近日，歐洲首座并網(wǎng)混合飛輪儲(chǔ)能電站項(xiàng)目宣布即將開建，這標(biāo)志著純機(jī)械、清潔、環(huán)保的儲(chǔ)能技術(shù)正進(jìn)入大規(guī)模實(shí)踐階段。

儲(chǔ)能技術(shù)常常被看做是可再生能源發(fā)展之路上必須跨越的一道坎。華北電力大學(xué)教授，能源與電力經(jīng)濟(jì)研究咨詢中心主任曾鳴說(shuō)：“風(fēng)電、光伏等可再生能源發(fā)電大都具有隨機(jī)性、間歇性的特點(diǎn)，需要配合儲(chǔ)能技術(shù)削峰填谷緩解電網(wǎng)調(diào)節(jié)壓力，提升經(jīng)濟(jì)效益。”

但儲(chǔ)能技術(shù)各種各樣，從蓄水儲(chǔ)能到鋰電池，到飛輪儲(chǔ)能、壓縮空氣，但究竟哪一種能承擔(dān)削峰填谷的重任，中國(guó)儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀如何，距離大規(guī)模應(yīng)用還有多少路要走，這些都迫切需要回答。

技術(shù)各有千秋

2014年的最后一天，是我國(guó)第一個(gè)國(guó)家級(jí)風(fēng)光儲(chǔ)輸示范工程——張北風(fēng)光儲(chǔ)輸項(xiàng)目徹底建成并全面試運(yùn)行的日子。在曾鳴看來(lái)，“這一工程探索出了一條世界首創(chuàng)的風(fēng)光儲(chǔ)輸聯(lián)合發(fā)電運(yùn)行模式，對(duì)于大規(guī)模間歇性新能源的并網(wǎng)利用意義重大。”

張北風(fēng)光儲(chǔ)輸示范項(xiàng)目一期工程是在2011年正式投運(yùn)的。其選擇了鋰電池儲(chǔ)能方式，接近80%采用了磷酸鐵鋰電池系統(tǒng)，共安裝了27萬(wàn)節(jié)電池單體，是全球最大的集風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電及化學(xué)儲(chǔ)能和智能輸出為一體的新能源工程。截止到2014年底，其已經(jīng)安全輸出清潔電量8.4億度，其中風(fēng)電和光伏分別5.9億度和2.5億度，儲(chǔ)能電0.05億度。

這一項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)方中國(guó)電力科學(xué)院電工與新材料所所長(zhǎng)來(lái)小康說(shuō)：“下一步工作主要是進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，用大數(shù)據(jù)分析哪種技術(shù)好，不足在哪。”據(jù)悉，在二期項(xiàng)目中，總投資將達(dá)到64億元，光伏發(fā)電60兆瓦，化學(xué)儲(chǔ)能50兆瓦，鋰電池仍然是主要儲(chǔ)能設(shè)施。

根據(jù)儲(chǔ)能技術(shù)能量存儲(chǔ)原理的不同，儲(chǔ)能技術(shù)一般可分為電化學(xué)儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能以及機(jī)械儲(chǔ)能。據(jù)曾鳴介紹：“電化學(xué)儲(chǔ)能主要是通過(guò)氧化還原化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行能量的存儲(chǔ)和釋放，主要產(chǎn)品有鉛酸電池、鋰電池、鎳鎘電池等。電磁儲(chǔ)能主要是靠建立磁場(chǎng)或者電場(chǎng)存儲(chǔ)電能，主要產(chǎn)品有超導(dǎo)磁儲(chǔ)能、超級(jí)電容器。機(jī)械儲(chǔ)能是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的形式存儲(chǔ)，主要有抽水儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能和飛輪儲(chǔ)能。”

在談到各種儲(chǔ)能技術(shù)的利弊時(shí)，曾鳴表示：“電化學(xué)儲(chǔ)能的優(yōu)勢(shì)在于能量轉(zhuǎn)換效率高，但是由于當(dāng)前技術(shù)不夠成熟，導(dǎo)致電化學(xué)儲(chǔ)能的價(jià)格偏高，需要使用安全防護(hù)，限制了電化學(xué)儲(chǔ)能的進(jìn)一步發(fā)展應(yīng)用;電磁儲(chǔ)能的優(yōu)點(diǎn)是使用壽命長(zhǎng)、功率密度大，但同樣也存在技術(shù)不成熟，能量密度低等問題;機(jī)械儲(chǔ)能使用壽命長(zhǎng)、儲(chǔ)能容量最大，但一般對(duì)場(chǎng)地有特殊要求，除抽水蓄能，其他機(jī)械儲(chǔ)能技術(shù)還存在能量轉(zhuǎn)換效率低、能量密度低等問題。”

眼下，以抽水蓄能為代表的物理儲(chǔ)能是目前最為成熟、成本最低、使用規(guī)模最大的儲(chǔ)能方式，以各種電池為代表的電化學(xué)儲(chǔ)能是應(yīng)用范圍最為廣泛、發(fā)展?jié)摿ψ畲蟮膬?chǔ)能技術(shù)。中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所研究員黃長(zhǎng)水評(píng)價(jià)道：“儲(chǔ)能方式各有各的利弊，但通過(guò)儲(chǔ)能方式進(jìn)行電力轉(zhuǎn)換，肯定是一個(gè)必然的發(fā)展方向。”

“量變”的積累中

為了鼓勵(lì)儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)政府相繼出臺(tái)了一系列政策。2009年，全國(guó)人大常務(wù)委員會(huì)通過(guò)的《中華人民共和國(guó)可再生能源法修正案》，明確提出支持新能源和儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展;2010年，國(guó)家發(fā)改委發(fā)布了《合同能源管理財(cái)政獎(jiǎng)勵(lì)資金管理暫行辦法》，明確提出對(duì)儲(chǔ)能項(xiàng)目提供相應(yīng)的資金支持;此外，國(guó)務(wù)院辦公廳于2014年11月發(fā)布的《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃(2014~2020年)》首次將儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)寫入國(guó)家級(jí)能源規(guī)劃文件。

政策鼓勵(lì)之下，我國(guó)已經(jīng)開展了一系列大規(guī)模的儲(chǔ)能嘗試。例如，中國(guó)電力科學(xué)院2×100kW儲(chǔ)能試驗(yàn)系統(tǒng)項(xiàng)目、河南分布式光伏發(fā)電及微網(wǎng)運(yùn)行控制試點(diǎn)工程、東莞松山湖工業(yè)園儲(chǔ)能系統(tǒng)項(xiàng)目以及張北風(fēng)光儲(chǔ)輸示范項(xiàng)目等一系列儲(chǔ)能示范項(xiàng)目、工程。現(xiàn)在，中國(guó)鋰電池總裝機(jī)量已占據(jù)全球的65%，鉛酸電池和液流電池也占據(jù)了全球總裝機(jī)量的19%和14%。

除了政策鼓動(dòng)，儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展的最重要?jiǎng)恿€是來(lái)自市場(chǎng)。近年，中國(guó)可再生能源發(fā)展可謂迅速。截至2014年底，中國(guó)風(fēng)能和太陽(yáng)能的裝機(jī)容量已達(dá)9000萬(wàn)千瓦和3000萬(wàn)千瓦，分別位居全球第一位和第二位。但風(fēng)電、光伏等可再生能源由于其間歇性，都需要配合儲(chǔ)能技術(shù)削峰填谷緩解電網(wǎng)調(diào)節(jié)壓力。這就為儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展提供了巨大的動(dòng)力。

但是在業(yè)內(nèi)人士看來(lái)，目前中國(guó)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展還剛剛開始。2015年1月，在“儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)重大課題研究規(guī)劃建議暨儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)籌備工作會(huì)議”上，中國(guó)工程院院士楊裕生指出：“儲(chǔ)能技術(shù)還處在初級(jí)階段，沒有經(jīng)驗(yàn)，‘十三五’儲(chǔ)能示范項(xiàng)目應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性分析和數(shù)據(jù)積累。”

在中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所儲(chǔ)能技術(shù)部部長(zhǎng)張華民看來(lái)，儲(chǔ)能的應(yīng)用能夠給電力系統(tǒng)帶來(lái)包括經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益等綜合價(jià)值。但目前還未形成衡量這種綜合收益的商業(yè)模式，所以市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)力尚顯不足。這已對(duì)中國(guó)儲(chǔ)能技術(shù)的進(jìn)步、產(chǎn)業(yè)的發(fā)展造成了不利影響。

目前，儲(chǔ)能技術(shù)大規(guī)模推廣的障礙主要集中在其技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)性方面。據(jù)曾鳴分析，“一方面，當(dāng)前的儲(chǔ)能技術(shù)并不成熟，尚不具備大規(guī)模推廣的條件;另一方面，儲(chǔ)能裝置的投資成本較高，經(jīng)濟(jì)性有待提高，以張北風(fēng)光儲(chǔ)輸項(xiàng)目為例，項(xiàng)目每千瓦成本是風(fēng)電場(chǎng)平均單位千瓦投資的2倍多。鑒于上述兩方面的問題，國(guó)家一方面應(yīng)加大對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用的扶持力度，同時(shí)還應(yīng)完善相關(guān)的電價(jià)政策來(lái)為儲(chǔ)能的商業(yè)化提供支持。”

求發(fā)展“急不來(lái)”

雖然中國(guó)可再生能源發(fā)展十分迅猛，風(fēng)電發(fā)電量已經(jīng)達(dá)到全社會(huì)用電量的2.78%，但中國(guó)的風(fēng)電利用率卻并不高。數(shù)據(jù)顯示，2014年全國(guó)風(fēng)電累計(jì)平均利用小時(shí)數(shù)1884小時(shí)，而2013年是2080小時(shí)，同比下降160個(gè)小時(shí)。利用率低下導(dǎo)致的一個(gè)直接結(jié)果就是棄風(fēng)、棄光現(xiàn)象嚴(yán)重。

以全國(guó)風(fēng)資源最豐富的“三北”地區(qū)為例。2014年年中，國(guó)家能源局發(fā)布了《可再生能源發(fā)電并網(wǎng)駐點(diǎn)甘肅監(jiān)管報(bào)告》，報(bào)告顯示吉林省2013年棄風(fēng)電量約為31億千瓦時(shí)，棄風(fēng)率達(dá)20%，同時(shí)該省的棄光率也已接近14%。

分析其成因，曾鳴解釋道：“這主要是由于當(dāng)?shù)乜稍偕茉聪{能力及外送消納能力較低造成，歸于技術(shù)層面主要是由于可再生能源并網(wǎng)及外送的相關(guān)配套措施不足所造成的。”當(dāng)本地?zé)o法消納剩余可再生能源時(shí)，只有在風(fēng)電并網(wǎng)過(guò)程中使用儲(chǔ)能系統(tǒng)，平穩(wěn)電力，才可以有效解決可再生能源并網(wǎng)的穩(wěn)定性不足的問題。

但也有人并不完全同意上述見解。中國(guó)電力科學(xué)研究院副總工程師胡學(xué)浩說(shuō)：“風(fēng)能光伏的棄風(fēng)棄光的原因主要還不在于儲(chǔ)能，這是因?yàn)橹袊?guó)的風(fēng)能資源與用電負(fù)荷重心的錯(cuò)配。解決棄風(fēng)的問題需要儲(chǔ)能，但首先要外送。”只有這樣才能保證大部分電量可以送，更高負(fù)荷的時(shí)候，可以短時(shí)間地存起來(lái)。“但是如果分布式起來(lái)了，就地消耗就占比較大的比重，儲(chǔ)能技術(shù)就比較重要了。”他說(shuō)。

“中國(guó)和歐洲最大的差異在于，歐洲儲(chǔ)能的對(duì)象主要是分布式能源，我們集中式開發(fā)的項(xiàng)目更多，我們需要更加注意規(guī)模效應(yīng)，集中式儲(chǔ)能要么是做到單一規(guī)模比較大，或者不同地點(diǎn)的儲(chǔ)能能夠?qū)崿F(xiàn)集群的效應(yīng)。”來(lái)小康說(shuō)。

曾鳴認(rèn)為：“分布式電源具有分散和規(guī)模小的特點(diǎn)，微網(wǎng)中分布式電源是主要的電能供給方，這可以充分利用可再生能源，但分布式電源的隨機(jī)及間歇性使得微網(wǎng)比傳統(tǒng)電網(wǎng)將面臨更高的風(fēng)險(xiǎn)，所以即便是微網(wǎng)可以有效解決可再生能源的消納問題，相關(guān)的儲(chǔ)能系統(tǒng)及配套措施也得加以考慮，只有這樣才能徹底解決棄風(fēng)棄光現(xiàn)象。”“在路線尚不明確的情況下，儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展急不來(lái)。”清華大學(xué)工程物理系教授戴興建表示。