儲(chǔ)能概述

　　隨著雙碳目標(biāo)的提出，加快發(fā)展可再生能源，成為當(dāng)前我國能源事業(yè)發(fā)展的重要任務(wù)。“十四五”期間，將繼續(xù)堅(jiān)持市場主導(dǎo)、政策驅(qū)動(dòng)，強(qiáng)調(diào)統(tǒng)籌規(guī)劃、多元發(fā)展，鼓勵(lì)創(chuàng)新示范、先行先試，推動(dòng)新型儲(chǔ)能規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化、市場化發(fā)展。隨著國家政策的實(shí)施和地方政府的落實(shí)，新能源發(fā)電占比逐年遞增，進(jìn)而引發(fā)了儲(chǔ)能市場的爆發(fā)式增長，國內(nèi)外針對(duì)各種類型的儲(chǔ)能建設(shè)示范工程，陸續(xù)出現(xiàn)了各種類型的儲(chǔ)能項(xiàng)目，推動(dòng)了儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展。

　　儲(chǔ)能是指通過介質(zhì)或設(shè)備把能量存儲(chǔ)起來，在需要時(shí)再釋放出來的過程。它是解決可再生能源間歇性和不穩(wěn)定性、提高常規(guī)電力系統(tǒng)和區(qū)域能源系統(tǒng)效率、安全性和經(jīng)濟(jì)性的迫切需要。利用儲(chǔ)能可以實(shí)現(xiàn)可再生能源平滑波動(dòng)、跟蹤調(diào)度輸出、調(diào)峰調(diào)頻等，使可再生能源發(fā)電穩(wěn)定可控輸出，滿足可再生能源電力的大規(guī)模接入并網(wǎng)的要求，對(duì)建設(shè)以清潔能源為主的新型電力系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)具有重要意義。

　　國內(nèi)儲(chǔ)能市場發(fā)展迅速，各類新技術(shù)迭出，共同促進(jìn)儲(chǔ)能行業(yè)持續(xù)發(fā)展。高壓級(jí)聯(lián)儲(chǔ)能在大容量場景優(yōu)勢顯著;新型電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)快速發(fā)展，鈉離子電池儲(chǔ)能、液流電池儲(chǔ)能、氫儲(chǔ)等產(chǎn)業(yè)化不斷加速;新的物理儲(chǔ)能技術(shù)層出不窮，光熱儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能等示范項(xiàng)目逐步落地。

　　電化學(xué)儲(chǔ)能

　　電化學(xué)儲(chǔ)能是利用化學(xué)電池將電能儲(chǔ)存起來并在需要時(shí)釋放的儲(chǔ)能技術(shù)及措施。全球電化學(xué)儲(chǔ)能市場中，主要分為新能源+儲(chǔ)能、電源側(cè)輔助服務(wù)、電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能、分布式及微網(wǎng)、用戶側(cè)削峰填谷五類場景。

　　鋰離子電池儲(chǔ)能

　　鋰電池儲(chǔ)能材料體系以磷酸鐵鋰為主，電池向大容量方向持續(xù)演進(jìn)。根據(jù)工信部要求，儲(chǔ)能型電池能量密度≥145Wh/kg，電池組能量密度≥110Wh/kg。循環(huán)壽命≥5000次且容量保持率≥80%。當(dāng)前的電化學(xué)儲(chǔ)能尤其是鋰電儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)新變革周期，大電芯、高電壓、水冷/液冷等新產(chǎn)品新技術(shù)逐漸登上舞臺(tái)，儲(chǔ)能系統(tǒng)向大容量方向在持續(xù)演進(jìn)。

　　2022年儲(chǔ)能鋰電池全年出貨量達(dá)到130GWh，同比增長170.8%，增速超過動(dòng)力電池。從細(xì)分賽道來看，電力儲(chǔ)能、戶用儲(chǔ)能、便攜式儲(chǔ)能電池出貨量攀升。其中戶用儲(chǔ)能出貨量增長最快，增速超3.5倍，電力儲(chǔ)能、便攜式儲(chǔ)能增速均超2倍。而通信儲(chǔ)能電池出貨量有所放緩，在2022年儲(chǔ)能負(fù)增長，同比降25%。

　　鈉離子電池儲(chǔ)能

　　與鋰資源相比，鈉資源儲(chǔ)量非常豐富，所以在大規(guī)模應(yīng)用的場景下，鈉電池沒有明顯的資源約束。而且，鈉電池的正極材料、集流體材料的理論成本比鋰電更低，在完成產(chǎn)業(yè)化降本之后，其初始投資成本有望較鋰電更低，可以鋰離子電池40-50%的成本優(yōu)勢達(dá)到鋰電池70%的性能，可以填充到對(duì)能量密度要求不高的市場如儲(chǔ)能當(dāng)中。

　　技術(shù)特點(diǎn)：成本低、安全性高、高低溫性能較好;能量密度低、循環(huán)壽命低。

　　發(fā)展應(yīng)用：主要應(yīng)用于備用電源、兩三輪車、電力系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻、通信基站等。

　　關(guān)鍵技術(shù)：新型電極材料、高倍率硬碳、高電化學(xué)穩(wěn)定電壓電解質(zhì)、干法電極工藝等。

　　液流電池儲(chǔ)能

　　液流電池是正負(fù)極電解液分開，各自循環(huán)的一種高性能蓄電池，具有容量高、使用領(lǐng)域(環(huán)境)廣、循環(huán)使用壽命長的特點(diǎn)。根據(jù)電極活性物質(zhì)的不同可分為鐵鉻、全釩、鋅溴等，鐵鉻和全釩兩種為目前主流商用方向。

　　技術(shù)特點(diǎn)：規(guī)模大、壽命長、功率和容量分離;價(jià)格較高、能量密度低、效率相對(duì)較低。

　　發(fā)展應(yīng)用：應(yīng)用于備用電源、電動(dòng)汽車、電力系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻、可再生能源并網(wǎng)、分布式供能等。

　　關(guān)鍵技術(shù)：全釩液流電池技術(shù)、鋅溴液流電池技術(shù)、鐵鉻液流電池技術(shù)、有機(jī)體系液流電池技術(shù)。

　　機(jī)械能儲(chǔ)能

　　抽水儲(chǔ)能

　　抽水儲(chǔ)能主要原理是利用離峰電力將水抽回來，再將水放出做水力發(fā)電。當(dāng)電力生產(chǎn)過剩時(shí)，剩電便會(huì)供予電動(dòng)抽水泵，把水輸送至地勢較高的蓄水庫，待電力需求增加時(shí)，把水閘放開，水便從高處的蓄水庫依地勢流往原來電抽水泵的位置，借水位能推動(dòng)水道間的渦輪機(jī)重新發(fā)電，達(dá)到儲(chǔ)能的效果。

　　技術(shù)特點(diǎn)：規(guī)模大、壽命長、單位投資小、技術(shù)成熟;受地理?xiàng)l件限制、建設(shè)周期長、建設(shè)環(huán)境要求高。

　　發(fā)展應(yīng)用：主要應(yīng)用于削峰填谷、跟蹤負(fù)荷、調(diào)頻、備用、無功調(diào)節(jié)和黑啟動(dòng)等輔助服務(wù)任務(wù)。

　　關(guān)鍵技術(shù)：水泵水輪機(jī)、高壩筑造、變速控制、微型抽蓄、海水抽蓄等。

　　重力儲(chǔ)能

　　重力儲(chǔ)能發(fā)電的基本原理與抽水蓄能技術(shù)類似，儲(chǔ)能和發(fā)電的基本過程為：利用富裕電力提升重物，存儲(chǔ)勢能;在需要時(shí)通過釋放重物的勢能，經(jīng)轉(zhuǎn)換帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。目前主要有活塞式重力儲(chǔ)能、懸掛式重力儲(chǔ)能、混凝土砌塊儲(chǔ)能塔和山地重力儲(chǔ)能4種重力儲(chǔ)能發(fā)電技術(shù)。

　　技術(shù)特點(diǎn)：初始投入成本低、安全性高、壽命長、對(duì)建設(shè)環(huán)境要求不高。

　　發(fā)展應(yīng)用：應(yīng)用于削峰填谷、平衡負(fù)荷、發(fā)電備用等。

　　關(guān)鍵技術(shù)：重力輪機(jī)、水泵水輪機(jī)、高效輸送系統(tǒng)、運(yùn)行控制技術(shù)等。

　　壓縮空氣儲(chǔ)能

　　壓縮空氣儲(chǔ)能是指在電網(wǎng)負(fù)荷低谷期將電能用于壓縮空氣，將空氣高壓密封在報(bào)廢礦井、儲(chǔ)氣罐、山洞、過期油氣井或新建儲(chǔ)氣井中，在電網(wǎng)負(fù)荷高峰期釋放壓縮空氣推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電的儲(chǔ)能方式。相比興建鋼罐等壓力容器儲(chǔ)存的方式，利用鹽穴等地下洞穴建設(shè)大容量電站，將顯著降低原材料、用地等方面的成本。按照工作介質(zhì)、存儲(chǔ)介質(zhì)與熱源可以分為：傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)(需要補(bǔ)燃)、帶儲(chǔ)熱裝置的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)、液氣壓縮儲(chǔ)能系統(tǒng)等。

　　技術(shù)特點(diǎn)：儲(chǔ)能容量較大、儲(chǔ)能周期長、效率高和投資相對(duì)較小等特點(diǎn);依賴儲(chǔ)氣室和化石燃料。

　　發(fā)展應(yīng)用：應(yīng)用于削峰填谷、平衡負(fù)荷、頻率調(diào)制、分布式儲(chǔ)能和發(fā)電備用等。

　　關(guān)鍵技術(shù)：壓縮機(jī)、膨脹機(jī)、燃燒室、蓄熱技術(shù)、超臨界空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)等。

　　飛輪儲(chǔ)能

　　飛輪儲(chǔ)能是新型儲(chǔ)能技術(shù)之一，處于商業(yè)化早期。通過電動(dòng)/發(fā)電互逆式雙向電機(jī)，電能與高速運(yùn)轉(zhuǎn)飛輪的機(jī)械動(dòng)能之間的相互轉(zhuǎn)換與儲(chǔ)存。飛輪儲(chǔ)能具有使用壽命長、儲(chǔ)能密度高、不受充放電次數(shù)限制、安裝維護(hù)方便、對(duì)環(huán)境危害小等優(yōu)點(diǎn)，可用于不間斷電源、應(yīng)急電源、電網(wǎng)調(diào)峰和頻率控制。但目前飛輪儲(chǔ)能還具有很大的局限性，相對(duì)能量密度低、靜態(tài)損失較大，現(xiàn)僅處于商業(yè)化早期。

　　技術(shù)特點(diǎn)：功率密度較高、充放電次數(shù)高、工作環(huán)境要求低、無污染等。

　　發(fā)展應(yīng)用：適合電網(wǎng)調(diào)頻、電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制、電能質(zhì)量治理等。

　　關(guān)鍵技術(shù)：高速飛輪本體、高速電機(jī)和軸承、儲(chǔ)能陣列、運(yùn)行控制技術(shù)。

　　熱儲(chǔ)能

　　熱儲(chǔ)能技術(shù)是以儲(chǔ)熱材料為媒介，將太陽能光熱、地?zé)帷⒐I(yè)余熱、低品位廢熱等或者將電能轉(zhuǎn)換為熱能儲(chǔ)存起來，在需要的時(shí)候釋放，以解決由于時(shí)間、空間或強(qiáng)度上的熱能供給與需求間不匹配所帶來的問題，最大限度地提高整個(gè)系統(tǒng)的能源利用率。

　　技術(shù)特點(diǎn)：規(guī)模大、壽命長、單位投資小等;儲(chǔ)能密度較低、材料高溫腐蝕等。

　　發(fā)展應(yīng)用：顯熱儲(chǔ)熱是目前主要儲(chǔ)熱技術(shù)，潛熱儲(chǔ)熱趨于成熟，多用于建筑蓄能或參與電網(wǎng)調(diào)峰;熱化學(xué)儲(chǔ)熱尚不成熟。

　　關(guān)鍵技術(shù)：高性能蓄熱材料、蓄熱單元、系統(tǒng)控制等。

　　電磁儲(chǔ)能

　　超級(jí)電容

　　超級(jí)電容是一種新型功率型儲(chǔ)能器件，主要由正負(fù)電極、電解液、隔膜構(gòu)成。電極材料具備高比表面積的特性，隔膜一般為纖維結(jié)構(gòu)的電子絕緣材料，電解液根據(jù)電極材料的性質(zhì)進(jìn)行選擇。以市場主流的雙電層電容為例，充電時(shí)，電解液中的正、負(fù)離子在電場的作用下迅速向兩極運(yùn)動(dòng)，通過在電極與電解液界面形成雙電層來儲(chǔ)存電荷。

　　技術(shù)特點(diǎn)：充放電速度快、使用壽命長、溫度特性好、綠色環(huán)保等;能量密度較低、成本較高等。

　　發(fā)展應(yīng)用：適合電網(wǎng)調(diào)頻、實(shí)現(xiàn)負(fù)載功率變化的消納和補(bǔ)給等。

　　關(guān)鍵技術(shù)：新型電極材料、高電化學(xué)穩(wěn)定電壓電解質(zhì)、干法電極工藝等。

　　儲(chǔ)能應(yīng)用領(lǐng)域

　　發(fā)電側(cè)

　　發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能是指在火電廠、風(fēng)電場、光伏電站發(fā)電上網(wǎng)關(guān)口內(nèi)建設(shè)的電儲(chǔ)能設(shè)施或匯集站發(fā)電上網(wǎng)關(guān)口內(nèi)建設(shè)的電儲(chǔ)能設(shè)施。儲(chǔ)能在火電廠發(fā)電側(cè)中的應(yīng)用能夠顯著提高機(jī)組的效率，對(duì)輔助動(dòng)態(tài)運(yùn)行有著十分積極的作用，這可以保證動(dòng)態(tài)運(yùn)行的質(zhì)量和效率，且暫緩使用新建機(jī)組，甚至取代新建機(jī)組。另外，發(fā)電機(jī)組用電過程中還可及時(shí)為儲(chǔ)能系統(tǒng)充電，在高峰用電時(shí)段提高負(fù)荷放電的效率，并且可以以較快的速度向負(fù)荷放電，促進(jìn)電網(wǎng)的安全平穩(wěn)運(yùn)行。

　　在風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電等新能源發(fā)電機(jī)組中，儲(chǔ)能一方面能夠保證新能源發(fā)電的穩(wěn)定性和連續(xù)性，另一方面也可增強(qiáng)電網(wǎng)的柔性與本地消化新能源的能力。在風(fēng)電場當(dāng)中，儲(chǔ)能可以有效提升風(fēng)電調(diào)節(jié)的能力，保證風(fēng)電輸出的順暢性。儲(chǔ)能在集中式的并網(wǎng)光伏電站中能夠加強(qiáng)電力調(diào)峰的有效性，而且還可提高電能的質(zhì)量，電力系統(tǒng)運(yùn)行的過程中不易出現(xiàn)異常問題。

　　電網(wǎng)側(cè)

　　儲(chǔ)能接入電網(wǎng)可以發(fā)揮多種價(jià)值作用，不同類型儲(chǔ)能的時(shí)間尺度也不一樣，并且可以與傳統(tǒng)電網(wǎng)建設(shè)、電源建設(shè)以及新興的源網(wǎng)荷互動(dòng)系統(tǒng)、調(diào)相機(jī)等電網(wǎng)調(diào)節(jié)技術(shù)手段進(jìn)行協(xié)同優(yōu)化。

　　隨著新能源大規(guī)模發(fā)展、能源轉(zhuǎn)型持續(xù)深化和儲(chǔ)能技術(shù)不斷成熟，未來儲(chǔ)能將與電力系統(tǒng)深度融合，在規(guī)模和布局上將與系統(tǒng)各類電源和電力流呈現(xiàn)協(xié)調(diào)發(fā)展態(tài)勢，這就要求從能源電力發(fā)展全局出發(fā)，將電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能作為一種可選方案，統(tǒng)籌儲(chǔ)能規(guī)劃、建設(shè)及運(yùn)行，優(yōu)化電力系統(tǒng)整體運(yùn)行效益，保障系統(tǒng)運(yùn)行安全與供電可靠，提升電網(wǎng)的靈活性，加入調(diào)峰、調(diào)頻、黑啟動(dòng)等功能，提高系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性。

　　電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能布局的四個(gè)主要場景：一是在負(fù)荷密集接入、大規(guī)模新能源匯集、大容量直流饋入、調(diào)峰調(diào)頻困難和電壓支撐能力不足的關(guān)鍵電網(wǎng)節(jié)點(diǎn);二是在站址走廊資源緊張等地區(qū);三是在電網(wǎng)薄弱區(qū)域如在供電能力不足的偏遠(yuǎn)地區(qū)電網(wǎng)末端或電網(wǎng)未覆蓋地區(qū);四是作為重要電力用戶的應(yīng)急備用電源，如政府、醫(yī)院、數(shù)據(jù)中心等。通過電網(wǎng)側(cè)合理布局新型儲(chǔ)能設(shè)施，將提高大電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行水平和保供能力、應(yīng)急能力，減輕輸電線路阻塞，延緩輸配電設(shè)施投資。

　　用戶側(cè)

　　工商業(yè)利用用戶側(cè)儲(chǔ)能項(xiàng)目，儲(chǔ)存谷時(shí)電量、峰時(shí)使用，降低用電成本。尤其是電動(dòng)汽車車充電站如果匹配儲(chǔ)能系統(tǒng)，可利用峰谷電價(jià)差套利，國內(nèi)領(lǐng)先的充電運(yùn)營商特來電、星星充電和中國普天均已啟動(dòng)試點(diǎn)計(jì)劃，以驗(yàn)證儲(chǔ)能充電站或太陽能+儲(chǔ)能充電站的可行性和協(xié)同效應(yīng)。

　　用戶側(cè)儲(chǔ)能的應(yīng)用場景非常廣泛，未來也會(huì)有越來越多的電站建成并投入運(yùn)營。一方面，儲(chǔ)能電站幫助改善居民生活，提供商家價(jià)值;另一方面，也為節(jié)能環(huán)保、綠色低碳的理念出一份力。

　　最后

　　未來各地的電力儲(chǔ)能市場會(huì)進(jìn)一步開放，相關(guān)政策重點(diǎn)預(yù)計(jì)會(huì)落在以下三個(gè)方面：

　　• 電力儲(chǔ)能市場開放度的提高：分布式能源和用戶側(cè)儲(chǔ)能項(xiàng)目進(jìn)一步開放，激發(fā)了企業(yè)參與儲(chǔ)能市場積極性。

　　• 儲(chǔ)存參與電力交易政策的放寬：目前個(gè)別省份規(guī)定儲(chǔ)能系統(tǒng)存儲(chǔ)的電力不能上網(wǎng)，未來如果儲(chǔ)能參與電力交易進(jìn)一步開放，儲(chǔ)存電力被批準(zhǔn)上網(wǎng)，儲(chǔ)能系統(tǒng)的價(jià)值兌現(xiàn)渠道將大幅拓寬。

　　• 儲(chǔ)能參與電力輔助補(bǔ)償機(jī)制的完善：國家在推動(dòng)儲(chǔ)能參與電力輔助服務(wù)補(bǔ)充機(jī)制試點(diǎn)工作，未來有望建立相配套的儲(chǔ)能容量電費(fèi)機(jī)制，建全補(bǔ)充及監(jiān)管機(jī)制。

　　(來源：證券之星 本文作者系吉林大學(xué)青島汽車研究院副院長、《電車商業(yè)研究》創(chuàng)始人顧國洪)