儲能概述

　　隨著雙碳目標的提出，加快發(fā)展可再生能源，成為當前我國能源事業(yè)發(fā)展的重要任務。“十四五”期間，將繼續(xù)堅持市場主導、政策驅動，強調(diào)統(tǒng)籌規(guī)劃、多元發(fā)展，鼓勵創(chuàng)新示范、先行先試，推動新型儲能規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化、市場化發(fā)展。隨著國家政策的實施和地方政府的落實，新能源發(fā)電占比逐年遞增，進而引發(fā)了儲能市場的爆發(fā)式增長，國內(nèi)外針對各種類型的儲能建設示范工程，陸續(xù)出現(xiàn)了各種類型的儲能項目，推動了儲能技術的發(fā)展。

　　儲能是指通過介質或設備把能量存儲起來，在需要時再釋放出來的過程。它是解決可再生能源間歇性和不穩(wěn)定性、提高常規(guī)電力系統(tǒng)和區(qū)域能源系統(tǒng)效率、安全性和經(jīng)濟性的迫切需要。利用儲能可以實現(xiàn)可再生能源平滑波動、跟蹤調(diào)度輸出、調(diào)峰調(diào)頻等，使可再生能源發(fā)電穩(wěn)定可控輸出，滿足可再生能源電力的大規(guī)模接入并網(wǎng)的要求，對建設以清潔能源為主的新型電力系統(tǒng)、實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標具有重要意義。

　　國內(nèi)儲能市場發(fā)展迅速，各類新技術迭出，共同促進儲能行業(yè)持續(xù)發(fā)展。高壓級聯(lián)儲能在大容量場景優(yōu)勢顯著;新型電化學儲能技術快速發(fā)展，鈉離子電池儲能、液流電池儲能、氫儲等產(chǎn)業(yè)化不斷加速;新的物理儲能技術層出不窮，光熱儲能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等示范項目逐步落地。

　　電化學儲能

　　電化學儲能是利用化學電池將電能儲存起來并在需要時釋放的儲能技術及措施。全球電化學儲能市場中，主要分為新能源+儲能、電源側輔助服務、電網(wǎng)側儲能、分布式及微網(wǎng)、用戶側削峰填谷五類場景。

　　鋰離子電池儲能

　　鋰電池儲能材料體系以磷酸鐵鋰為主，電池向大容量方向持續(xù)演進。根據(jù)工信部要求，儲能型電池能量密度≥145Wh/kg，電池組能量密度≥110Wh/kg。循環(huán)壽命≥5000次且容量保持率≥80%。當前的電化學儲能尤其是鋰電儲能技術進入了一個新變革周期，大電芯、高電壓、水冷/液冷等新產(chǎn)品新技術逐漸登上舞臺，儲能系統(tǒng)向大容量方向在持續(xù)演進。

　　2022年儲能鋰電池全年出貨量達到130GWh，同比增長170.8%，增速超過動力電池。從細分賽道來看，電力儲能、戶用儲能、便攜式儲能電池出貨量攀升。其中戶用儲能出貨量增長最快，增速超3.5倍，電力儲能、便攜式儲能增速均超2倍。而通信儲能電池出貨量有所放緩，在2022年儲能負增長，同比降25%。

　　鈉離子電池儲能

　　與鋰資源相比，鈉資源儲量非常豐富，所以在大規(guī)模應用的場景下，鈉電池沒有明顯的資源約束。而且，鈉電池的正極材料、集流體材料的理論成本比鋰電更低，在完成產(chǎn)業(yè)化降本之后，其初始投資成本有望較鋰電更低，可以鋰離子電池40-50%的成本優(yōu)勢達到鋰電池70%的性能，可以填充到對能量密度要求不高的市場如儲能當中。

　　技術特點：成本低、安全性高、高低溫性能較好;能量密度低、循環(huán)壽命低。

　　發(fā)展應用：主要應用于備用電源、兩三輪車、電力系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻、通信基站等。

　　關鍵技術：新型電極材料、高倍率硬碳、高電化學穩(wěn)定電壓電解質、干法電極工藝等。

　　液流電池儲能

　　液流電池是正負極電解液分開，各自循環(huán)的一種高性能蓄電池，具有容量高、使用領域(環(huán)境)廣、循環(huán)使用壽命長的特點。根據(jù)電極活性物質的不同可分為鐵鉻、全釩、鋅溴等，鐵鉻和全釩兩種為目前主流商用方向。

　　技術特點：規(guī)模大、壽命長、功率和容量分離;價格較高、能量密度低、效率相對較低。

　　發(fā)展應用：應用于備用電源、電動汽車、電力系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻、可再生能源并網(wǎng)、分布式供能等。

　　關鍵技術：全釩液流電池技術、鋅溴液流電池技術、鐵鉻液流電池技術、有機體系液流電池技術。

　　機械能儲能

　　抽水儲能

　　抽水儲能主要原理是利用離峰電力將水抽回來，再將水放出做水力發(fā)電。當電力生產(chǎn)過剩時，剩電便會供予電動抽水泵，把水輸送至地勢較高的蓄水庫，待電力需求增加時，把水閘放開，水便從高處的蓄水庫依地勢流往原來電抽水泵的位置，借水位能推動水道間的渦輪機重新發(fā)電，達到儲能的效果。

　　技術特點：規(guī)模大、壽命長、單位投資小、技術成熟;受地理條件限制、建設周期長、建設環(huán)境要求高。

　　發(fā)展應用：主要應用于削峰填谷、跟蹤負荷、調(diào)頻、備用、無功調(diào)節(jié)和黑啟動等輔助服務任務。

　　關鍵技術：水泵水輪機、高壩筑造、變速控制、微型抽蓄、海水抽蓄等。

　　重力儲能

　　重力儲能發(fā)電的基本原理與抽水蓄能技術類似，儲能和發(fā)電的基本過程為：利用富裕電力提升重物，存儲勢能;在需要時通過釋放重物的勢能，經(jīng)轉換帶動發(fā)電機發(fā)電。目前主要有活塞式重力儲能、懸掛式重力儲能、混凝土砌塊儲能塔和山地重力儲能4種重力儲能發(fā)電技術。

　　技術特點：初始投入成本低、安全性高、壽命長、對建設環(huán)境要求不高。

　　發(fā)展應用：應用于削峰填谷、平衡負荷、發(fā)電備用等。

　　關鍵技術：重力輪機、水泵水輪機、高效輸送系統(tǒng)、運行控制技術等。

　　壓縮空氣儲能

　　壓縮空氣儲能是指在電網(wǎng)負荷低谷期將電能用于壓縮空氣，將空氣高壓密封在報廢礦井、儲氣罐、山洞、過期油氣井或新建儲氣井中，在電網(wǎng)負荷高峰期釋放壓縮空氣推動汽輪機發(fā)電的儲能方式。相比興建鋼罐等壓力容器儲存的方式，利用鹽穴等地下洞穴建設大容量電站，將顯著降低原材料、用地等方面的成本。按照工作介質、存儲介質與熱源可以分為：傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)(需要補燃)、帶儲熱裝置的壓縮空氣儲能系統(tǒng)、液氣壓縮儲能系統(tǒng)等。

　　技術特點：儲能容量較大、儲能周期長、效率高和投資相對較小等特點;依賴儲氣室和化石燃料。

　　發(fā)展應用：應用于削峰填谷、平衡負荷、頻率調(diào)制、分布式儲能和發(fā)電備用等。

　　關鍵技術：壓縮機、膨脹機、燃燒室、蓄熱技術、超臨界空氣儲能系統(tǒng)等。

　　飛輪儲能

　　飛輪儲能是新型儲能技術之一，處于商業(yè)化早期。通過電動/發(fā)電互逆式雙向電機，電能與高速運轉飛輪的機械動能之間的相互轉換與儲存。飛輪儲能具有使用壽命長、儲能密度高、不受充放電次數(shù)限制、安裝維護方便、對環(huán)境危害小等優(yōu)點，可用于不間斷電源、應急電源、電網(wǎng)調(diào)峰和頻率控制。但目前飛輪儲能還具有很大的局限性，相對能量密度低、靜態(tài)損失較大，現(xiàn)僅處于商業(yè)化早期。

　　技術特點：功率密度較高、充放電次數(shù)高、工作環(huán)境要求低、無污染等。

　　發(fā)展應用：適合電網(wǎng)調(diào)頻、電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制、電能質量治理等。

　　關鍵技術：高速飛輪本體、高速電機和軸承、儲能陣列、運行控制技術。

　　熱儲能

　　熱儲能技術是以儲熱材料為媒介，將太陽能光熱、地熱、工業(yè)余熱、低品位廢熱等或者將電能轉換為熱能儲存起來，在需要的時候釋放，以解決由于時間、空間或強度上的熱能供給與需求間不匹配所帶來的問題，最大限度地提高整個系統(tǒng)的能源利用率。

　　技術特點：規(guī)模大、壽命長、單位投資小等;儲能密度較低、材料高溫腐蝕等。

　　發(fā)展應用：顯熱儲熱是目前主要儲熱技術，潛熱儲熱趨于成熟，多用于建筑蓄能或參與電網(wǎng)調(diào)峰;熱化學儲熱尚不成熟。

　　關鍵技術：高性能蓄熱材料、蓄熱單元、系統(tǒng)控制等。

　　電磁儲能

　　超級電容

　　超級電容是一種新型功率型儲能器件，主要由正負電極、電解液、隔膜構成。電極材料具備高比表面積的特性，隔膜一般為纖維結構的電子絕緣材料，電解液根據(jù)電極材料的性質進行選擇。以市場主流的雙電層電容為例，充電時，電解液中的正、負離子在電場的作用下迅速向兩極運動，通過在電極與電解液界面形成雙電層來儲存電荷。

　　技術特點：充放電速度快、使用壽命長、溫度特性好、綠色環(huán)保等;能量密度較低、成本較高等。

　　發(fā)展應用：適合電網(wǎng)調(diào)頻、實現(xiàn)負載功率變化的消納和補給等。

　　關鍵技術：新型電極材料、高電化學穩(wěn)定電壓電解質、干法電極工藝等。

　　儲能應用領域

　　發(fā)電側

　　發(fā)電側儲能是指在火電廠、風電場、光伏電站發(fā)電上網(wǎng)關口內(nèi)建設的電儲能設施或匯集站發(fā)電上網(wǎng)關口內(nèi)建設的電儲能設施。儲能在火電廠發(fā)電側中的應用能夠顯著提高機組的效率，對輔助動態(tài)運行有著十分積極的作用，這可以保證動態(tài)運行的質量和效率，且暫緩使用新建機組，甚至取代新建機組。另外，發(fā)電機組用電過程中還可及時為儲能系統(tǒng)充電，在高峰用電時段提高負荷放電的效率，并且可以以較快的速度向負荷放電，促進電網(wǎng)的安全平穩(wěn)運行。

　　在風力發(fā)電和光伏發(fā)電等新能源發(fā)電機組中，儲能一方面能夠保證新能源發(fā)電的穩(wěn)定性和連續(xù)性，另一方面也可增強電網(wǎng)的柔性與本地消化新能源的能力。在風電場當中，儲能可以有效提升風電調(diào)節(jié)的能力，保證風電輸出的順暢性。儲能在集中式的并網(wǎng)光伏電站中能夠加強電力調(diào)峰的有效性，而且還可提高電能的質量，電力系統(tǒng)運行的過程中不易出現(xiàn)異常問題。

　　電網(wǎng)側

　　儲能接入電網(wǎng)可以發(fā)揮多種價值作用，不同類型儲能的時間尺度也不一樣，并且可以與傳統(tǒng)電網(wǎng)建設、電源建設以及新興的源網(wǎng)荷互動系統(tǒng)、調(diào)相機等電網(wǎng)調(diào)節(jié)技術手段進行協(xié)同優(yōu)化。

　　隨著新能源大規(guī)模發(fā)展、能源轉型持續(xù)深化和儲能技術不斷成熟，未來儲能將與電力系統(tǒng)深度融合，在規(guī)模和布局上將與系統(tǒng)各類電源和電力流呈現(xiàn)協(xié)調(diào)發(fā)展態(tài)勢，這就要求從能源電力發(fā)展全局出發(fā)，將電網(wǎng)側儲能作為一種可選方案，統(tǒng)籌儲能規(guī)劃、建設及運行，優(yōu)化電力系統(tǒng)整體運行效益，保障系統(tǒng)運行安全與供電可靠，提升電網(wǎng)的靈活性，加入調(diào)峰、調(diào)頻、黑啟動等功能，提高系統(tǒng)經(jīng)濟性。

　　電網(wǎng)側儲能布局的四個主要場景：一是在負荷密集接入、大規(guī)模新能源匯集、大容量直流饋入、調(diào)峰調(diào)頻困難和電壓支撐能力不足的關鍵電網(wǎng)節(jié)點;二是在站址走廊資源緊張等地區(qū);三是在電網(wǎng)薄弱區(qū)域如在供電能力不足的偏遠地區(qū)電網(wǎng)末端或電網(wǎng)未覆蓋地區(qū);四是作為重要電力用戶的應急備用電源，如政府、醫(yī)院、數(shù)據(jù)中心等。通過電網(wǎng)側合理布局新型儲能設施，將提高大電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行水平和保供能力、應急能力，減輕輸電線路阻塞，延緩輸配電設施投資。

　　用戶側

　　工商業(yè)利用用戶側儲能項目，儲存谷時電量、峰時使用，降低用電成本。尤其是電動汽車車充電站如果匹配儲能系統(tǒng)，可利用峰谷電價差套利，國內(nèi)領先的充電運營商特來電、星星充電和中國普天均已啟動試點計劃，以驗證儲能充電站或太陽能+儲能充電站的可行性和協(xié)同效應。

　　用戶側儲能的應用場景非常廣泛，未來也會有越來越多的電站建成并投入運營。一方面，儲能電站幫助改善居民生活，提供商家價值;另一方面，也為節(jié)能環(huán)保、綠色低碳的理念出一份力。

　　最后

　　未來各地的電力儲能市場會進一步開放，相關政策重點預計會落在以下三個方面：

　　• 電力儲能市場開放度的提高：分布式能源和用戶側儲能項目進一步開放，激發(fā)了企業(yè)參與儲能市場積極性。

　　• 儲存參與電力交易政策的放寬：目前個別省份規(guī)定儲能系統(tǒng)存儲的電力不能上網(wǎng)，未來如果儲能參與電力交易進一步開放，儲存電力被批準上網(wǎng)，儲能系統(tǒng)的價值兌現(xiàn)渠道將大幅拓寬。

　　• 儲能參與電力輔助補償機制的完善：國家在推動儲能參與電力輔助服務補充機制試點工作，未來有望建立相配套的儲能容量電費機制，建全補充及監(jiān)管機制。

　　(來源：證券之星 本文作者系吉林大學青島汽車研究院副院長、《電車商業(yè)研究》創(chuàng)始人顧國洪)