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　　物理儲能

　　

　　●抽水蓄能

　　

　　物理儲能技術(shù)中的抽水蓄能是當前技術(shù)最成熟、最經(jīng)濟（單位功率造價(jià)4000～6500元/千瓦，單位儲電成本0.2～0.5元/千瓦時(shí)）、使用壽命最長(cháng)（機組使用壽命25年，水工建筑物使用壽命60年以上）的大規模電能存儲方式，主要應用于電力系統調峰調頻及備用。

　　

　　截至2017年5月，我國抽水蓄能電站裝機容量達到27.73吉瓦（1吉瓦為106千瓦），居世界第一，全球累計運行的抽水蓄能項目裝機容量為167.7吉瓦，占儲能總裝機容量的96%。

　　

　　2003年以前，我國抽水蓄能領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)研究還處于一片空白，抽水蓄能電站的設備全部是“舶來(lái)品”。當時(shí)，我國建一座抽水蓄能電站，核心機電設備投資占總體投資的一半以上，是國際市場(chǎng)一般水平的2倍左右。經(jīng)過(guò)持續十多年的技術(shù)攻關(guān)，目前我國已經(jīng)基本掌握了水泵水輪機等核心裝備技術(shù)，在建抽水蓄能機組容量達30.95吉瓦，包括安徽金寨抽水蓄能電站、河南天池抽水蓄能電站、山東文登抽水蓄能電站和山東沂蒙抽水蓄能電站等。從儲能總裝機容量占比來(lái)看，至少在2030年以前，抽水蓄能仍然是全球電力儲能容量占比最大的儲能形式。

　　

　　雖然抽水蓄能技術(shù)具有成本低、壽命長(cháng)和容量大等優(yōu)點(diǎn)，但其對地理地質(zhì)條件有特殊要求，一次性建設投資大，還有可能存在生態(tài)破壞和移民等問(wèn)題，因此，抽水蓄能電站的規模推廣和應用受到了制約。

　　

　　目前，我國大部分抽水蓄能基本上只能收回靜態(tài)效益，抽水蓄能電站的動(dòng)態(tài)效益一直存在“看得見(jiàn)、算得出、拿不到”的現象，導致我國抽水蓄能電站的經(jīng)營(yíng)業(yè)績(jì)較差，甚至難以生存。因而正確衡量?jì)δ茈娬镜男б?，建立合理的電價(jià)政策，對抽水蓄能電站以及其他類(lèi)型儲能電站的發(fā)展具有十分重要的意義。

　　

　　●壓縮空氣儲能

　　

　　壓縮空氣儲能是基于燃氣輪機技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種能量存儲方式。目前，全球共有11座壓縮空氣儲能系統，總裝機容量為646兆瓦（1兆瓦為103千瓦）。國內示范項目總規模為2兆瓦，分別是安徽蕪湖“500千瓦非補燃壓縮空氣儲能發(fā)電示范系統”和貴州畢節“1.5兆瓦壓縮空氣儲能-多能分布式微網(wǎng)示范項目”，同時(shí)在畢節即將完成10兆瓦系統建設。

　　

　　目前，全球只有德國的洪托夫（290兆瓦）和美國亞拉巴馬州的麥金托什（110兆瓦）電站進(jìn)入商業(yè)化運營(yíng)階段，后者曾因地質(zhì)不穩定發(fā)生過(guò)坍塌事故。

　　

　　為了擺脫傳統壓縮空氣儲能系統對大型儲氣洞穴以及化石燃料的依賴(lài)，帶儲熱的壓縮空氣儲能技術(shù)、液態(tài)空氣儲能技術(shù)、超臨界空氣儲能技術(shù)、燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)的壓縮空氣儲能技術(shù)和與可再生能源耦合的壓縮空氣儲能技術(shù)都是目前國內外研發(fā)的重點(diǎn)方向。

　　

　　由于空氣是低密度的儲能介質(zhì)，因此，如何降低系統成本、提高能量效率是壓縮空氣儲能走向應用之前需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題。

　　

　　●飛輪儲能

　　

　　飛輪技術(shù)分為低速飛輪技術(shù)和高速飛輪技術(shù)兩類(lèi)。其中，低速飛輪儲能技術(shù)主要應用于通信、數據中心和軌道交通等領(lǐng)域；高速飛輪儲能技術(shù)主要適用于快速、高功率型應用，可以為電網(wǎng)提供調頻服務(wù)，產(chǎn)業(yè)和技術(shù)多集中于美國、英國、法國、德國等國，我國飛輪儲能產(chǎn)品還沒(méi)有得到量產(chǎn)。

　　

　　美國B(niǎo)eaconPower公司曾經(jīng)是全球大規模飛輪儲能應用的先驅?zhuān)_(kāi)創(chuàng )了飛輪儲能系統與電力公司合作的先例，使電力市場(chǎng)開(kāi)始接受飛輪儲能技術(shù)。不過(guò)，在2011年10月，BeaconPower公司因財務(wù)危機深陷泥沼，不得不申請破產(chǎn)保護。

　　

　　●超導儲能

　　

　　超導儲能系統由超導材料制成的線(xiàn)圈、功率調節系統和低溫制冷系統等組成，能量以超導線(xiàn)圈中循環(huán)流動(dòng)的直流電流形式儲存在磁場(chǎng)中。超導儲能具有響應速度快（毫秒級）和轉換效率高（≥96%）等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現與電力系統的實(shí)時(shí)大功率補充和能量交換，避免電網(wǎng)瞬間斷電對用電設備的不利影響，可以提升電力系統的穩定性。

　　

　　目前，在液氦溫度條件下工作的低溫超導磁儲能裝置的最大實(shí)用化容量已達到億焦耳級，而在液氮溫度條件下工作的高溫超導磁儲能裝置容量只能達到兆焦耳級。無(wú)論是低溫超導還是高溫超導，昂貴的低溫制冷成本大大限制了超導儲能技術(shù)的實(shí)際應用場(chǎng)景。也許只有到了常溫超導材料研發(fā)成功的那一天，超導儲能技術(shù)才有可能獲得廣泛應用。

　　

　　電化學(xué)儲能

　　

　　●電池儲能

　　

　　電化學(xué)儲能技術(shù)包括電池儲能和超級電容器儲能兩種類(lèi)型，是目前發(fā)展最為迅速的儲能技術(shù)。相對于抽水蓄能而言，將電池儲能的方式用于集中式大規模電網(wǎng)調峰，成本還是太高。電池儲能技術(shù)比較適合應用于百千瓦至百兆瓦級的電力調頻，其調頻效果是水電機組的1.7倍，遠好于火電機組，已經(jīng)顯現出商業(yè)應用前景。

　　

　　鋰離子電池、鉛酸（碳）電池、液流電池、鈉硫電池和超級電容器是正在發(fā)展的幾類(lèi)電化學(xué)儲能技術(shù)。其中，鋰離子電池在可再生能源并網(wǎng)、微網(wǎng)系統和改善電能質(zhì)量方面有不少示范應用，如2012年我國建立的20兆瓦級張北風(fēng)光儲輸項目、2013年日本建立的40兆瓦級仙臺變電站鋰離子電池儲能系統、2014年美國西弗吉尼亞州建立的32兆瓦級勞雷爾山儲能電站等均已成功運行。

　　

　　但是，大規模鋰離子電池儲能系統的高成本和高安全隱患仍是目前需要解決的問(wèn)題。另外，鋰離子電池的回收處理較為困難，需要有較大的技術(shù)變革才能達到低成本、長(cháng)壽命、高安全和易回收的規模應用標準。中國科學(xué)院電工研究所與北京好風(fēng)光儲能技術(shù)有限公司合作開(kāi)發(fā)的鋰漿料電池儲能技術(shù)，有可能會(huì )在低速電動(dòng)車(chē)、基站儲能和電力儲能領(lǐng)域獲得廣泛應用。

　　

　　鉛酸電池主要用作發(fā)電廠(chǎng)、變電廠(chǎng)的備用電源以及電動(dòng)汽車(chē)的啟動(dòng)電源，在維持電力系統安全、穩定和可靠運行方面發(fā)揮著(zhù)極其重要的作用。其優(yōu)點(diǎn)是耐溫性能好、安全性高、成本低，缺點(diǎn)是能量密度和功率密度小、循環(huán)壽命短且易造成環(huán)境污染。在鉛酸電池基礎上發(fā)展的長(cháng)循環(huán)壽命鉛碳電池有可能在未來(lái)兆瓦級儲能系統中得到應用。

　　

　　液流電池是一種容量型電化學(xué)儲能裝置，優(yōu)點(diǎn)是安全性高、循環(huán)壽命較長(cháng)、回收再生容易，缺點(diǎn)是系統復雜、能量密度低、系統運維成本較高。目前，全釩液流電池的模塊技術(shù)已經(jīng)基本成熟，但國產(chǎn)新型隔膜的穩定化生產(chǎn)仍存在問(wèn)題。另外，雖然全釩液流電池的模塊效率可以達到80%以上，但系統整體運行的實(shí)際能量效率較低（53%～72%），影響了該技術(shù)的大規模商業(yè)應用。

　　

　　鈉硫電池儲能密度高，可實(shí)現大電流、大功率放電，但運行時(shí)溫度很高（300oC以上），幾年前曾發(fā)生儲能電站燃燒事故，可靠性和安全性受到質(zhì)疑。日本NGK公司是國際上第一個(gè)將鈉硫電池產(chǎn)業(yè)化的機構，全球運行的鈉硫電池儲能電站裝機容量已達450兆瓦時(shí)/3000兆瓦時(shí)。

　　

　　●超級電容器儲能

　　

　　相對于電池儲能，超級電容器能量密度很低，但工作溫度范圍寬，充放電速度快，反復充放電次數可達幾萬(wàn)次。因此，超級電容器儲能適合于需要提供短時(shí)較大脈沖功率的場(chǎng)合，如應對電壓暫降和瞬時(shí)停電、抑制電力系統低頻振蕩以及提高電能質(zhì)量等。目前，美國、日本、俄羅斯的產(chǎn)品幾乎占據了整個(gè)超級電容器市場(chǎng)，國內能夠批量生產(chǎn)并達到實(shí)用化水平的有上海奧威、寧波中車(chē)等公司。但是，能量密度低、成本高，多單體串聯(lián)時(shí)帶來(lái)的一致性檢測問(wèn)題以及壽命和安全問(wèn)題仍是超級電容器發(fā)展面臨的主要挑戰。隨之而來(lái)的新的發(fā)展方向有超級雙電層電容器、鋰離子混合型超級電容器、石墨烯柔性超級電容器等，為超級電容器的發(fā)展提供了新思路。

　　

　　化學(xué)儲能

　　

　　雖然抽水蓄能和壓縮空氣是大規模電網(wǎng)調峰的首選儲能方式，但兩者都受到地理條件的嚴格限制，推廣范圍有限?；瘜W(xué)儲能以氫能、合成燃料等清潔可再生能源的直接或間接存儲為代表，雖然目前成本較高，但在未來(lái)可能應用于電網(wǎng)的規模調峰和調頻。

　　

　　儲氫系統利用電解水技術(shù)或其他技術(shù)得到氫氣，將氫氣存儲于儲氫裝置中，再利用燃料電池技術(shù)將存儲的能量回饋到電網(wǎng)，或將氫氣通過(guò)管道輸送，直接應用到氫氣產(chǎn)業(yè)鏈中。歐洲有多個(gè)配合新能源接入使用的氫儲能系統的示范工程：德國在普倫茨勞市建立了風(fēng)能-氫能混合動(dòng)力發(fā)電廠(chǎng)；意大利在普利亞地區建設了39兆瓦的氫儲能系統；法國在科西嘉島建設了200千瓦的氫儲能系統；挪威在西海岸建設了55千瓦的制氫和10千瓦的氫發(fā)電系統。

　　

　　從技術(shù)層面來(lái)講，如何進(jìn)一步提高儲氫材料的儲氫容量、循環(huán)穩定性以及降低氫生產(chǎn)及輸運成本是研究者仍在解決的問(wèn)題。

　　

　　合成燃料有很多種，如把煤、油頁(yè)巖或瀝青砂轉變?yōu)槭突蚱?，從污水和淤泥中提取甲烷，從生物質(zhì)中提取乙醇等其他碳氫燃料。利用植物的自然光合作用或者新型光化學(xué)轉換材料的人工光合作用，將光能轉化為生物質(zhì)能或化學(xué)能并加以?xún)Υ婧歪尫?，也是一?lèi)重要的化學(xué)儲能方式。目前，合成燃料面臨的主要問(wèn)題是反應過(guò)程復雜，副反應較多，工藝尚不成熟，催化劑的選擇和反應過(guò)程的設計還有待進(jìn)一步改進(jìn)。

　　

　　儲熱蓄冷

　　

　　儲熱方式主要有顯熱儲熱、潛熱儲熱（也叫相變儲熱）和化學(xué)反應儲熱三種。其中，顯熱儲熱與物質(zhì)的比熱容、密度等相關(guān)，主要應用于建筑取暖、生活用熱水、農林作物干燥、空氣加熱干燥系統以及太陽(yáng)能熱發(fā)電系統等。

　　

　　相變儲熱材料主要有有機類(lèi)、熔融鹽類(lèi)、合金類(lèi)和復合類(lèi)等，其應用研究主要集中在太陽(yáng)能熱發(fā)電系統儲熱、地面太陽(yáng)能的直接熱利用、建筑物圍護結構儲熱和轉移電力峰值負荷、平衡電力應用的空調儲熱、工業(yè)余熱廢熱回收系統儲熱以及保暖服裝、冷敷保健、儀器散熱等領(lǐng)域。從目前煤改氣和煤改電的趨勢來(lái)看，與多能互補相配合的儲熱技術(shù)將在我國北方地區獲得廣泛應用。

　　

　　“可再生能源+儲能”是未來(lái)新能源發(fā)展的必然選擇。加強先進(jìn)儲能技術(shù)研究，推動(dòng)儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，對于促進(jìn)我國能源生產(chǎn)和利用方式變革，普及應用可再生能源，調整優(yōu)化能源結構，構建安全、穩定、經(jīng)濟、清潔的現代能源產(chǎn)業(yè)體系具有重要的戰略意義。