè)、發(fā)電企業(yè)和電網(wǎng)公司共同承擔(dān)責(zé)任并解決調(diào)峰問題。

采用大容量儲能電池的小型調(diào)峰系統(tǒng)從微觀角度多點(diǎn)調(diào)峰，不受地理?xiàng)l件限制，可大可小設(shè)計(jì)靈活，是抽水蓄能電站的有益補(bǔ)充。

2.4 通訊基站

通信基站和通信機(jī)房需要蓄電池作為后備電源，且時(shí)間通常不能少于10 h。對通訊運(yùn)營商來講，安全穩(wěn)定可靠和使用壽命長是最重要的，在這一領(lǐng)域，流體釩電池有著鉛酸電池?zé)o法比擬的先天優(yōu)勢：壽命長，維護(hù)簡單，能量存儲穩(wěn)定、控制精確、自放電少，可便捷調(diào)整能量的存儲量，總體使用成本低。通信網(wǎng)絡(luò)中的基站動(dòng)力系統(tǒng)中通常使用柴油發(fā)電機(jī)，在停電時(shí)提供長時(shí)間動(dòng)力。柴油機(jī)在備用動(dòng)力系統(tǒng)投資中占了很大一部分，而且需要持續(xù)不斷地機(jī)械維護(hù)以保證其可靠性；在實(shí)際應(yīng)用中，柴油機(jī)的利用率很低，因此其單位時(shí)間的使用成本比較高；系統(tǒng)中經(jīng)常使用的鉛酸電池由于自放電的原因，也需要經(jīng)常維護(hù)。流體釩電池完

全可替代動(dòng)力系統(tǒng)中的鉛酸電池和柴油機(jī)的動(dòng)力組合，提供高可靠性的直流電源的能量存儲解決方案。流體釩電池還可以很好地與網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域使用的地理分布廣、數(shù)量眾多的太陽電池進(jìn)行很好的匹配，替代目前太陽能供電系統(tǒng)中使用的鉛酸電池，降低維護(hù)量，減少成本，提高生產(chǎn)率。

2.5 分布式電站

大型電網(wǎng)自身的缺陷，難以保障電力供應(yīng)的質(zhì)量、效率、安全可靠性要求，對于重要單位和企業(yè)，往往需要雙電源甚至多電源作為備份。分布式電站可以減少或避免由于電網(wǎng)故障或各種意外事件造成的斷電。醫(yī)院、指揮控制中心、數(shù)據(jù)處理和通訊中心、商業(yè)大樓、娛樂中心、政府要害部門、制藥和化學(xué)材料工業(yè)、精密制造工業(yè)等領(lǐng)域是分布式電站發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域，流體釩電池可以在分布式電站的發(fā)展中發(fā)揮重要作用。對于目前很多遠(yuǎn)離主電網(wǎng)的場合，如海島、哨所、采礦采油井、移動(dòng)牧場、野外施工地等，對風(fēng)光儲一體化電站解決方案也提出了真實(shí)的需求。

3 國內(nèi)發(fā)展流體釩電池優(yōu)勢與挑戰(zhàn)

近年來，由于國家政策支持，投入加大，流體釩電池技術(shù)在我國得到蓬勃發(fā)展。中國在流體釩儲能電池的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化方面，已經(jīng)走在世界前列，上海林洋儲能與大連融科、北京普能三個(gè)公司在流體釩電池產(chǎn)業(yè)化上最具代表性，其技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平。其原因是：流體釩電池的關(guān)鍵材料目前除了隔膜以外，其它的關(guān)鍵材料可全部國產(chǎn)化，但目前國內(nèi)在流體釩電池隔膜材料上已取得突破性進(jìn)展，中科院大連化物所開發(fā)的陰離子膜效率高、成本低，與進(jìn)口隔膜不相上下，假以時(shí)日在連續(xù)化成型上取得突破，屆時(shí)流體釩電池的所有關(guān)鍵材料可全部國產(chǎn)化；流體釩電池的商業(yè)化進(jìn)程雖然很短，但中國近三十年的改革開放正好跟這一時(shí)期一致，所以在中國的流體釩電池技術(shù)水平非常高。從安全、資源、技術(shù)復(fù)雜度、工業(yè)基礎(chǔ)、商業(yè)化成本、回收再利用等幾個(gè)角度考慮，在國內(nèi)發(fā)展流體釩電池很現(xiàn)實(shí)。

隨著光伏、風(fēng)電等新能源行業(yè)的興起，智能電網(wǎng)概念的提出，以及社會(huì)發(fā)展越來越多地對大型備用直流電源提出需求，儲能行業(yè)進(jìn)入非常好的發(fā)展時(shí)期，各種儲能技術(shù)在各自適合的領(lǐng)域都大有可為，但儲能技術(shù)的商業(yè)化推廣前期陷入不確定由誰買單的窘境。目前來講不光是儲能產(chǎn)品本身，還有其推廣過程涉及的雙向逆變器（PCS），終端接入軟件（與新能源、電網(wǎng)調(diào)度協(xié)調(diào)配合），以及如何評價(jià)儲能技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性都是全新的問題。作者認(rèn)為在目前情況下，儲能產(chǎn)品本身及PCS 技術(shù)已基本完善，但是儲能產(chǎn)品及PCS 只有按照規(guī)模化生產(chǎn)方式生產(chǎn)才具有實(shí)用性，而目前市場尚未敞開，規(guī)�；�效應(yīng)遠(yuǎn)未形成，所以造成在規(guī)�；�生產(chǎn)線上生產(chǎn)的實(shí)用型儲能產(chǎn)品成本過高。儲能技術(shù)已進(jìn)入示范推廣階段，急需解決終端接入軟件開發(fā)和經(jīng)濟(jì)性評價(jià)的兩個(gè)后續(xù)關(guān)鍵問題，而相關(guān)人才又非常短缺，這需要政府大力支持，電網(wǎng)公司、電力公司、儲能科技公司的實(shí)質(zhì)性大力協(xié)調(diào)配合，加大相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的前期投入，通過實(shí)踐解決相關(guān)人才短缺現(xiàn)狀及技術(shù)瓶頸，最終將儲能產(chǎn)業(yè)鏈打通。

4 小結(jié)

儲能技術(shù)的種類很多，但沒有一種是萬能的，在具體應(yīng)用場合選擇時(shí)需全方位考慮技術(shù)特征、工業(yè)基礎(chǔ)、自然環(huán)境、投資規(guī)模、經(jīng)濟(jì)性、使用場合特殊要求、環(huán)保要求、政策導(dǎo)向等多方面因素。儲能技術(shù)的發(fā)展也是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，不可能一蹴而就，需要全社會(huì)各個(gè)利益相關(guān)方的參與和推動(dòng)，達(dá)成共識大力合作，發(fā)揮各自優(yōu)勢，和諧共贏。