在《第三次工業(yè)革命》一書中，杰里米˙里夫金(Jeremy Rifkin)把當(dāng)前世界范圍內(nèi)以新能源和可再生能源取代傳統(tǒng)化石能源的新型能源體系變革提升為“第三次工業(yè)革命”。以新能源技術(shù)和信息技術(shù)的深入結(jié)合為特征的“能源互聯(lián)網(wǎng)”則是實(shí)現(xiàn)“第三次工業(yè)革命”的核心驅(qū)動(dòng)力。發(fā)展規(guī)模儲(chǔ)能是解決可再生能源大規(guī)模接入、提高常規(guī)電力系統(tǒng)和區(qū)域供能系統(tǒng)效率、安全性和經(jīng)濟(jì)性的迫切需要，是當(dāng)前各國(guó)為即將到來的工業(yè)革命進(jìn)行重點(diǎn)布局的“前沿陣地”。從國(guó)內(nèi)外儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀來看，除抽水蓄能和鉛酸電池外，其他電力儲(chǔ)能技術(shù)都沒有達(dá)到大規(guī)模推廣應(yīng)用的水平，都還需深入開展儲(chǔ)能技術(shù)的研發(fā)、示范及工程化。換句話說，誰能在這個(gè)領(lǐng)域奪取制高點(diǎn)，勢(shì)必在即將打響的“第三次工業(yè)革命”中贏得先機(jī)，創(chuàng)造出更多新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。
規(guī)模儲(chǔ)能的分類與特點(diǎn)
經(jīng)過長(zhǎng)期發(fā)展，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商用或達(dá)到示范應(yīng)用水平的儲(chǔ)能技術(shù)包括：抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、鉛酸蓄電池、鋰離子電池、鎳鎘電池、鈉硫電池、鋅溴電池、全釩液流電池、超級(jí)電容器、超導(dǎo)儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能等。其中，抽水蓄能是目前唯一實(shí)現(xiàn)大規(guī)模利用的儲(chǔ)能技術(shù)，但抽水蓄能存在天然地理?xiàng)l件限制，特別是與我國(guó)風(fēng)能、太陽能資源存在地域錯(cuò)位，且其容量和功能不能滿足我國(guó)儲(chǔ)能發(fā)展的全部需求。到2050年我國(guó)儲(chǔ)能裝機(jī)將達(dá)電力總裝機(jī)的 10%-15%，將超過抽水蓄能的可開發(fā)容量的兩倍以上，因此發(fā)展抽水蓄能外的其它儲(chǔ)能技術(shù)勢(shì)在必行。
每種儲(chǔ)能技術(shù)都有它的優(yōu)勢(shì)和不足，各種儲(chǔ)能技術(shù)有其適用場(chǎng)合。當(dāng)多種儲(chǔ)能技術(shù)在電網(wǎng)中互補(bǔ)應(yīng)用時(shí)，它們的潛力可以得到充分發(fā)揮，是更加理想的應(yīng)用方式，也是應(yīng)對(duì)電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大、可再生能源發(fā)電大量接入、電網(wǎng)安全穩(wěn)定和電能質(zhì)量問題日益突出等問題的研究探索方向。表1列出了部分規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)的能量密度、效率和成熟度等指標(biāo)，顯示了不同技術(shù)的特點(diǎn)。
面臨的挑戰(zhàn)
當(dāng)前，儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展呈現(xiàn)多元化格局，技術(shù)類別繁多，在全球有示范應(yīng)用的主流技術(shù)就多達(dá)十幾種。每種技術(shù)均有自身的優(yōu)勢(shì)和局限，其未來發(fā)展取決于是否能夠找到適合該技術(shù)特點(diǎn)的應(yīng)用領(lǐng)域，并以合理的價(jià)格交付。因此，多種技術(shù)并存、共同發(fā)展將成為未來的趨勢(shì)。目前各種大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)在全球尚處于產(chǎn)業(yè)化初期階段，表現(xiàn)為出現(xiàn)了一些在各自技術(shù)領(lǐng)域領(lǐng)先的公司，已經(jīng)擁有成型產(chǎn)品并具有規(guī)模生產(chǎn)能力，但成本較高。這些公司主要致力于參與到更多的示范項(xiàng)目中并開始探索商業(yè)化運(yùn)作之路。
在目前已經(jīng)獲得實(shí)際應(yīng)用或者第三方測(cè)試驗(yàn)證的各種大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)中，抽水蓄能和壓縮空氣技術(shù)相對(duì)成熟，適合100MW以上級(jí)別儲(chǔ)能系統(tǒng);鈉硫電池、全釩液流電池、鋰鋰離子電池、先進(jìn)鉛酸電池和飛輪儲(chǔ)能已經(jīng)開始運(yùn)用于MW級(jí)別的應(yīng)用中;而在百千瓦及以下級(jí)別的應(yīng)用中，大多數(shù)儲(chǔ)能技術(shù)都能夠滿足需求。在電動(dòng)工具及電子產(chǎn)品中，鋰離子電池、鎳氫電池、超級(jí)電容器等均有廣泛應(yīng)用。
綜合來看，作為能源互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)之一，規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)展存在著三方面的挑戰(zhàn)：
經(jīng)濟(jì)性挑戰(zhàn)：經(jīng)濟(jì)性將成為各種技術(shù)流派選擇的關(guān)鍵問題，成本過高是限制目前各種儲(chǔ)能技術(shù)推廣應(yīng)用的共同挑戰(zhàn)。由于不同應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)產(chǎn)品的性能、壽命、可靠性要求不同，對(duì)關(guān)鍵材料的規(guī)格要求也不同，進(jìn)而存在成本制約。制造工藝的復(fù)雜性將增加成本下降的難度。此外，較低的能量轉(zhuǎn)換效率會(huì)提高用戶的運(yùn)營(yíng)成本，降低客戶使用價(jià)值。關(guān)鍵材料、制造工藝和能量轉(zhuǎn)化效率是各種技術(shù)面臨的共同挑戰(zhàn)，但針對(duì)具體的應(yīng)用場(chǎng)景，各種技術(shù)面對(duì)的挑戰(zhàn)不盡相同。
應(yīng)用性挑戰(zhàn)：規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)在輸配電系統(tǒng)中的應(yīng)用包括儲(chǔ)能電源的合理規(guī)劃、儲(chǔ)能系統(tǒng)與現(xiàn)有電網(wǎng)之間的柔性連接技術(shù)、先進(jìn)的控制調(diào)節(jié)技術(shù)以及儲(chǔ)能系統(tǒng)與可再生能源相結(jié)合等。電力行業(yè)對(duì)產(chǎn)品可靠性要求高，傳統(tǒng)上至少需要 5年以上的實(shí)地可靠性測(cè)試和試用才能通過電力用戶的最低標(biāo)準(zhǔn)，而現(xiàn)有儲(chǔ)能系統(tǒng)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用時(shí)間短，導(dǎo)致產(chǎn)品規(guī)模生產(chǎn)前定型周期長(zhǎng);而且儲(chǔ)能產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)成熟度、可靠性與一定的規(guī)模化直接相關(guān)。電力行業(yè)的這種情況使得儲(chǔ)能技術(shù)產(chǎn)業(yè)化道路漫長(zhǎng)。
政策機(jī)制挑戰(zhàn)：針對(duì)儲(chǔ)能的政策出臺(tái)有難度。由于發(fā)電、輸電、配電和用電均能從儲(chǔ)能的應(yīng)用中受益，因此政策針對(duì)哪一方出臺(tái)機(jī)制尚沒有明確結(jié)論。另外應(yīng)用場(chǎng)景的不同會(huì)對(duì)以上各方帶來收益的較大差異，儲(chǔ)能的經(jīng)濟(jì)價(jià)值難以計(jì)算。
對(duì)策與建議
從國(guó)內(nèi)外儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀來看，除抽水蓄能和鉛酸電池外，其他電力儲(chǔ)能技術(shù)都沒有達(dá)到大規(guī)模推廣應(yīng)用的水平，在研發(fā)和示范應(yīng)用方面還需開展進(jìn)一步的工作。最近幾年為適應(yīng)可再生能源大規(guī)模發(fā)展的戰(zhàn)略需求，我國(guó)各種新型大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)的研發(fā)和示范工作比較活躍，但前期投入和技術(shù)積累比較薄弱，距離大規(guī)模推廣應(yīng)用還有較大差距。同時(shí)，國(guó)家應(yīng)注重對(duì)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的電力儲(chǔ)能技術(shù)的支持，引導(dǎo)和支持各種新型儲(chǔ)能技術(shù)與新能源、電網(wǎng)的同步發(fā)展，鼓勵(lì)、引導(dǎo)和推動(dòng)科研院所和企業(yè)合作開展新型儲(chǔ)能技術(shù)研發(fā)及示范，加快實(shí)用化進(jìn)程。具體建議如下：
全盤考慮儲(chǔ)能與電力系統(tǒng)規(guī)劃
將電網(wǎng)規(guī)劃與電源發(fā)展對(duì)接，儲(chǔ)能規(guī)劃與電網(wǎng)、電源發(fā)展對(duì)接，按照實(shí)現(xiàn)整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)安全運(yùn)行和效率最優(yōu)的原則，在規(guī)劃新能源發(fā)電和電網(wǎng)輸送線路的同時(shí)，應(yīng)提出相應(yīng)的儲(chǔ)能解決方案，明確儲(chǔ)能發(fā)展的規(guī)模和建設(shè)區(qū)域等。實(shí)現(xiàn)整個(gè)電力鏈條的發(fā)、輸、儲(chǔ)統(tǒng)一融合。
出臺(tái)系列財(cái)政激勵(lì)政策
儲(chǔ)能作為新興產(chǎn)業(yè)，在其起步階段國(guó)家的資金支持和優(yōu)惠政策激勵(lì)無疑是至關(guān)重要的。目前，行業(yè)急需峰谷電價(jià)政策、合理補(bǔ)貼支持政策和研發(fā)激勵(lì)政策，行業(yè)政策制定部門應(yīng)調(diào)研制定并實(shí)施峰谷電價(jià)、儲(chǔ)能電價(jià)，用以補(bǔ)償儲(chǔ)能所產(chǎn)生的巨大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益;同時(shí)在稅收方面對(duì)大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用給予優(yōu)惠。在滿足儲(chǔ)能建設(shè)和運(yùn)行成本的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步形成對(duì)儲(chǔ)能行業(yè)的激勵(lì)環(huán)境，促進(jìn)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的健康、蓬勃發(fā)展。
加大對(duì)大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)研發(fā)示范的支持
發(fā)展儲(chǔ)能技術(shù)的研究應(yīng)超前于需求發(fā)展，不能等到出現(xiàn)瓶頸的時(shí)候再考慮加大投入。由于目前還沒有任何一項(xiàng)儲(chǔ)能技術(shù)完全勝任各種應(yīng)用領(lǐng)域的要求，因此應(yīng)該開展技術(shù)經(jīng)濟(jì)性評(píng)估，加大對(duì)有競(jìng)爭(zhēng)能力的經(jīng)濟(jì)性、安全性好的大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用示范的支持力度，鼓勵(lì)原始創(chuàng)新，突破關(guān)鍵技術(shù)。在示范項(xiàng)目中，要結(jié)合考慮各類儲(chǔ)能技術(shù)的性能，在全面評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上，根據(jù)具體用途選用合適的儲(chǔ)能技術(shù)。將儲(chǔ)能技術(shù)工程化以及應(yīng)用示范列為“十三五”重大工程和技術(shù)創(chuàng)新引導(dǎo)專項(xiàng)規(guī)劃。電網(wǎng)公司是示范項(xiàng)目的重要組織者和建設(shè)者，國(guó)家主管部門應(yīng)要求并支持電網(wǎng)公司組織多個(gè)示范項(xiàng)目，技術(shù)來源應(yīng)以國(guó)內(nèi)企業(yè)為主，主要支持國(guó)內(nèi)自主技術(shù)發(fā)展。
采取“政產(chǎn)學(xué)研用”五位一體研發(fā)模式
美國(guó)和日本作為規(guī)模儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的全球領(lǐng)跑者，政府(如日本NEDO和美國(guó)DOE)扮演了資助者和推動(dòng)者角色，在一、二十年前就已出臺(tái)一系列政策促進(jìn)其儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。主要手段包括持續(xù)投入多種儲(chǔ)能技術(shù)的基礎(chǔ)研發(fā)、通過直接資金支持重點(diǎn)儲(chǔ)能企業(yè)的發(fā)展、通過示范項(xiàng)目論證儲(chǔ)能系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中的效果、通過財(cái)政補(bǔ)貼對(duì)使用儲(chǔ)能技術(shù)的用戶方進(jìn)行鼓勵(lì)等;電力企業(yè)與研究機(jī)構(gòu)合作開展研發(fā)示范，起到創(chuàng)新鏈貫通和應(yīng)用保障的雙重作用。由于儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用與電力系統(tǒng)緊密相連，我國(guó)在電力儲(chǔ)能系統(tǒng)的研究開發(fā)體制上需要采取政、產(chǎn)、學(xué)、研、用五位一體的模式，吸納電力系統(tǒng)應(yīng)用方的實(shí)際參與，開展化工材料與電力的跨領(lǐng)域研究，通過實(shí)施若干個(gè)儲(chǔ)能示范項(xiàng)目為自主儲(chǔ)能技術(shù)提供重要的工程實(shí)踐機(jī)會(huì)，為未來大規(guī)模應(yīng)用積累技術(shù)數(shù)據(jù)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。
加強(qiáng)對(duì)儲(chǔ)能材料和設(shè)備制造的重視
先進(jìn)材料研究是儲(chǔ)能系統(tǒng)的基礎(chǔ)，而性能優(yōu)異的實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品在投入商業(yè)化擴(kuò)大生產(chǎn)后的可靠性和穩(wěn)定性難以保證。此外，隨著儲(chǔ)能技術(shù)的不斷成熟和應(yīng)用的逐步深入，將極大推動(dòng)相關(guān)儲(chǔ)能設(shè)備的發(fā)展。國(guó)內(nèi)精密材料、高端前沿材料的加工工藝跟美國(guó)、日本差距很大。儲(chǔ)能系統(tǒng)涉及眾多非常規(guī)設(shè)備，例如壓縮空氣儲(chǔ)能電站中高膨脹比的透平機(jī)械等，都是對(duì)我國(guó)現(xiàn)有機(jī)械設(shè)計(jì)制造產(chǎn)業(yè)的技術(shù)挑戰(zhàn)。因此除了基礎(chǔ)科學(xué)研究之外，新材料開發(fā)和設(shè)備制造等技術(shù)層面的問題需要引起重視。
高度關(guān)注核心技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)與布局
在儲(chǔ)能技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)方面做得最好的國(guó)家是日本，不僅在國(guó)內(nèi)加強(qiáng)保護(hù)，還注重在海外潛在應(yīng)用市場(chǎng)進(jìn)行專利提前布局，以做好搶占國(guó)際市場(chǎng)的準(zhǔn)備。我國(guó)研發(fā)機(jī)構(gòu)一方面需要清楚已存在的知識(shí)產(chǎn)權(quán)制約，另一方面對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)原理、材料、構(gòu)造、工藝、制造裝備等方面自主創(chuàng)新的成果除及時(shí)申請(qǐng)保護(hù)外，還應(yīng)該擁有國(guó)際化視野，對(duì)在他國(guó)進(jìn)行專利布局進(jìn)行提前研判。
加快儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定
規(guī)模儲(chǔ)能行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定是一個(gè)系統(tǒng)而復(fù)雜的過程，需要大量的人力和物力投入，單靠一家企業(yè)或者行業(yè)組織難以完成，需要多方配合和努力。為加快行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定的速度，國(guó)家應(yīng)給予相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定部門更多的支持。同時(shí)，政府應(yīng)強(qiáng)調(diào)、規(guī)范可再生能源發(fā)電并網(wǎng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與管理要求，逐步建立并網(wǎng)認(rèn)證和檢測(cè)制度。
