可再生能源發(fā)電和電動(dòng)汽車的快速發(fā)展，給儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)帶來了新的發(fā)展機(jī)遇。未來能源的焦點(diǎn)在能效、可再生能源、儲(chǔ)能和可插入電動(dòng)汽車。智能電網(wǎng)是新能源經(jīng)濟(jì)的實(shí)施者。智能電網(wǎng)被定義為廣義的優(yōu)化能源鏈的解決方案，是未來可支撐能源的基礎(chǔ)。
儲(chǔ)能技術(shù)是智能電網(wǎng)的重要環(huán)節(jié)，是智能電網(wǎng)關(guān)鍵支撐技術(shù)之一
大量可再生能源應(yīng)用(包括分布式電源和集中式電源)，特別是風(fēng)力發(fā)電和太陽能光伏發(fā)電都具有隨機(jī)性、間歇性和波動(dòng)性，大規(guī)模接入將給電網(wǎng)調(diào)峰、運(yùn)行控制和供電質(zhì)量等帶來巨大挑戰(zhàn)。儲(chǔ)能技術(shù)能夠有效提升電網(wǎng)接納清潔能源的能力，解決大規(guī)模清潔能源接入帶來的電網(wǎng)安全穩(wěn)定問題。
儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用有利于優(yōu)化系統(tǒng)的能量管理，提高系統(tǒng)效率和設(shè)備利用率。
儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展是保障清潔能源大規(guī)模發(fā)展和電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵。儲(chǔ)能技術(shù)可以在電力系統(tǒng)中增加電能存儲(chǔ)環(huán)節(jié)，使得電力實(shí)時(shí)平衡的“剛性”電力系統(tǒng)變得更加“柔性”，特別是平抑大規(guī)模清潔能源發(fā)電接入電網(wǎng)帶來的波動(dòng)性，提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性、靈活性。儲(chǔ)能技術(shù)一般分為熱儲(chǔ)能和電儲(chǔ)能，未來應(yīng)用于全球能源互聯(lián)網(wǎng)的主要是電儲(chǔ)能。
電儲(chǔ)能技術(shù)主要分為物理儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能和電磁儲(chǔ)能等三大類。
物理儲(chǔ)能
抽水蓄能是目前最為成熟的儲(chǔ)能技術(shù)，儲(chǔ)能成本較低，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。目前世界上抽水蓄能機(jī)組總裝機(jī)容量超過1億千瓦，日本、美國和中國的裝機(jī)規(guī)模處于前三位。全球水電資源豐富，通過合理利用地形，可以建設(shè)較大容量的抽水蓄能機(jī)組，更好地保障電網(wǎng)供電安全。
壓縮空氣儲(chǔ)能是利用電力系統(tǒng)低谷時(shí)的剩余電量，帶動(dòng)空氣壓縮機(jī)，將空氣壓入大容量?jī)?chǔ)氣室，即將電能轉(zhuǎn)化成可存儲(chǔ)的壓縮空氣勢(shì)能，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)電容量不足時(shí)，將壓縮空氣與油或天然氣混合燃燒，推動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)做功發(fā)電，滿足系統(tǒng)調(diào)峰需要。壓縮空氣儲(chǔ)能具有容量大、使用壽命長、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)，但發(fā)電時(shí)需要消耗化石能源，產(chǎn)生污染和碳排放。
電化學(xué)儲(chǔ)能
電化學(xué)儲(chǔ)能是目前最前沿的儲(chǔ)能技術(shù)。近年來，鈉硫電池、液流電池和鋰離子電池儲(chǔ)能等電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展較快，發(fā)展?jié)摿薮螅瑧?yīng)用前景廣闊，有望率先進(jìn)入商業(yè)化發(fā)展階段。未來需要在電池材料、制造工藝、系統(tǒng)集成及運(yùn)行維護(hù)等方面實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破，降低制造和運(yùn)行成本。
鉛酸電池已有140多年的歷史，技術(shù)成熟、價(jià)格低廉、安全性高，是最成熟的電池儲(chǔ)能技術(shù)，目前占據(jù)電池市場(chǎng)半數(shù)以上的份額，主要用于電動(dòng)自行車。但鉛酸電池能量密度低、質(zhì)量大、材料有毒，不適于電網(wǎng)儲(chǔ)能。
鈉硫電池能量密度高，便于模塊化制造、運(yùn)輸與安裝，適用于特殊負(fù)荷應(yīng)急供電。
液流電池容量大，電解液可回收，循環(huán)壽命長，可分別設(shè)計(jì)容量和功率。
鋰離子電池是以含鋰離子的化合物作正極，以碳材料為負(fù)極的電池。鋰離子電池循環(huán)性能優(yōu)越，使用壽命長，不含有毒有害物質(zhì)，被稱為綠色電池。目前，鋰離子電池廣泛應(yīng)用于手機(jī)、筆記本電腦、電動(dòng)車等領(lǐng)域，但單次充放電循環(huán)的成本超過1元/千瓦時(shí)，應(yīng)用于電力系統(tǒng)及大規(guī)模儲(chǔ)能還缺乏經(jīng)濟(jì)性。
金屬空氣電池是用金屬燃料代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃料電池中的氫能源而形成的一種新型燃料電池，具有無毒、無污染、放電電壓平穩(wěn)、能量密度大、內(nèi)阻小、使用壽命長、價(jià)格相對(duì)較低、工藝技術(shù)要求不高等諸多優(yōu)點(diǎn)。金屬空氣電池原材料廉價(jià)豐富，可以再生利用，有望成為新一代綠色儲(chǔ)能電池。
電磁儲(chǔ)能
超級(jí)電容器是20世紀(jì)七八十年代發(fā)展起來的通過極化電解質(zhì)儲(chǔ)能的電化學(xué)元件，儲(chǔ)能過程并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因?yàn)閮?chǔ)能過程可逆，超級(jí)電容器可以反復(fù)充放電數(shù)十萬次。超級(jí)電容器功率密度高、充放電時(shí)間短、循環(huán)壽命長、工作溫度范圍寬，但儲(chǔ)能容量低，不適用于電網(wǎng)大規(guī)模儲(chǔ)能。
超導(dǎo)電磁儲(chǔ)能是利用超導(dǎo)體電阻為零的特性制成的儲(chǔ)能裝置，具有瞬時(shí)功率大、質(zhì)量輕、體積小、無損耗、反應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，可用于提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性、改善供電品質(zhì)。但超導(dǎo)電磁儲(chǔ)能能量密度低、容量有限，且受制于超導(dǎo)材料技術(shù)，未來前景尚不明朗。
發(fā)展方向和前景
大型能量型儲(chǔ)能可用于全球能源互聯(lián)網(wǎng)調(diào)峰填谷。抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能等大型的、可長時(shí)間儲(chǔ)能的設(shè)施，可用于大電網(wǎng)調(diào)峰。液流電池儲(chǔ)能量大、循環(huán)次數(shù)多、壽命長，可作為電網(wǎng)調(diào)峰儲(chǔ)能裝置的補(bǔ)充。氫儲(chǔ)能可用于存儲(chǔ)富余的風(fēng)能和太陽能，為燃料電池汽車提供動(dòng)力。
大型功率型儲(chǔ)能可用于平抑大規(guī)模清潔能源的波動(dòng)性。超級(jí)電容器、超導(dǎo)電磁儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能、鈉硫電池等功率型儲(chǔ)能設(shè)備主要與大規(guī)?？稍偕茉绰?lián)合運(yùn)行，可迅速對(duì)風(fēng)電、光伏發(fā)電的出力做出反應(yīng)，平抑可再生能源波動(dòng)，保障電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行安全。
小型儲(chǔ)能電池可用于電動(dòng)汽車。鋰電池、新型鉛酸電池、金屬空氣電池等儲(chǔ)能設(shè)備，能量和功率密度較高，但電池同一性較差，難以組成大容量電池組，不適用大型電站，主要用于電動(dòng)汽車。隨著電池使用壽命的延長和成本的降低，儲(chǔ)能電池可滿足電動(dòng)汽車大規(guī)模發(fā)展需要。未來，電動(dòng)汽車儲(chǔ)能電池接入全球能源互聯(lián)網(wǎng)，通過合理安排充電時(shí)間，輔助電網(wǎng)調(diào)峰，實(shí)現(xiàn)低谷充電、高峰放電。
儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)步關(guān)鍵在于材料技術(shù)突破。隨著儲(chǔ)能新材料的不斷創(chuàng)新發(fā)展，在儲(chǔ)能元件延長使用壽命、提高能量密度、縮短充電時(shí)間和降低成本等方面有望取得重要突破。
