我們走在技術的前沿

3月30日下午，以“儲能技術及應用”為主題的全球能源互聯網大會分論壇三在中國大飯店舉行。分論壇三由能源創新(政策和技術)有限責任公司首席執行官、保爾森研究院能源和環境問題高級研究員何豪，華中科技大學教授袁小明主持，來自國內外的10位專家暢談前沿技術、電池產品及儲能技術在電網調度中的應用等話題。

儲能技術是目前非常熱門且重要的技術，是智能電網和新能源發展的主要技術之一。專家們介紹了目前研發和應用的多種儲能技術，既深入淺出地科普了各種儲能技術的優缺點，又運用專業數據闡釋了各種技術的發展現狀和趨勢。清華大學教授邱新平說：“未來，每位用戶都能去發電和賣電，這就需要電像一般的商品一樣可以儲存起來，這就需要儲能。”

有的專家更加關注儲能對電網所起到的作用。弗吉尼亞理工大學高級研究所創始所長、電氣電子工程師學會電力與能源協會2016年和2017年的主席當選人塞義夫·拉曼說：“在解決改變需求響應的時候，就要應用儲能削峰填谷。如何利用儲能將更多可再生能源接入電網，是一個挑戰。”他肯定了中國國家電網公司的可再生能源并網成就。

目前，儲能技術已經有一些經濟上可行的應用實踐，儲能成本的進一步降低必將推動其廣泛的應用。專家們紛紛表示：“未來的電網是非常不一樣的，我們走在技術的前沿，非常有信心。”

儲能應用

儲能如何幫助電網調峰

●塞義夫·拉曼弗吉尼亞理工大學高級研究所創始所長、電氣電子工程師學會電力與能源協會2016年和2017年的主席當選人

目前，儲能的類型有很多，我們要根據需求選擇正確的儲能系統。在美國市場上，儲能的功率由從7千瓦到1吉瓦，主要的方式是蓄儲，占到95%，其他包括壓縮空氣儲能等。在美國儲能項目的計劃，加州有155項，儲能的能量占到22.8%。美國有很多類儲能并存，是一個多元的市場。

儲能如何幫助電網調峰?在解決改變需求響應的時候，就要應用儲能削峰填谷。儲能如何可以將更多可再生能源接入電網，這是一個挑戰。中國國家電網公司有一整套機制讓可再生能源并網。

儲能方式有多種，每一種方式都有它的弊端和優點。我們應用一種儲能電池，要知道應用目標是什么，然后計算成本。抽水蓄能就受到地域的限制，我們不能在北京建抽蓄，費用高、會破壞環境。鋰電池是市場滲透率較高的一種儲能應用，更便宜，且易維護。液流電池能量密度較低，成本偏高，它的應用目標是調頻。電動汽車也是一個高儲能應用電池。

目前有很多公司都在研究電池技術，像通用、特斯拉等公司就在賣電池應用技術，我們可以應用各種各樣的技術組合來解決儲能優缺點不同的問題。

儲能是未來可再生能源應用的解決方案

●喬哲·克魯塞歐洲輸配電設備與服務行業協會執行委員會

副主席、歐洲未來電網技術平臺指導委員會委員

我給大家介紹一下電力系統中的儲能ABB的觀點和解決方案。最快的儲電方式是渦輪機和發電機的機械能儲電方式，在過去，這是唯一的方式。后來，我們有了越來越多的儲電方式，速度也越來越快。

在儲能的應用上，很多任務都會變得更加有挑戰。由于可再生能源具有波動性，并網發電必須得到調節。十年前，德國在新能源并網方面的電力控制、平衡系統都不能達到今天的水平，然而現在的可再生能源的應用水平比10年前高多了。

儲能是未來可再生能源應用的解決方案。電池成本下降給我們很多選擇，信息技術發展也給了我們更多機會。就系統優化角度來講，技術與應用需要匹配。

大量新能源并網導致電網對儲能的需求越來越高，高比例可再生能源并網的電力系統，對系統靈活性的要求越來越高，靈活性要求可以通過不同的方法滿足。儲能并不是唯一可用的選擇。

電池儲能系統可用于多種應用場合，特別適合于“功率型”的應用。對特定儲能應用項目及其相關需求的理解至關重要，這是選擇電池技術、合適的變流器和控制系統的根據。

克服重重障礙，共享清潔能源

●何豪能源創新(政策和技術)有限責任公司首席執行官、

保爾森研究院能源和環境問題高級研究員

如何使用一系列的戰略來建立由很多可再生能源組成的電網，這是很多國家現在面臨的問題。中國已經制定了成為潔凈能源發展大國的戰略，這非常明智。當前中國可再生能源產業的發展局勢矚目，電網由傳統能源為主向以可再生能源為主開始轉變。

但是，發展新能源也面臨一個問題，如果不改變電網改造和管理的方式，可再生能源一定會走到一個瓶頸。要更多的可再生能源上線并網，其工藝穩定性和需求穩定性要得到調節。

我們做了一種可能性分析，將可再生能源在不同的地理上混合，這樣就可以緩和地理上的波動。整體來說，現代電網需要更多的應用響應需求側，并且不斷優化系統的靈活度。

那么，究竟怎樣改進電網的靈活度呢?首先，電網是系統的優化引擎，電網公司有良好的機會在整個區域自然層面進行優化，電網不僅僅是能源供應方，還應該實現更多功能。其二，關閉那些老舊的火力發電廠。現在美國三分之一的火力發電廠都在關門。其實國家電網就是一個引擎，它可以優化電力系統，適度開放市場，滿足需求方和供應方的要求，引導各個參與者發揮自身最大的優勢，電網系統才能發展得更好。

電池技術

鉛炭電池——新的儲能解決方案

●吳賢章浙江南都電源動力股份有限公司

總工程師、國家認定企業技術中心主任

鉛炭電池技術最早由澳大利亞科學家提出，到日本的古河開始研究，到美國開始重視，再到中國開始研究，現在已經有十多年了。近年來，中國在此領域的研究也頗有建樹。鉛炭電池是技術先進、性能優越的化學儲能技術。目前，鉛炭電池采用復合技術，充電性能和使用壽命大幅提升。

儲能技術有5個關鍵評價指標，即電池循環壽命、規模化、安全性、效率、成本。根據這幾個指標測評鉛炭電池，我們發現，其循環充放電次數已經達到非常理想的效果。

目前，儲能技術最核心的問題是成本問題。目前的測算結果是，鉛炭電池沒儲存一千瓦時電，成本是0.37元，而鉛酸電池和鋰電池是0.94元、0.63元。鉛炭電池優勢明顯。

鉛炭電池技術突破方向有三個，第一個是炭的作用機理方面還需要研究，因為現在作用機理非常多，而且不同炭材料的機理也不一樣，所以這個機理必須要有針對性地改進和提高。第二是高性能炭材料與添加劑還要進一步完善，國際上也在往新的方向發展，我們現在用活性炭的材料或者磁木等材料。第三是不同的炭材料之間有機協同也需要進一步研究，鉛炭電池里面的一些電池管理系統和規模化的技術，也是鉛炭電池技術里非常重要的方面。

鈉硫電池在可再生領域的應用前景

●玉越富夫NGK公司鈉硫電池事業部設計部部長

鈉硫電池在全世界的裝機容量很可觀。電池的安全性是人們往往比較關注的一個點。我們在電池的安全性能上做了很多工作。至于電池的設計，我們在每一節電池設置防火板，即使在最壞的情況下單電池著火，也可以防止火勢蔓延。

鈉硫電池的應用是今天我的演講重點。現有的能源系統中引入了大量可再生能源，導致電力質量可靠性問題，而鈉硫電池可以在電網的每一個節點發揮重要作用，來維持和加強能源的安全性。

在日本青森縣六所村，鈉硫電池有效利用夜間的風力發電，實現風力發電調度供應的功能;在日本九州，光伏接入電網之后帶來了過剩電力的問題，安裝鈉硫電池，緩解了這種情況;安裝在隱岐島的鈉硫和LIB鋰離子混合電池系統，使當地能額外增加安裝0.8萬千瓦的可再生能源，因為其可以吸收太陽能和風力發電引起的長和小的波動;在意大利南部，因為快速和大規模增長的可再生能源無法輸送出去，鈉硫電池被安裝在3個變電站，連接到意大利輸電線路，減少輸送阻塞。

總地來說，鈉硫電池可以使用在很多方面，維護和加強電網安全，其較長的發展歷史、成熟的規模化產能技術、安全大量的存儲功能，使其成為建設全球能源互聯網的堅強后盾。

磷酸鐵鋰電池儲能系統集成及應用

●秦興才天津力神電池股份有限公司總裁

儲能應用是能源互聯網的關鍵技術之一，大規模儲能可以減少對電網的沖擊，可以減少冗余的調峰電站。現在，全球儲能大部分是抽水蓄能，但是化學儲能快速增長是當前儲能技術發展的一個趨勢，其中鋰離子電池前景廣闊。

磷酸鐵鋰電池是目前比較高效的電池，達到高安全、長壽命和低成本的要求。而且，磷酸鐵鋰電池能夠在67和74毫秒充放電，短時間內切換自如，這也是重要的優勢。其延伸產品——磷酸鐵鋰系統集成是把電池、PCS、控制系統、空調、消防等多功能設計在一個產品里，可以做到遠程控制、通信多級保護、智能管理。

儲能的另一個趨勢是戶用儲能。戶用儲能現在已經在歐洲、澳洲開始規模化的銷售，量越來越多，樣子類似多個抽屜的柜子，一個抽屜可以存3千瓦時電，可以和太陽能配合使用形成微網，能把電力儲存起來，應用場景比較廣闊。

中國把發展新能源作為國家戰略，“十三五”期間希望中國鋰電池能夠達到一萬次的使用壽命，單機成本降到1元錢1千瓦時，我們應該抱有信心，努力實踐。電化學儲能技術將會越來越成熟。而根據實測數據和實際應用經驗，磷酸鐵鋰電池具有長壽命、低成本和高安全的特點，將是很有發展前景的電池體系。

儲能前沿

液態空氣儲能技術進入商業示范階段

●丁玉龍伯明翰大學儲能研究中心主任

目前，由于能量的不同形式和不同應用，多種出于不同技術成熟度的儲能技術并存。今天我著重介紹一下液態空氣儲能。19世紀末就提出了液態空氣儲能，利用液態空氣儲能進行電網調峰的概念由英國于1977年首次提出。最先進的液態空氣儲能技術經過十多年的發展，現在到了商業示范階段。

大型液態空氣儲能主要適用于能量型的應用，例如部分替代抽水蓄能電站功能，小規模的應用為分布式能源系統和備用能源系統。液態空氣儲能具有占地面積很小、經濟性好的特點。世界上第一套液態空氣儲能的反應時間約為2.5分鐘，比壓縮空氣儲能的8～12分鐘要快，且可參與二次調頻，部分參與一次調頻。

目前最先進的液態空氣儲能技術2007年后開始商業化。第一個350千瓦/2.5兆瓦時的中試廠建在倫敦附近，與英國蘇格蘭南方電力公司的生物質發電廠集成。該廠已經捐贈給伯明翰大學，2015年4月整廠搬遷到伯明翰大學校園，已交付伯明翰儲能研究中心。

其他兩種常見的儲能技術是壓縮空氣儲能與抽水蓄能，壓縮空氣儲能需要大型儲氣洞穴，對地質條件要求苛刻;抽水蓄能技術需要山和兩個湖，對地質條件要求高。液態空氣儲能在技術成熟度、技術可實施性、成本和經濟性上具有強健的競爭力，應用前景巨大。

壓縮空氣儲能技術前景可期

●陳海生中科院工程熱物理所副所長、儲能研發中心主任

儲能技術急需應用于傳統電網、新能源和分布式發電。儲能技術類型分為物理儲能和電化學儲能。物理儲能包括抽水蓄能、壓縮空氣、飛輪、鉛酸電池、鋰離子電池、鈉硫電池、液流電池、鎳氫電池。其他還包括超級電容、超導、鋅空氣和燃料電池。

我主要講一下壓縮空氣儲能技術的研究和發展。壓縮空氣儲能通過壓縮空氣存儲多余的電能，將空氣存儲在地下。它的技術優點是高功率、低成本、長壽命，不足主要是依賴化石燃料、需要儲氣室、效率低。

目前，全球有兩個百兆瓦級的壓縮空氣儲能。國內研發都集中在實驗室，沒有商業應用，大多數的應用處于實驗或中試規模，但國內關于壓縮空氣儲能的研發已涉及了各個環節。

中科院針對壓縮空氣儲能的三點不足，研究出了三種解決方案。對于依賴化石能源的弊端，應采用熱能存儲技術;對于需要儲氣室的弊端，要應用高密度儲氣罐;針對效率低的情況，可以采用熱回收技術。

下一步，1萬千瓦的壓縮空氣儲能已經完成了系統設計與分析和關鍵部件的設計，目前已經運抵現場正在安裝調試。

超導儲能技術：一種新的可能性

●蒂姆·庫姆斯Magnifye公司經理、劍橋大學工程系

EPEC超導組高級講師

我要講一講SMES超導體電能的儲備。SMES是一種基于直流磁場的儲能系統，以直流的磁場來儲存電。它很獨特，電一進來就可以儲存，不需要把電轉化為化學能，也不需要轉化為壓縮空氣，也不需要在山上抽水來蓄能。

SMES系統包括超導磁體線圈、功率變換系統、低溫系統和控制單元。其中最貴的是電源調節系統，當這部分元件價格下降的時候，超導體會變得有經濟性，而超導體磁鐵價格下降也會幫助超導的普及。超導體輸電沒有電損，是一種高密度的存電方式。在實際應用中，SMES可以降低低頻振蕩，提高傳輸容量，提升電壓穩定性。在電能質量方面，SMES系統可為柔性交流輸電提供能量。同時，在分布式發電中，SMES可以平滑分布式發電系統的功率輸出，提高發電效率。

目前，SMES的高性能能量存儲特性使它能夠存儲備份電能，以提高發電機的功率和系統的可靠性，為敏感負載或重要設備提供不間斷電源，在造紙業、汽車組裝、石化煉油、化學與制藥領域都有著非常廣泛的應用前景。

這種技術非常優越，但仍然面臨著一些現實挑戰。比如需要冷卻以保持線圈的工作溫度，從材料上還需要改進。

化學儲能新技術及應用趨勢

●邱新平清華大學化學系教授

鋰離子電池是目前應用較廣泛的電池，廣泛應用于手機、電動汽車等。未來，鋰離子需要提高電池的能量密度、降低成本、提高壽命和安全性。

鋰硫電池有很好的充放電曲線，能量密度較好，豐度高。硫在地球的豐度比碳元素的高。并且，鈉硫電池來源廣泛，可以從礦物以及石油與天然氣的生產中獲得。

鋰空氣電池的鋰放電和充電的能量差距比較大，鋰負極須與空氣中的氧及水汽隔離，反應產物會在正極區積累并阻止氧氣進入。目前，鋰空氣電池的氧氣的氧化還氧反應不可逆，引起充放電時的能量效率低，提高氧還原的可逆性是目前的關鍵問題。鋰空氣電池的材料被認為是未來能量密度較高的材料。

鋰氟化物電池具有容量高、安全性好、壽命長、成本低等特點;氟離子電池的優點是能量密度高、更安全，而且較便宜。此外，還有鈉電池、液流電池、可充電鋅錳電池等。

其實，儲能不是應用單一材料，而是多樣的、多種材料共同應用于電網。