大規模儲能技術(shù)是支撐可再生能源普及的戰略性技術(shù)

隨著(zhù)風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源和智能電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的迅速崛起，儲能技術(shù)成為萬(wàn)眾矚目的焦點(diǎn)。大規模儲能技術(shù)被認為是支撐可再生能源普及的戰略性技術(shù)，得到各國政府和企業(yè)界的高度關(guān)注。同時(shí)，其巨大的市場(chǎng)潛力也迅速吸引了風(fēng)投基金的目光。本文就儲能技術(shù)的需求背景、各種儲能技術(shù)的現狀和前景加以介紹。

為什么需要儲能技術(shù)?

首先，大規模高效儲能技術(shù)是實(shí)現太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源普及應用的關(guān)鍵技術(shù)。

風(fēng)能、太陽(yáng)能和海洋能等可再生能源發(fā)電受季節、氣象和地域條件的影響，具有明顯的不連續、不穩定性。發(fā)出的電力波動(dòng)較大，可調節性差。當電網(wǎng)接入的風(fēng)電發(fā)電容量過(guò)多時(shí)，電網(wǎng)的穩定性將受到影響。目前，可再生能源發(fā)電的大規模電網(wǎng)接入是制約其發(fā)展的瓶頸。配套大規模高效儲能裝置，可以解決發(fā)電與用電的時(shí)差矛盾及間歇式可再生能源發(fā)電直接并網(wǎng)對電網(wǎng)沖擊，調節電能品質(zhì)。同時(shí)，儲能技術(shù)在離網(wǎng)的太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源發(fā)電應用中具有不可或缺的重要作用。

其次，大規模高效儲能技術(shù)是構建堅強智能電網(wǎng)的關(guān)鍵。

電力工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎產(chǎn)業(yè)，為經(jīng)濟發(fā)展和社會(huì )進(jìn)步提供了重要保障。智能電網(wǎng)技術(shù)是提高電力系統安全性、穩定性、可靠性和電力質(zhì)量的重要技術(shù)，被奧巴馬政府列為經(jīng)濟刺激方案的重要內容。儲能技術(shù)作為提高智能電網(wǎng)對可再生能源發(fā)電兼容量的重要手段和實(shí)現智能電網(wǎng)能量雙向互動(dòng)的中樞和紐帶，是智能電網(wǎng)建設中的關(guān)鍵技術(shù)之一。

第三，高效儲能系統用于高耗能企業(yè)和國家重要部門(mén)的備用電源。

電解、電鍍及冶金等行業(yè)，電車(chē)、輕軌和地鐵等交通部門(mén)，都是集中用電大戶(hù)。使用儲能電池用“谷電”對儲能系統充電，在高峰期應用于生產(chǎn)、運營(yíng)，電能的利用效率高，不僅可以減輕電網(wǎng)負擔，還可以降低運營(yíng)成本。

高效儲能系統的另外一個(gè)重要應用是用作政府、醫院、軍事指揮部等重要部門(mén)的備用電站。在非常時(shí)期保證穩定、及時(shí)的應急電力供應。

有哪些大規模儲能技術(shù)?

至今為止，人們已經(jīng)開(kāi)發(fā)了多種儲能技術(shù)。主要分為物理儲能、化學(xué)儲能兩個(gè)大類(lèi)。物理儲能主要包括抽水儲能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能和超導磁儲能?；瘜W(xué)儲能主要包括鉛酸電池、液流儲能電池、二次電池(鎳氫電池、鋰離子電池)和鈉硫電池。

根據各種應用場(chǎng)合對儲能功率和儲能容量要求的不同，各種儲能技術(shù)都有其適宜的應用領(lǐng)域。適合于大規模儲能的技術(shù)主要有液流電池、鈉硫電池、鉛酸電池、抽水和壓縮空氣儲能。近幾年來(lái)，隨著(zhù)鋰離子電池技術(shù)的進(jìn)步，鋰離子電池也逐步向用于分散儲能及規模儲能領(lǐng)域滲透。

抽水儲能是目前唯一成熟的大規模儲能方式。它是指在電力負荷低谷期將水從低水位水庫抽到高水位水庫，將電能轉化成重力勢能儲存起來(lái)，在電網(wǎng)負荷高峰期釋放高水位水庫中的水發(fā)電。抽水儲能的釋放時(shí)間可以從幾個(gè)小時(shí)到幾天，主要用于電力系統的調峰、調頻、非常時(shí)期備用等。其突出優(yōu)點(diǎn)是規模大、壽命長(cháng)、運行費用低。但抽水儲能電站的建設受地形制約，建設周期長(cháng)，也會(huì )帶來(lái)一定的生態(tài)問(wèn)題，也受水資源的制約。因此，只能因地制宜適當發(fā)展。

化學(xué)儲能有何優(yōu)勢?

鈉硫電池儲能

鈉硫電池以鈉和硫分別用作陽(yáng)極和陰極。氧化鋁陶瓷同時(shí)起隔膜和電解質(zhì)的雙重作用。在一定的工作溫度下，鈉離子透過(guò)電解質(zhì)隔膜與硫之間發(fā)生的可逆反應，形成能量的釋放和儲存。

鈉硫電池最大的特點(diǎn)是：比能量密度高，是鉛酸電池的3~4倍，體積小;可大電流、高功率放電;充放電效率高。且硫和鈉的原料資源儲量豐富。

鈉硫電池的不足之處在于：其正、負極活性物質(zhì)的強腐蝕性，對電池材料、電池結構及運行條件的要求苛刻;電池的充放電狀態(tài)(SOC)不能準確在線(xiàn)測量，需要周期性的離線(xiàn)度量;運行溫度在300℃~350℃，需要附加供熱設備來(lái)維持溫度;并且鈉硫電池僅只在達到300℃左右的溫度下才能運行，由此造成啟動(dòng)時(shí)間很長(cháng)，這在一定程度上限制了其應用。例如風(fēng)力發(fā)電具有明顯的季節性和隨機性，在夏季風(fēng)力資源不佳時(shí)，需要儲能系統間歇性運行，這要求配套的儲能有較好的啟動(dòng)特性。另外，如果陶瓷電介質(zhì)一旦破損形成短路，高溫的液態(tài)鈉和硫就會(huì )直接接觸，發(fā)生劇烈的放熱反應，產(chǎn)生高達2000℃的高溫，存在嚴重的安全隱患。

鉛酸電池儲能

鉛酸電池是比較成熟的蓄電技術(shù)，具有價(jià)格低廉、安全性相對可靠的優(yōu)點(diǎn)。但循環(huán)壽命短、不可深度放電、運行和維護費用高等缺點(diǎn)，加上失效后的回收難題，都使得鉛酸電池在規模儲能領(lǐng)域應用還有很長(cháng)一段路要走。

鋰離子電池儲能

鋰離子電池分為液態(tài)鋰離子電池(LIB)和聚合物鋰離子電池(PLB)。其中，液態(tài)鋰離子電池是指Li+嵌入化合物為正、負極的二次電池。電池正極采用鋰化合物L(fēng)iCoO2或LiMn2O4等，負極采用鋰—碳層間化合物。

鋰離子電池具有高儲存能量密度，可達200～500Wh/L，重量輕，相同體積下重量約為鉛酸產(chǎn)品的1/5～1/6;額定電壓高(單體工作電壓為3.7V或3.2V)，便于組成電池組。并且鋰離子電池產(chǎn)業(yè)基礎較好，這使得鋰電池在車(chē)用動(dòng)力電池領(lǐng)域備受青睞。

但鋰離子電池耐過(guò)充/放電性能差，組合及保護電路復雜，電池充電狀態(tài)很難精確測量，成本相對于鉛酸電池等傳統蓄電池偏高，單體電池一致性及安全性仍不符合要求等因素制約了鋰離子電池在規模儲能領(lǐng)域的應用。美國A123公司使用磷酸鐵鋰電池建成1MW(0.5MWh)移動(dòng)儲能電站。但至今未有在大規模風(fēng)電場(chǎng)中應用的實(shí)例。

液流電池儲能

液流電池是電池的正負極或某一極活性物質(zhì)為液態(tài)流體氧化還原電對的一種電池。根據活性物質(zhì)不同，研究較多的液流電池有鋅溴電池、多硫化鈉/溴電池及全釩液流電池三種。其中全釩液流電池被認為是最具應用前景的液流儲能電池技術(shù)。

全釩液流儲能電池具有循環(huán)壽命長(cháng)(大于16000次)、蓄電容量大、能量轉換效率高、選址自由、可深度放電、系統設計靈活、安全環(huán)保、維護費用低等優(yōu)點(diǎn)，在輸出功率為數千瓦至數十兆瓦，儲能容量數小時(shí)以上級的規?；潭▋δ軋?chǎng)合，液流電池儲能具有明顯的優(yōu)勢，是大規模高效儲能技術(shù)的首選技術(shù)之一。