本文將規模儲能按放電時(shí)間的長(cháng)短劃分為三個(gè)時(shí)段，分析了各時(shí)段儲能的作用及其適用技術(shù)。提出規模儲能技術(shù)發(fā)展的四條對策：安全第一，全面要求;劃分時(shí)段，分別應對;物化并舉，各顯其能;完善現有，大力創(chuàng )新。歸納出規模儲能的八項關(guān)鍵技術(shù)，其中新提出“VG-2-G”方案，以賦能的甲醇、乙醇在增程式電動(dòng)車(chē)上作長(cháng)時(shí)段發(fā)電，匯集成超大功率解決電網(wǎng)因數日陰雨、靜風(fēng)天氣引起的嚴重缺電問(wèn)題。(本文主要內容出自作者在11月22日中國科技協(xié)會(huì )主辦的儲能研討會(huì )上的發(fā)言。)
實(shí)現“雙碳”目標必需發(fā)展可再生能源，可再生能源發(fā)電的規模將不斷地快速增加，形成全新的電網(wǎng)、能源網(wǎng)。為了用好不穩定、不適時(shí)的可再生能源，提高供電質(zhì)量，杜絕“棄風(fēng)、棄光”現象，還要應對連續陰雨天、無(wú)風(fēng)天可再生能源發(fā)電嚴重不足的問(wèn)題，必需儲能來(lái)調節。

對規模儲能技術(shù)的要求可以劃分為三個(gè)層次：第一層次是安全第一，不安全則一切皆空;第二層次包括循環(huán)壽命長(cháng)、造價(jià)低、能量轉換效率高等與運行經(jīng)濟效益直接相關(guān)的指標;第三層次包括比能量、比功率、環(huán)境友好、使用方便性、地理適應性等應盡量提高的指標。

我國規模儲能當今的主力是抽水蓄能，已建成的已超過(guò)3000萬(wàn)千瓦，在建的超過(guò)5000萬(wàn)千瓦，到2030年可能要達到1.2億千瓦。抽水蓄能技術(shù)成熟，設備實(shí)現了國產(chǎn)化;除了能量轉換效率偏低外，其它性能堪稱(chēng)滿(mǎn)意，值得注意的是單位造價(jià)逐年上升。

抽水蓄能之外的技術(shù)現在統稱(chēng)為新型儲能技術(shù)，發(fā)展較快。其中，電化學(xué)儲能技術(shù)已可在單站規模上與抽水蓄能達到比肩的水平!

一、 按時(shí)段的儲能需求及相應的技術(shù)

新型儲能建設周期短、投資少、調節靈活、效率高、技術(shù)路線(xiàn)多元。其中，物理法的能量轉換效率小于70%，有待提高。而電化學(xué)法成本下降、規?？纱?、壽命夠長(cháng)，能量轉換效率高，適用范圍廣，前途可期。

二、 完善已在規模儲能的三種電化學(xué)技術(shù)

1、鉛炭電池——鉛酸電池負極中添加特種多孔炭

防化研究院與杭州南都電源和江蘇雙登集團合作，并設立院士工作站，在我國最早研究成功鉛炭電池。工信部“強基工程”支持了江蘇雙登和浙江南都，各形成了年產(chǎn)1GWh鉛炭電池產(chǎn)能。發(fā)改委、工信部等部委又于2016年4月7日、2016年6月20日、2016年8月及2017年9月22日的四個(gè)文件中均曾鼓勵發(fā)展鉛炭電池。

鉛炭電池安全性高，在60%部分荷電態(tài)下充放電的壽命可達6000次，能量轉換效率>85%，而且鉛廉價(jià)，容易再生復用。經(jīng)近些年政府主導、行業(yè)積極響應配合的整頓，淘汰了近90%的落后鉛電池企業(yè)，工藝、設備進(jìn)步很大，鉛污染問(wèn)題得到根本性的治理。

我國鉛炭電池儲能電站的總裝機已超過(guò)1GWh，最大的單站容量300MWh;并為德國建了一座50MW/75MWh的電站，兼有電網(wǎng)調頻和削峰填谷的功能。今年南都電源與美國德克薩斯州的大型光-儲電站項目簽訂4GWh鉛炭電池合同，8月起已按月分期供貨。

現在鉛炭電池的比能量在35-40Wh/kg，部分荷電態(tài)下實(shí)用的僅20-25Wh/kg，應予提高。還要進(jìn)一步提高循環(huán)壽命。

2、鉻鐵液流電池——最古老而煥發(fā)青春的液流電池，具有安全性高、壽命長(cháng)的特點(diǎn)。

該電池的正極溶液的活性物質(zhì)為Fe+2/ Fe+3+ Cr+3，負極溶液為Cr+2/ Cr+3+ Fe+2，避免了兩溶液成分互串引起的問(wèn)題。

國家電投集團利用海歸馬志啟博士的技術(shù)作工程開(kāi)發(fā)，正在建廠(chǎng)準備批量生產(chǎn)。

鉻鐵液流電池的比能量約20Wh/kg，其電堆的比功率(決定于電極的電流密度)有待提高;此外，液流電池是一個(gè)電化工廠(chǎng)，要提高可靠性;還要提高電堆的比功率。

3、鋰離子電池

在電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的帶動(dòng)下，鋰離子電池技術(shù)進(jìn)步很快，價(jià)格迅速下降，能量轉換效率> 90%，壽命延長(cháng)。其中磷酸鐵鋰電池的壽命達萬(wàn)次，電池單體比能量提高到180Wh/kg，在我國電化學(xué)儲能中現占了主要位置。

LiFePO4中的氧束縛在磷酸根中，不易產(chǎn)生助燃的氧，安全性比三元材料高些。但也發(fā)生燃燒、爆炸。韓國儲能電站用三元電池，至今已燃燒、爆炸了32個(gè)電站;美國本土及美國Tesla在澳大利亞建的鋰離子電池儲能電站也發(fā)生了燃燒事件。這類(lèi)電池在充放電時(shí)溫度都可能升高，于是電池內部“燃燒三要素”同在，一旦燃起，燒的是占電池重量20%的易燃有機電解液，極難撲滅。我國太原燒了兩座電站，用的是三元鋰離子電池。鎮江、北京兩座電站一燒一炸，用的是磷酸鐵鋰電池。鋰離子電池的安全性堪憂(yōu)

要提高鋰離子電池的安全性;要控制儲能電站的單站規模，以降低事故概率;還應設立儲能電站強制保險規定，減緩投資人的后顧之憂(yōu)。

電動(dòng)汽車(chē)的下崗電池堆積如山，有人提出在規模儲能中梯次利用。再次警告：此做法太危險，切切不可采用!(可以“以大化小”、加以篩選、作分散利用，但不可聚集使用。為此，應該推行電池免焊接成組技術(shù)。)

三、 要發(fā)展儲能專(zhuān)用的安全水系電池

由于鋰離子電池的性?xún)r(jià)比迅速提高，促使我國主管部門(mén)在儲能中也過(guò)分熱衷于它，而忽視了電池的安全性?，F實(shí)是好老師，它指出必須改弦更張了。

幾年來(lái)我曾一再提出，要為規模儲能電站研制新型專(zhuān)用水系電池;要求：(1)安全和價(jià)格達鉛炭電池水平，但比能量超過(guò)之;(2)壽命向液流電池看齊，但效率、方便性超過(guò)之。(3)比能量向鋰離子電池接近，但安全性超過(guò)之。即集三種電池的優(yōu)點(diǎn)，避三種電池的不足，這是一個(gè)大難題!

近幾年來(lái)國內、外報道了一些水系電池研究，尚無(wú)理想結果。

電池發(fā)展歷史說(shuō)明，從一個(gè)新原理提出到實(shí)際應用，至少要經(jīng)過(guò)10至15年的驗證、改進(jìn)、工程化才能產(chǎn)業(yè)化。建議主管部門(mén)加強戰略眼光，盡早選擇支持三、四個(gè)高安全性水系電池方案開(kāi)展創(chuàng )新性研究，以便在盡量短的時(shí)間內做出一、兩個(gè)適合規模儲能的新電池來(lái)。

四、 長(cháng)時(shí)段儲能——儲能于化學(xué)物質(zhì)中

在向碳中和目標的邁進(jìn)中，光伏和風(fēng)能發(fā)電量將在電能供應中占據主要份量。為應對數日陰雨、靜風(fēng)天氣引起的電網(wǎng)嚴重缺電問(wèn)題，現有的物理、電化學(xué)儲能均已無(wú)能為力。于是有人倡導“氫能”--電解水制氫，儲能于氫氣中;但是，規模儲存氫氣問(wèn)題很多：設備貴，輸運難，壓縮耗能高┅ ┅ 。有人倡導將氫氣轉成液氨，緩解儲存的難題;但是氨氣壓縮成液體也耗能，壓力容器儲存也不方便，而且有毒、有刺激味道。

以液態(tài)有機能源材料形式儲能，具有體積小，成本低，儲運方便的優(yōu)點(diǎn)。例如，電解水制成的氫氣作為化工生產(chǎn)的原料，轉化CO2為甲醇，在儲能的同時(shí)又消除CO2;或者，直接電解還原CO2為甲醇，此法要研究高效電極，以降低能耗。

太陽(yáng)能還可以通過(guò)生物質(zhì)(甜高粱、秸稈、陳糧)轉化為乙醇。

接下來(lái)的關(guān)鍵問(wèn)題是，儲于化學(xué)物質(zhì)中的化學(xué)能如何大規模、廉價(jià)、及時(shí)地轉化為電能、持續若干天供全社會(huì )使用。以后火電廠(chǎng)不占重要分量，化學(xué)物質(zhì)已無(wú)從當作燃煤來(lái)發(fā)電了。

氫能與華貴又嬌氣的質(zhì)子交換膜燃料電池并無(wú)必然聯(lián)系，它可有多種更便宜、更可靠的用法，如內燃機、燃氣輪機、SOFC等。所以不要夸大氫能和質(zhì)子交換膜燃料電池的作用!在實(shí)事求是地比較全壽期的能效和經(jīng)濟效益后，將會(huì )認識到“氫能-燃料電池”該降降溫!

使用甲醇、乙醇發(fā)電，如要準備若干億千瓦的發(fā)電設備，專(zhuān)為應對偶然發(fā)生的大規模電荒，在經(jīng)濟性上不合算，在實(shí)際上也不可行。為此，本人提出新解決方案“VG-2-G” ┅Vehicle Generators-to-Grid ，利用增程式電動(dòng)車(chē)上的發(fā)電機送電到電網(wǎng)。

增程式電動(dòng)車(chē)是在純電動(dòng)車(chē)上加裝發(fā)電機，電池與發(fā)電機并聯(lián)，比燃油車(chē)節油50%;可解決純電動(dòng)車(chē)的安全、里程、充電、電池壽命等焦慮，是電動(dòng)車(chē)的發(fā)展方向。未來(lái)增程式電動(dòng)車(chē)不燒油，而燒甲醇、乙醇等由太陽(yáng)能轉化來(lái)的燃料，是近零排放! 屆時(shí)如有4億輛車(chē)，一半作必要的行駛、一半閑置而發(fā)電，平均每輛30kW，共可有發(fā)電功率60億kW，能夠充分滿(mǎn)足全社會(huì )用電需求而有余。

現有“V-2-G”(Vehicle -to-Grid )方案，是用純電動(dòng)車(chē)的電池儲存電網(wǎng)的電，必要時(shí)向電網(wǎng)送電，其所儲電量終究有限，而且消耗電池的壽命。新方案“VG-2-G”的優(yōu)點(diǎn)是，不設廠(chǎng)、不占地、投資少、不影響電池壽命、車(chē)主可得回報而有積極性。剩下的問(wèn)題就是及時(shí)、流動(dòng)式給發(fā)電車(chē)輛補充液體燃料，這顯然是不難解決的。

其實(shí)，“VG-2-G”方案還可用以解決電網(wǎng)尖峰缺電的困擾，免除為了一天內只有幾十分鐘的尖峰用電而化大代價(jià)建設使用效率不高的備用發(fā)電能力。這種用途可能比上述偶發(fā)的長(cháng)時(shí)段大規模嚴重缺電更加頻繁、更加急迫，又更容易操作。電網(wǎng)部門(mén)可在增程式電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展到一定規模時(shí)先行試用，積累經(jīng)驗。