策划：《太阳能发电》杂志编辑部
责任编辑：秋石　　

　 随着国内光伏发电的规模化应用起步，以风能、太阳能为主的可再生能源大发展之势已不可逆转，但大规模的可再生能源电力利用，须以储能、电网配套等为基础。
　　所谓“兵马未动，粮草先行”。储能技术的发展，已经成为左右新能源产业发展的关键环节。

新能源促进储能市场加快发展
作为解决大规模新能源电力并网难题的储能及相关配套设备，保守估计在“十二五”期间可达到千亿元市场规模
■ 文︱郝珍辉

　　据中国电力企业联合会科技服务中心总工程师兼发展处处长尹凇介绍，除2015年光伏发电装机容量达到1000万千瓦、2020年达到5000万千瓦外，水电2015年前要新增6300万千瓦，并网风电装机容量2015年末达到1亿千瓦，另外还有2500万千瓦的分布式风电和500万千瓦海上风电。如此大规模新能源电力目标，作为解决其并网难题的储能及相关配套设备，保守估计在“十二五”期间也可达到千亿元的市场规模。
　　储能的意义及必要性
　　储能的意义已毋须赘言，新能源的开发利用在解决传统能源日益枯竭、建设低碳清洁环境方面的作用也众所周知。因此，基于解决风能、太阳能和海洋能等可再生能源发电明显的不连续、不稳定性以及电力波动大问题的储能技术，在消除发电波动、改善电力质量、平滑电力输出方面都具有显著的价值。
　　储能是解决新能源发电并网难瓶颈最佳选择。在当前技术条件下，如果新能源发电装机占总装机量的比例在合理范围内，依靠传统电网技术以及增加水电等调峰手段基本可保证电网安全运行。但一旦超出这一范围时，电网的调峰能力和安全运行将面临巨大挑战，此时就需要可靠的储能技术作支撑。通过储能手段，新能源发电的随机性、波动性问题得到有效解决，可以实现新能源电力的平滑输出，能有效调节新能源发电引起的电网电压、频率及相位的变化，使大规模风电及太阳能发电易于并入常规电网。
　　大规模储能还可提高能源利用效率，为国家节约巨额投资。为应对电网尖峰负荷，电力系统每年都要新增大量投资用于电网和电源后备容量建设，但利用率却非常低。而同样是为了应对尖峰负荷，若采用大规模储能技术，不仅投资会成倍减少，而且由于储能设施占地少、无排放，其节地、节能、减排的效果也是其它调峰措施无法比拟的。
　　系统经济性仍是关键
　　新能源发电技术已经在我国有了广泛的应用，且今后还将面临井喷式发展。就近期而言，国家“十二五”规划中对新能源的发展提到了前所未有的高度。作为支撑新能源发展必不可少的基础和动力，无论是光伏、风电并网，还是新能源汽车或智能电网建设，储能都是不可或缺的配套设施。由此，储能已成为三大新兴产业共同的发展瓶颈。但我们不得不承认，无论是市场、技术还是政策，储能产业距离成熟仍还有不小的差距。
　　“事实上，虽然国内关注并投身储能行业的企业众多，但多数都处于蓄势待发的阶段，因为储能在我国甚至在全球都还处于产业初期，经过商业化验证的技术不多。储能技术是一个多学科交叉的复杂体系，研发难度较大。另外，由于大多数储能技术都还不具备经济可行性，也阻碍着其产业化发展。”清华大学教授王保国如是认为。不过他同时也表示，“储能的广阔前景已经初露端倪，将来会有很大发展”。
　　据了解，目前国内还没有一个储能的商业化项目，示范工程也没有几个。究其原因，技术不成熟和成本偏高还是主要障碍。尽管目前越来越多的企业在各自的储能系统基础上不断研发，在降低成本方面取得了一些阶段性成绩，但在今后很长一段时期内，通过技术创新促使成本下降仍将是各大储能技术努力的方向，这也是任何储能技术规模化利用的必然途径。
　　目前，储能技术正朝着大容量、高转换率的方向发展，这为同时拥有自主知识产权和规模化低成本生产优势的企业提供了难得的领先机遇。国家能源局新能源与可再生能源司副司长史立山曾就储能技术发表看法。他认为，储能技术应有所选择，不要盲目发展，当前的重要任务还是要降低成本。没有一个合理的成本优势，再好的技术在应用方面都会受到制约。
　　亟待政策跟进
　　任何技术的市场化初期，都必然离不开相关配套政策的支持。不然，那些技术可能只能是“镜中花，水中月”。储能技术目前就正面临着这样的窘境，一边是规模可能达到千亿的市场需求，一边是滞后的产业政策和标准。据有关专家透漏，国内市场仅有的4个示范性储能项目也并非个个顺利。因为没有政策激励，电网企业、发电企业和新能源企业，谁都不愿意充当为储能成本买单的“冤大头”。
　　由于储能涉及到发电的各个环节，发、输、配、用4个环节都要用到储能技术，可以说多方受益，但到底应该谁来为储能买单？至今都没有明确的政策规定。
　　上海神力科技有限公司战略部发展经理张若谷对本刊记者算了一笔账，“假如我是一家风电企业，现在我50%的风电都上不了网，也就是说弃风率达到了50%，但现在通过储能技术能够保证我的风电正常运行，而不是白白浪费掉，你说该谁买单？”其言下之意，是谁从中受益大谁来付这笔帐。
　　中科院大连化学物理研究所洁净能源国家实验室储能电池与技术研究部部长张华民对本刊记者说，“其实我国的钒液流电池技术在全世界都可称之为一流的，希望国家像重视锂电池产业一样重视钒电池，出台激励政策。”张华民作为研究大规模储能电池的元老，早在2004年就曾上书中央办公厅和国务院办公厅，建议重视储能技术。最近，他又入选国际电器工业协会（IEC）TC105液流电池标准战略研究专家组（该战略专家组由中国、美国、德国三名专家组成），全面参与国际液流储能电池标准的制定，并已向战略研究专家组提交了液流储能电池标准指南建议书修改稿。同时，受欧洲标准化组织CEN&CENELEC的邀请，张华民将参与欧洲液流储能电池协议的制定工作。
　　众多业内专家呼吁，应该将储能的战略地位提高到重视新能源应用的高度，尽快出台相关政策和补贴机制。国务院发展研究中心研究员张永伟曾表示，在储能产业的定位上，应该上升到产业层面甚至是国家战略层面，储能产业正处在技术突破向产业化转变的关键阶段，如果政策滞后，产业化发展之路就会更困难。
　　而据由全国工商联新能源动力与储能委员会组织专家编写的《储能产业研究白皮书（2011）》指出：“从国外经验看，政策对于储能产业的发展至关重要。我国应该在世界储能产业格局尚未形成之时，结合自身优势迎头赶上。”
　　让业界看到希望的是，储能的政策春天或即将来临。今年三月份发布的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》第十一章第三节“加强能源输送通道建设”中明确指出：适应大规模跨区输电和新能源发电并网的要求，加快现代电网体系建设，进一步扩大西电东送规模，完善区域主干电网，发展特高压等大容量、高效率、远距离先进输电技术，依托信息、控制和储能等先进技术，推进智能电网建设，切实加强城乡电网建设与改造，增强电网优化配置电力能力和供电可靠性。这是“储能”二字在国家政策性纲领性文件中首次出现。
 

技术路线仍百家争鸣
目前仍没有一种储能技术能脱颖而出，各种技术路线也仍有待规模化试验和时间检验
■ 文︱郝珍辉

　　储能对新能源规模应用的作用毋庸置疑。然而，业界围绕储能技术路线的争议就从未停止过，各技术流派看起来也各有优势，让欲进军储能产业的企业雾里看花，不敢轻易投资。
　　目前，在全世界范围内主流的电力储能技术主要有物理储能、化学储能和电磁储能技术。其中物理储能技术包括抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能等；化学储能包括铅酸电池、镍系电池、锂系电池、液流电池、钠硫电池等；电磁储能包括超导储能、超级电容器储能等。
　　从实践来看，化学储能电池的应用要多于物理储能，大到电站，小到家用电池，都能看到化学电池的踪影。但就大规模储能应用来说，抽水储能技术则稳居“霸主”地位，其技术成熟度相对较高，优点是规模大、寿命长、运行费用低，但因其有特殊的地理条件限制而不能推而广之。其次是钠硫电池，钠硫电池技术具有效率高、能量密度高的优点，代表企业当属日本的NGK，其已经有200多兆瓦的商用销售。再次是钒电池，也已经在世界各地有了相关的项目示范经验。同时，飞轮储能、水平电池、压缩空气储能、锌溴电池、锌空气电池、锂空气电池、钠氯电池、铁液流电池等多种储能技术也呈现百家争鸣之势，但多数都仍处于实验室技术研发或小试阶段。
　　化学储能电池大行其道
　　在日前北京举行的一个可再生能源发电与储能系统产业发展论坛上，本刊记者发现参会者几乎清一色全都来自化学储能电池企业。
　　“化学储能电池应用面很广，像太阳能、风能发电，电力系统的削峰填谷，电动汽车，UPS不间断电源等都要用到，因此前景发展更好。”一位参会储能企业人士这样告诉记者。
　　由于该论坛的主题是解决储能在电力系统中的应用难题，议题涉及大规模、分布式、以及小规模电力系统的储能问题，因此参会企业以化学储能系统生产商为主，难免让人以为化学储能已经成为电力储能的主力军。
　　一位与会的储能专家向《太阳能发电》杂志记者解释到，储能技术在电力系统能否得到大规模应用和推广，首先应该考虑基于该技术的储能系统的造价成本、运行维护成本、运行中的安全和可靠性，以及规模能力等因素，此外还要考虑储能系统的能量转换效率、系统寿命、动态性能和冗余调节能力等多方面因素。“基于多种因素考虑，化学电池储能是目前适用于电力系统储能的主要方式之一。”他表示。
　　据悉，作为国家“金太阳”项目重点工程、国家电网公司智能电网首批试点项目之一的全球首个集合风、光、储、输一体化的大型综合示范项目——河北承德国家风光储输示范工程，除50万千瓦风力发电、10万千瓦太阳能光伏发电规划之外，其余的11万千瓦全部都是采用化学储能方式，并由全钒液流电池供应商普能公司提供规模为8兆瓦时的全钒液流电池系统。
　据普能公司销售总监薛松介绍，全钒液流电池的优势首先在于安全性，无起火或爆炸的危险；正负极采用同一种电解质；且电解液可循环利用，环境危害小；电池容量准确可测量，是准确测量和控制的电池；深度充放电不影响电池寿命等等。日本北海道一个已经运行的钒电池项目，3年间已经充放电27万次。
　　薛松表示，国家风光储输示范工程是国家级的重大示范项目，是目前全世界规模最大的风光储输示范项目，普能为这个项目提供了2MWX4小时的液流电池储能系统。这个工程将被用来研究各种储能在新能源接入电网及电网辅助服务方面的多重作用。　　

　　本刊记者在论坛现场也遇到几位铅酸蓄电池企业的代表。作为Xtreme Power公司的供应商，豪德千网水平电池（包头）有限公司的叶敏华向记者介绍，“Xtreme Power 公司在储能的研发领域已有20 年经验，在大规模风电并网及微网储能方面都有许多案例，其中包括Duke Nortrees 的36 兆瓦全球最大的风电并网储能项目。”在叶敏华看来，与其他铅酸电池相比，水平铅酸电池能量比高，大电流放电性能强，可以快速充电，15分钟就可以充满电池量的80%，而且其低温性能和耐振动性能好，使用寿命也有显著提高。面对铅酸电池广为人诟的环保问题，叶敏华显得有些激动，“这都是不完整的工艺造成的，一些小企业不按照国家规范生产，而是偷排偷放，实际上现在有专门的处理回收系统，铅酸电池里面85%以上的材料都可回收再利用。”
　　化学储能电池除了钒液流电池和铅酸电池外，锂电池储能的兴起也不可小觑。在这方面，比亚迪是当之无愧的龙头老大，以电池技术起家的比亚迪集团，其锂电池应用广泛，包括日常家电用品、新能源汽车等方面，近来开始涉及储能电站，先是与中国电科院合建1MW储能电站，后又作为第一中标人在南方电网3MW×4h电池储能电站采购项目中成功胜出。
　　而据河南环宇集团副总裁董林福博士介绍，该公司生产的磷酸铁锂电池优势亦很明显，不仅具有超长的寿命，且使用安全，还具有耐高温、大容量和绿色环保等优点，其功率是同体积下铅酸电池的8倍。“不过，现在欠缺的是能够催生产品商业化的市场和政策。”董博士如是说。
　　物理储能依然坚挺
　　物理储能方式主要有抽水储能、压缩空气储能和飞轮储能。
　　作为目前技术最成熟的大规模大容量储能方式，抽水储能在全球都有应用，早在上世纪六七十年代，日本、美国、西欧等国家就已进入抽水储能电站建设的高峰期。截至2008年，美国和西欧经济发达国家抽水储能机组容量占世界抽水储能电站总装机容量55%以上，亚洲在这方面也不逊色，中国、韩国和泰国3个国家在建抽水储能电站为17.53GW，加上日本达到了24.65GW。
　　抽水储能在我国应用的典型例子有，与大亚湾核电站配套的广州抽水蓄能电站、江苏宜兴抽水蓄能电站、百万千瓦级的清远抽水蓄能电站、在建的三峡抽水储能电站等。不过，众多业内人士都认为，抽水储能因受地理条件限制，大范围推广较为困难。
　　作为全球知名的气体供应商，美国空气化工产品公司是液化空气储能技术的坚定拥趸。据空气化工产品（中国）投资有限公司亚洲国际技术合作部总监高小平博士介绍，从规模效益上讲，压缩空气储能仅次于抽水储能，单机规模可达到百兆瓦级别，而且寿命长，通过维护可以达到40～50年，接近抽水蓄能的50年，并且安全性也较高，不像化学电池那样明显要受到高温高压的限制。
　　据专家介绍，压缩空气储能主要通过峰谷电价获利，目前在我国应用极少，不过在国外有些应用，比如美国和德国。
　　近来，另一物理储能技术正得到不少企业青睐，这就是依靠磁悬浮和永磁技术的飞轮储能。据悉，国内光伏巨头英利集团已经选定了飞轮储能作为其进军储能产业的技术方向。目前在飞轮储能技术方面国内与国际先进技术之间至少有10年以上的差距。英利集团董事长苗连生表示，英利已历时三年对磁悬浮飞轮储能技术投入研发，目前已攻克了磁悬浮支撑技术、飞轮系统控制技术、高速高效永磁机技术等五项关键技术，在一些技术上已经超过了欧美，且国产化率达到了80%，所有生产设备全部自主定制，没有购买进口设备。据英利相关人士介绍，国内首台1千瓦时储能飞轮样机日前已在英利集团顺利下线。
　　技术路线多元并行
　　综合而言，目前仍没有一种储能技术最终能脱颖而出，各种技术路线也仍有待规模化试验和实践检验。纵观全球储能行业，储能技术可谓遍地开花，技术路径也各有差异。而在国内，也呈现出多方鼎立的局面，锂电池、钒液流电池、飞轮储能、铅酸电池、锌溴电池、铅碳电池等，也仍是百花齐放、百家争鸣。之所以出现这种局面，在中科院大连化学物理研究所洁净能源国家实验室储能电池与技术研究部部长张华民看来，一方面很多公司都是从自有关联技术优势出发选择储能技术路线，另一方面储能的应用领域很广，也不可能由一种技术主导所有市场。
　　他解释说，“比如像发、输、配、用4个环节都能用到储能技术，但对储能技术的要求却有差异，能用到钒电池的地方，锂电池不一定合适，因此多种储能技术是互补的”。他认为，技术多元化必然会在储能产业化前期出现。而且，因为“在‘十二五’将大力发展的七大新型产业中有四大产业都要用到储能技术，其市场前景将会非常广阔。”
　　清华大学教授王保国对这种看法表示认同，他对本刊记者说，“储能技术路径很多，但不存在绝对争议问题，各有应用领域，大规模的储能电站还是要靠物理储能来完成；目前化学储能停留在千瓦级别的项目上，但是几兆瓦到几十兆瓦是将来方向；鉴于大容量、高效率的特点，液流电池将会有更广泛的应用”。他提醒观望中的企业，“还是要根据国家的政策方向和市场需求来选择投资方向。同时，电池生产厂商要根据自己电池的产品特质来选择不同的市场”。