柴 雯，吳明鋒，楊 姝

（國網(wǎng)山西省電力公司電力科學研究院，山西太原 030001）

0 引言

信息技術和新能源相關技術的快速發(fā)展引導出了一種全新的能源利用體系，即基于可再生的、分布式的、開放共享網(wǎng)絡的能源互聯(lián)網(wǎng)[1]。能源互聯(lián)網(wǎng)也是一種“網(wǎng)絡”，其“主干網(wǎng)”是具有高效傳輸效率的大電網(wǎng)，“局域網(wǎng)”則由微網(wǎng)構成，可以實現(xiàn)能源“雙向”“按需”傳輸，以及動態(tài)平衡使用。

在這一新型的能源利用體系中，儲能技術起著十分重要的作用。在全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織發(fā)布的《全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略白皮書》《跨國跨洲電網(wǎng)互聯(lián)技術與展望》《全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展與展望》等相關文件中，不僅指明了未來幾十年中全球能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展路徑，還十分明確地提出了一份關鍵技術清單，涵蓋特高壓、智能電網(wǎng)、清潔能源、儲能和電網(wǎng)運行控制五大領域[2]。在這樣的技術需求和發(fā)展背景下，探討全球能源互聯(lián)網(wǎng)背景下儲能關鍵技術問題具有重要意義。

1 能源互聯(lián)網(wǎng)背景下電力儲能技術發(fā)展現(xiàn)狀

儲能技術多種多樣，一般根據(jù)儲能過程和涉及的能的形式，將儲能技術劃分為物理儲能和化學儲能，也有將超導儲能、超級電容器等從物理儲能中劃分出來，單獨列為電磁儲能。根據(jù)中關村儲能產(chǎn)業(yè)技術聯(lián)盟多年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知[3]：在眾多儲能技術中，抽水蓄能是目前最為成熟的技術，多年來在儲能應用中保持最高占比，累計裝機量高達90%；在過去的10 a 里，鋰電池的成本下降了90%，電池性能卻提高了3 倍，因此以鋰電池為代表的化學儲能技術在市場應用、商業(yè)化發(fā)展上具有巨大的發(fā)展前景，持續(xù)多年保持高速發(fā)展，是目前最具發(fā)展前途的儲能技術；氫儲能作為具備零污染、低成本、長壽命、高效率等特點的儲能技術[4]，十分具有發(fā)展?jié)摿?，在清潔能源消納、電網(wǎng)調峰、分布式能源系統(tǒng)等多種場景可以提供應用。

儲能技術種類眾多，適用于不同的場景，但是在能源互聯(lián)網(wǎng)背景下，已有的電力儲能技術面臨著多方面的挑戰(zhàn)。一方面，現(xiàn)有的儲能技術本身就具有多種局限性，受場景、應用方式、現(xiàn)有技術水平等因素影響[5]，不同的儲能技術往往憑借其突出的優(yōu)點和暫時可以在某些場景規(guī)避其缺點在不同的領域得到應用；另一方面，可再生能源將逐漸成為市場主流，保障可再生能源安全、穩(wěn)定、高效地運行是當前能源行業(yè)面臨的新挑戰(zhàn)，這一挑戰(zhàn)對儲能技術突破提出了新需求[6]。

2 電力儲能技術發(fā)展問題與難題

目前，電力儲能技術發(fā)展的問題按照層次可以分為技術性問題和戰(zhàn)略性問題。技術性問題是指目前各類儲能技術在性能指標上的缺陷，戰(zhàn)略性問題是指儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展所面臨的國家層面的問題[7]。

2.1 電力儲能技術性問題

儲能技術所面臨的技術性問題雖然可以從不同角度來考察，但是歸根結底都要回歸到提高性能和降低成本這兩個要點上。性能涉及多個指標，包括壽命、功率密度、能量密度等，另外還有按照需求平穩(wěn)、可控地釋放，平滑波動，跟蹤調度輸出，調峰調頻，大規(guī)?；尚行缘萚8]?？梢哉f，在上述指標上高質量地表現(xiàn)的儲能技術都可以視為未來儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關鍵技術。不同類型儲能技術比較如表1所示。

表1 不同類型儲能技術比較

在電化學儲能領域，鋰離子電池具有絕對的優(yōu)勢。鋰離子電池是一類以鋰金屬或者鋰合金為正負極材料，使用非水電解質溶液的電池，由正負極、隔膜和電解液構成。鋰電池材料廣泛，目前適合用于電力儲能的主要有磷酸鐵鋰、鈦酸鋰、鎳鈷錳酸鋰以及一些新型的高能量密度的鋰電池[9]。目前，安全性、壽命、充放電速率和存儲能量密度等問題，是困擾鋰電池規(guī)模化、市場化的難題。尤其是用于電動汽車的鋰電池，其安全性問題是最為重要，也是最受關注的議題。除鋰電池外，還有多種電池也具備較好的應用前景：鈉硫電池在歐洲和日本的儲能應用中占比較高，能量密度高，原材料成本低，但是整體運行系統(tǒng)的造價高，運行條件苛刻，有待在經(jīng)濟性和安全性上得到改善；鉛碳電池也是在國外較早開始新能源場景應用的技術，在各項指標上都優(yōu)于傳統(tǒng)的鉛酸電池，但是關鍵材料并沒有國產(chǎn)化，且電池壽命偏短；全釩液流電池目前在國內(nèi)外也具備多個新能源儲能示范項目，這種液流電池安全性好，電池壽命長，但是效率低、成本高，同樣面臨關鍵材料非國產(chǎn)的問題；氫儲能可以視為化學儲能技術的延伸，目前在國外已進入推廣階段，在國內(nèi)尚處于示范項目建設階段。

在物理儲能領域，先進的儲能技術包括壓縮空氣儲能、飛輪儲能、超導儲能和超級電容器儲能。壓縮空氣儲能中的空氣是能源多媒體的最優(yōu)選擇，比不均衡、不同步的太陽能、風能、波浪能等更穩(wěn)定、便捷，對環(huán)境友好，安全系數(shù)也高。但是目前的壓縮空氣儲能技術對地理條件要求較高，系統(tǒng)建設成本高。飛輪儲能在提升電網(wǎng)安全性、穩(wěn)定性、靈活性，提高可再生能源消納水平方面有優(yōu)勢，但是目前國內(nèi)成熟運行的產(chǎn)品較少，整體技術性能還需要進一步完善。超導儲能和超級電容器都是基于電磁原理的儲能技術，理論上具備效率高、響應速度快的優(yōu)點，但是受限于材料和技術水平，目前我國正處于開發(fā)探索階段。

2.2 電力儲能戰(zhàn)略性問題

儲能技術戰(zhàn)略性問題是指國家層面儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展在核心技術體系研發(fā)、標準體系設計、市場機制及商業(yè)化運行等方面還有待突破。一是現(xiàn)在我國的儲能核心技術體系理論研究不足，缺乏完善的頂層設計和底層環(huán)節(jié)支撐，目前核心技術體系難以支撐目標需求的實現(xiàn)，形成了規(guī)劃走前端，技術難跟上的困局；二是相關的標準體系還有待完善，儲能產(chǎn)業(yè)的實施涉及工程、環(huán)境、消防、交通等多行業(yè)與領域，儲能項目的完整運行，不僅需要技術支持，還需要涉及多領域的運行制度支撐，相關的標準、制度和規(guī)范急需出臺；三是市場化機制和商業(yè)化運行，這一點著眼于目前儲能產(chǎn)業(yè)的高投資、低回報現(xiàn)象，儲能技術成本高，資本引進困難，且儲能的經(jīng)濟回報計算方式復雜，目前沒有統(tǒng)一的標準，這影響了儲能產(chǎn)業(yè)的市場化和商業(yè)化。解決技術成本問題可以一定程度上緩解高投資現(xiàn)象，但是儲能多樣化收益問題需要技術和市場同時關注[10]。

3 能源互聯(lián)網(wǎng)對電力儲能技術的新需求

3.1 儲能系統(tǒng)能量合理調度

在能源互聯(lián)網(wǎng)中，多種能源耦合使得網(wǎng)絡變得十分復雜。新能源+儲能模式就是為了能夠減少電源側的不確定性，增加可調性和電網(wǎng)適應性。除此之外，分布式電源的接入、遠距離輸入輸出、靈活響應需求等因素，更加重了儲能系統(tǒng)合理調度的意義[11]。儲能的監(jiān)控與調度系統(tǒng)作為儲能體系的大腦，在系統(tǒng)中擔任著收集數(shù)據(jù)、控制運行、發(fā)出指令、合理安排工作的角色。因此，優(yōu)化儲能系統(tǒng)的能量監(jiān)控與調度功能，可以明顯提升能源互聯(lián)網(wǎng)運行效率。

3.2 大容量儲能規(guī)劃

能源互聯(lián)網(wǎng)的主要目的之一是對清潔能源的大規(guī)模高效利用，這一目的需對應解決大容量儲能的技術問題與合理規(guī)劃。一方面是大容量儲能的技術問題，需對現(xiàn)有儲能技術提升優(yōu)化，實現(xiàn)高效率、低成本；另一方面是合理規(guī)劃儲能布局與容量配置，需綜合考慮用戶側、發(fā)電側與配網(wǎng)側多種約束條件。

3.3 集成化與模塊化儲能

在網(wǎng)絡化背景下，智能系統(tǒng)都在趨向集成化與模塊化，儲能系統(tǒng)也不例外，為了高效利用智能技術，保障能源互聯(lián)網(wǎng)安全、經(jīng)濟、穩(wěn)定地運行，提高控制工作效率，集成化與模塊化勢在必行。這是因為集成化與模塊化是解決問題、滿足需求、合理控制流程的優(yōu)化方案，這意味著一體的集成化和模塊化配置，將有更優(yōu)的服務質量。

4 結束語

電力儲能技術包含儲熱技術、電化學儲能等內(nèi)容，對我國社會的可持續(xù)發(fā)展和國民經(jīng)濟的增長意義重大[12]。全球能源互聯(lián)網(wǎng)是智能的、前瞻性的、復雜的、物聯(lián)的、更具經(jīng)濟效益的，隨著電力儲能技術在能源互聯(lián)網(wǎng)中的廣泛應用，很大程度上完善了我國傳統(tǒng)的能源結構體系，挖掘出了更多的新能源和可再生能源，為我國國民的生活提供了便利。在我國，能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展有著很大的空間，儲能技術作為能源互聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術，一定要在技術上持續(xù)地突破，并在戰(zhàn)略上全局引導，加快市場化推廣應用，探索多種經(jīng)濟效益。