市场已开启 几种关键储能技术在能源互联网中的应用前景

3、几种关键储能技术在能源互联网中的应用前景分析

储能技术有很多种，在本文中我们将重点关注已经具有一定成熟度的技术，分析其技术发展方向和在能源互联网中的应用前景。笔者将几种储能技术在能源互联网领域中应用时需要关注的核心指标进行了整理汇总，如下表所示，并将对每种技术做分别介绍：

(1)锂离子电池

在众多储能技术中，锂离子电池的突出优点是能量密度、功率密度都比较高，对于辅助可再生能源消纳，提供系统需要的灵活性等多种用途都能胜任。目前锂离子电池已经有了中大规模(MW级)电站应用的实例，但是相比之下因为其能量密度高，占地面积小，在中小规模储能、分布式应用领域可能会更有优势。另外锂离子电池较强的功率爬升(ramprate)特性使得其在调频等辅助服务领域具有良好综合效果，广泛参与辅助服务是其重要的发展方向，并且很有可能率先实现商业模式，达成良好的经济效益。

在此方面，锂离子电池发展的迫切需求是进一步降低成本，提高寿命，以提升该技术的经济性。此外，即将到来的大量动力电池的退役也将为储能领域带来机遇和挑战，提升电池品质，研发物联网技术追踪电池使用历史，开发标准化模组以降低梯次利用难度，开展园区-电池企业-电动汽车-能源服务企业四方合作的模式，开发碎片化能量管理技术等可能是解决电池梯次利用的主要解决方案。

(2)钠硫电池

钠硫电池技术在世界范围内的装机比例较高，但是近年来增长略显乏力。导致该现象的部分原因是钠硫电池技术具有较高的垄断性，主要被日本NGK掌握。该技术主要适合MW级的储能，在可再生能源发电侧并网方面应用实例很多，但该技术占地大，运行温度高，具有一定的危险性，从本质上并不太适合小规模分布式用电及用户侧的需求。因此对于建设中等规模的储能电站，为能源系统提供综合服务支撑方面，该类技术具有良好的应用前景。

(3)铅酸电池

铅酸电池是电化学储能领域中的老兵，其成本低廉性价比高，一直是储能领域的重要支柱，只是在近年才被风头更盛的锂离子电池超过。铅酸电池能量和体积密度低于锂离子电池，因此在最为看重空间和承重条件的用户侧末端不如锂离子电池适合，但是在规模稍大的场合(MW左右)以及有条件进行维护保养的情况下，其性价会更高。

该类技术发展的主要方向是进一步基于铅碳电池的技术，提高其寿命和可用能量部分(支持深度放电)，以减少实际电池的用量。此外，进一步规范铅酸电池的回收利用，减少回收过程中尤其是不规范小作坊带来的污染，对于全社会都具有重要的意义。

(4)钒液流电池

钒液流电池体积能量密度较低，能量转换效率大约为70%左右，但是支持深度放电，安全性好，容量和功率可以分开设计，循环寿命很长，电池回收较为简单，而且近年来随着产业链的成熟其成本还有望进一步下探，国内也产生了像大连融科、北京普能这样的优秀企业，因此该类技术在中大规模(MW级)应用方面，不论是作为独立电站为电网提供综合服务，还是在大规模新能源发电站处提供平滑、消纳服务都具有良好的应用前景。

该类技术的主要发展方向是进一步完善产业链，降低成本，并提高系统效率。此外，开发新一代的液流电池技术(比如锌溴、有机体系等)对于扩展该类技术的适应面，提升技术的综合水平也是很有意义的。

(5)飞轮

飞轮储能技术具有很快的响应速率能力，相比于电池储能技术适应电力系统瞬时功率波动的能力更强，在平滑不稳定出力曲线，提供短时一次调频方面其性能具有很好的竞争力。但是其问题在于能量密度很低而且自放电程度很高，因此无法适应任何能量体量稍大的场合。该类技术主要适合与能量型储能器件进行配合，为其平抑波动，延长其应用的寿命，或者直接用于发电侧调频需求以及可再生能源的平滑输出。该类技术的主要发展方向还是在于发展高性能的复合材料，以进一步提高该类技术的性价比。

(6)超级电容

超级电容的外特性与飞轮有相似之处，都是主要适合快速功率响应，但是能量密度较低，自放电偏高。从理论上说，超级电容技术能量密度虽然有进一步提高的可能，但是难以达到锂离子电池的水平，因此其仍然比较适合短时急速充放电的场合，因此其主要可以与电池联用，进行调频与输出功率平滑方面。此外，随着能源互联网的发展，在很多领域都要建成局部的微型能源互联网园区，很多情况下都有瞬时吸纳和放出大量能量的要求，此时超级电容就可以用来在短时间内为系统提供能量缓存(Cache)，可以有效降低瞬时大负荷为系统带来的消极影响，比起电池更符合要求。

(7)压缩空气

压缩空气储能技术在近几年一直在不断的进步，清华大学与中科院工程热物理所的团队在此方面取得了很多研究与应用进展。该技术常常需要依靠地理条件(比如岩洞等)，更为适合中大规模应用用途，而且其要想取得良好的综合能量效率，需要进行冷热电三联供。该技术的主要局限是如果不进行三联供能效较低，而且响应速度较慢，不适合功率剧烈变化。考虑到以上特色，该类储能技术特别适合在有地理条件，可再生能源供应丰沛而且有冷热电综合应用需求的地方提供稳定的能源储存和供应服务。

(8)储热与冷热电三联供技术

随着能源系统的发展深化，冷-热-电-气等网络的界限将逐渐打通，各个能源网络将进行交融。实际上，冬天制热、夏天制冷的用能需求在我国一直十分突出，而冷热电三联供技术可以配合燃料电池、压缩空气储能技术使用，显著提高这几类技术的综合能效并最终提升经济效益。而把一部分供冷热的需求利用储热技术来满足，可以明显降低用电、用能峰值时刻的电网负担，并且为很多电网传统运行的方案“松绑”(比如北方的热电联产用于冬季供暖时产生的最小发电功率导致的大量弃风)，从而为能源系统优化运行提供新的解决方案。储热技术的突出优点为：1)按热值核算储能成本远低于电化学储能技术，2)有希望支持长时间(甚至是跨季节)的储能，因此在储热与多能融合互补的未来能源系统架构中将会有很大的发展。

(9)氢相关与燃料电池相关技术

氢与燃料电池相关技术被誉为是人类能源的一大可能的最终解决方案，主要原因是因为：1)燃料电池系统可以实现比较高的比能量输出，在冷热电联供情景下可以实现很高的综合能效而且排放物只有水；2)电解水制氢可以将电、气网耦合起来，提供余电的消纳方案；3)燃料电池的应用则可以联系交通网(燃料电池汽车)、冷热网(三联供)、电网与气网(余电制氢，电池发电)。

可见该类技术可以成为几大核心用能领域的沟通桥梁，一旦技术成熟就可以提供普适性的技术解决方案，而且不论是分布式领域(PEMFC)还是在大规模储能和应用(SOFC)方面都具有自己良好的适应性，可以说除了功率特性略有短板外，能为能源互联网的所有能量型应用场景提供普适性的解决方案。

但是该类技术的主要问题在于从制氢、储氢到燃料电池的低成本、长寿命化方面都还有很长的路要走，这需要从基础材料方面研发进行突破。中国近年来产生了大量的弃风、水、光的现象，而如果采取政策优先推动氢相关技术在这些方面的应用，对氢技术解决消纳可再生能源进行探索与应用示范，有可能以应用刺激研发需求，促进技术进步。

4.结论+展望：

储能对是能源互联网发展愿景中的支撑技术。近年来，随着电力行业市场化进程的提速，我国储能市场正在徐徐开启。根据中关村储能产业技术联盟公开数据显示，从2015年7月到2016年12月，不包含抽水蓄能和储热在内的新增规划储能项目，总装机量达到740MW。未来的两三年内，我国储能的累计安装量，或将实现七到十倍的增长。另一面，我国储能技术也获得了巨大的突破。国内锂离子电池、铅炭电池、液流电池、钠硫电池、超临界压缩空气储能、超级电容等主流储能技术的成本已经有了大幅降低。

不久前国家能源局公布了首批首批“互联网+”智慧能源(能源互联网)示范项目评选结果，其中绝大多数都需要储能技术为能源互联网建设运行提供支持。能源互联网/互联网的示范是我国能源体制改革的重要尝试和探索，而这也为储能技术寻找推广机会，参与能源体制改革，探索新的运营机制提供绝佳的机会与广阔的舞台。

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