中國儲能網訊：可再生能源發(fā)展離不開儲能

歷史上出現了三次能源革命：第一次能源革命煤炭代替了薪柴。當時英國抓住發(fā)展機遇，成為全球霸主，但也引發(fā)了諸多問題，如倫敦大霧霾，據不完全統計，當時英國能源結構中70%以上是煤炭。第二次能源革命油氣代替了煤炭，美國借勢成為新的世界霸主。第三次能源革命，則是可再生能源，普及可再生能源是全球實現低碳能源轉型的關鍵。預計2030年以后，整個能源結構當中，可再生能源將會占主導。我國在“十三五”規(guī)劃中提出的能源革命和能源結構調整戰(zhàn)略方針是，到2020年，我國風能發(fā)電裝機容量達到2.5億千瓦，光伏發(fā)電達1.5億千瓦，光熱發(fā)電達500萬千瓦?？稍偕茉凑饾u由輔助能源變?yōu)橹鲗茉础?

電網在100多年歷史中，沒有儲能也運行得很好，為何現在需要儲能？風電、太陽能發(fā)電的不穩(wěn)定、不連續(xù)性特性對電網造成沖擊，配置儲能，則根本上解決了這一問題，實現安全、穩(wěn)定供電。近年來，棄風、棄光、棄水率居高不下，僅去年全年，我國棄風、棄光、棄水總量就高達1100億千瓦時，超過三峽電站全年發(fā)電量。儲能的重要性凸顯——可平衡發(fā)電和用電、確保電網穩(wěn)定，因此大規(guī)模儲能技術是實現可再生能源普及應用的核心技術。

近年來，隨著可再生能源開發(fā)利用規(guī)模不斷擴大，儲能技術的研究與應用日漸廣泛。與此同時，國家開始重視儲能，一系列利好政策不斷出臺，尤其是近期5部委聯合發(fā)布的《關于促進儲能技術與產業(yè)發(fā)展的指導意見》。作為國內首個儲能產業(yè)政策文件，《指導意見》明確了儲能產業(yè)未來10年的發(fā)展目標，標志著儲能在電網中主體地位的確立。同時《指導意見》鼓勵多種技術路線和應用場景并行發(fā)展，并且提出了由政府引導、市場主導，強調建立補償機制，而非單純給予補貼，預計未來與電化學儲能相關的示范項目將加快推進，多種儲能商業(yè)模式將有望蓬勃發(fā)展。

不同儲能技術各有優(yōu)缺點

儲能技術可按規(guī)模大小區(qū)分，本文主要聚焦大規(guī)模儲能技術，即時間長、功率大，適用于電網的儲能技術。大規(guī)模儲能技術需滿足三個條件：一是安全性，二是生命周期的性價比高即經濟性，三是生命周期的環(huán)境負荷低即環(huán)境友好。對大規(guī)模儲能技術而言，由于系統功率和容量大，發(fā)生安全事故造成的危害和損失大，因此大規(guī)模儲能技術的首要要求是安全可靠，解決安全可靠性是其重中之重。此外，無論多大規(guī)模的儲能，報廢后的廢棄物處理成本必須算上，對環(huán)境的影響必須考慮進去。

抽水儲能、壓縮空氣儲能、鋰離子電池、鈉硫電池、鉛酸/鉛炭電池、液流電池等是目前主要的幾種儲能技術，各有優(yōu)缺點，在實際應用時要找準定位，使不同的儲能技術在不同的領域和場景扮演關鍵角色。

抽水儲能技術，優(yōu)點是技術成熟，世界范圍已建127000MW、儲能容量大，占儲能總裝機容量的99%，缺點是受地形、生態(tài)環(huán)境等條件的限制。在歐美，抽水儲能裝機容量一般占發(fā)電裝機容量的5%-15%，而我國由于水力資源、地理環(huán)境等資源限制，抽水儲能裝機容量只占發(fā)電裝機容量的不足1.7%。

壓縮空氣儲能技術，優(yōu)點是儲能容量大，缺點是選址地質條件限制大，需和燃氣燃油電站配套。壓縮空氣儲能技術比較成熟，早在上世紀80年代的德國和90年代的美國就有建過壓縮空氣儲能電站，但目前世界上僅有2座百兆瓦級傳統的壓縮空氣儲能電站。

鋰離子電池儲能技術，現在鋰離子電池產能很大，價格不斷下降，但要用到大規(guī)模儲能上，則要重視安全性問題和容量衰減問題。鋰離子電池儲能系統做得越大，其能量衰減就越快。

鈉硫電池儲能技術，優(yōu)點是能量密度較高、單個電池的開路電壓高，是高溫型蓄電池（350℃運行），缺點是液態(tài)硫和金屬鈉對氧化鋁隔膜具有強腐蝕性，易引起爆炸，危險性大；電池防腐、隔熱與安全防護要求高；制造成本高；啟動時間長(數十小時至上百小時)。目前，全球范圍內能制造鈉硫電池的只有日本NGK公司，鈉硫電池中的金屬鈉容易著火，有極大安全隱患。日本在2010年2月和2011年9月的兩場大型鈉硫電池著火事件給日本鈉硫電池公司造成重大打擊，導致很多訂單退貨。

鉛酸、（鉛碳）電池儲能技術，優(yōu)點是鉛酸電池技術成熟、價格低廉、安全性能相對可靠；鉛碳電池可大幅度提高電池壽命，缺點是循環(huán)壽命短、環(huán)境污染。通過近幾年對鉛碳電池研究，結果表明如果鉛碳電池做得好，同樣條件下，鉛碳電池的壽命要比鉛酸電池增加5倍，但仍存在一些安全性問題。

液流電池是未來發(fā)展趨勢

根據咨詢公司Navigant 2015年對儲能技術的相關預測，認為鋰離子、液流電池、鉛碳電池將成為未來儲能技術的發(fā)展趨勢。

全釩液流電池儲能技術的工作原理是利用釩離子價態(tài)變化，實現電能儲存和釋放。全釩液流電池的優(yōu)勢是，安全性好，比較適合大規(guī)模儲能，特別是兆瓦以上的儲能和時間比較長（4個小時以上）的儲能；目前在電池中壽命最長，大于13000多次；充放電響應速度比較快；電解液可循環(huán)使用。缺點是比能量較低，不適合電動車，只適合固定電站。

中國開發(fā)全釩液流電池具有先天優(yōu)勢。就釩資源來看，全球目前已知的資源儲量大約有6300萬噸，中國釩儲量占世界38%。全球目前適合開采的釩資源儲量為1300萬噸，其中95%在中國、俄羅斯和南非。此外，迄今在全釩液流領域，中國整個產業(yè)鏈最全，所有材料均已實現國產化。

處于產業(yè)化示范階段的全釩液流電池正在成為新能源發(fā)電和電網的重要儲能技術之一。去年，國家能源局批準建設的首個大型化學儲能國家示范項目——大連液流電池儲能調峰站，采用的是國內自主研發(fā)、具有自主知識產權的全釩液流電池儲能技術，建成后將成為全球規(guī)模最大的全釩液流電池儲能電站。

（作者系中科院大連化學物理研究所首席研究員、博導）