我們走在技術(shù)的前沿

3月30日下午，以“儲(chǔ)能技術(shù)及應(yīng)用”為主題的全球能源互聯(lián)網(wǎng)大會(huì)分論壇三在中國大飯店舉行。分論壇三由能源創(chuàng)新(政策和技術(shù))有限責(zé)任公司首席執(zhí)行官、保爾森研究院能源和環(huán)境問題高級研究員何豪，華中科技大學(xué)教授袁小明主持，來自國內(nèi)外的10位專家暢談前沿技術(shù)、電池產(chǎn)品及儲(chǔ)能技術(shù)在電網(wǎng)調(diào)度中的應(yīng)用等話題。

儲(chǔ)能技術(shù)是目前非常熱門且重要的技術(shù)，是智能電網(wǎng)和新能源發(fā)展的主要技術(shù)之一。專家們介紹了目前研發(fā)和應(yīng)用的多種儲(chǔ)能技術(shù)，既深入淺出地科普了各種儲(chǔ)能技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，又運(yùn)用專業(yè)數(shù)據(jù)闡釋了各種技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢。清華大學(xué)教授邱新平說：“未來，每位用戶都能去發(fā)電和賣電，這就需要電像一般的商品一樣可以儲(chǔ)存起來，這就需要儲(chǔ)能。”

有的專家更加關(guān)注儲(chǔ)能對電網(wǎng)所起到的作用。弗吉尼亞理工大學(xué)高級研究所創(chuàng)始所長、電氣電子工程師學(xué)會(huì)電力與能源協(xié)會(huì)2016年和2017年的主席當(dāng)選人塞義夫·拉曼說：“在解決改變需求響應(yīng)的時(shí)候，就要應(yīng)用儲(chǔ)能削峰填谷。如何利用儲(chǔ)能將更多可再生能源接入電網(wǎng)，是一個(gè)挑戰(zhàn)。”他肯定了中國國家電網(wǎng)公司的可再生能源并網(wǎng)成就。

目前，儲(chǔ)能技術(shù)已經(jīng)有一些經(jīng)濟(jì)上可行的應(yīng)用實(shí)踐，儲(chǔ)能成本的進(jìn)一步降低必將推動(dòng)其廣泛的應(yīng)用。專家們紛紛表示：“未來的電網(wǎng)是非常不一樣的，我們走在技術(shù)的前沿，非常有信心。”

儲(chǔ)能應(yīng)用

儲(chǔ)能如何幫助電網(wǎng)調(diào)峰

●塞義夫·拉曼弗吉尼亞理工大學(xué)高級研究所創(chuàng)始所長、電氣電子工程師學(xué)會(huì)電力與能源協(xié)會(huì)2016年和2017年的主席當(dāng)選人

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

儲(chǔ)能如何幫助電網(wǎng)調(diào)峰?在解決改變需求響應(yīng)的時(shí)候，就要應(yīng)用儲(chǔ)能削峰填谷。儲(chǔ)能如何可以將更多可再生能源接入電網(wǎng)，這是一個(gè)挑戰(zhàn)。中國國家電網(wǎng)公司有一整套機(jī)制讓可再生能源并網(wǎng)。

儲(chǔ)能方式有多種，每一種方式都有它的弊端和優(yōu)點(diǎn)。我們應(yīng)用一種儲(chǔ)能電池，要知道應(yīng)用目標(biāo)是什么，然后計(jì)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(fèi)用高、會(huì)破壞環(huán)境。鋰電池是市場滲透率較高的一種儲(chǔ)能應(yīng)用，更便宜，且易維護(hù)。液流電池能量密度較低，成本偏高，它的應(yīng)用目標(biāo)是調(diào)頻。電動(dòng)汽車也是一個(gè)高儲(chǔ)能應(yīng)用電池。

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

儲(chǔ)能是未來可再生能源應(yīng)用的解決方案

●喬哲·克魯塞歐洲輸配電設(shè)備與服務(wù)行業(yè)協(xié)會(huì)執(zhí)行委員會(huì)

副主席、歐洲未來電網(wǎng)技術(shù)平臺(tái)指導(dǎo)委員會(huì)委員

我給大家介紹一下電力系統(tǒng)中的儲(chǔ)能ABB的觀點(diǎn)和解決方案。最快的儲(chǔ)電方式是渦輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的機(jī)械能儲(chǔ)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(chǔ)電方式，速度也越來越快。

在儲(chǔ)能的應(yīng)用上，很多任務(wù)都會(huì)變得更加有挑戰(zhàn)。由于可再生能源具有波動(dòng)性，并網(wǎng)發(fā)電必須得到調(diào)節(jié)。十年前，德國在新能源并網(wǎng)方面的電力控制、平衡系統(tǒng)都不能達(dá)到今天的水平，然而現(xiàn)在的可再生能源的應(yīng)用水平比10年前高多了。

儲(chǔ)能是未來可再生能源應(yīng)用的解決方案。電池成本下降給我們很多選擇，信息技術(shù)發(fā)展也給了我們更多機(jī)會(huì)。就系統(tǒng)優(yōu)化角度來講，技術(shù)與應(yīng)用需要匹配。

大量新能源并網(wǎng)導(dǎo)致電網(wǎng)對儲(chǔ)能的需求越來越高，高比例可再生能源并網(wǎng)的電力系統(tǒng)，對系統(tǒng)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(chǔ)能并不是唯一可用的選擇。

電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可用于多種應(yīng)用場合，特別適合于“功率型”的應(yīng)用。對特定儲(chǔ)能應(yīng)用項(xiàng)目及其相關(guān)需求的理解至關(guān)重要，這是選擇電池技術(shù)、合適的變流器和控制系統(tǒng)的根據(jù)。

克服重重障礙，共享清潔能源

●何豪能源創(chuàng)新(政策和技術(shù))有限責(zé)任公司首席執(zhí)行官、

保爾森研究院能源和環(huán)境問題高級研究員

如何使用一系列的戰(zhàn)略來建立由很多可再生能源組成的電網(wǎng)，這是很多國家現(xiàn)在面臨的問題。中國已經(jīng)制定了成為潔凈能源發(fā)展大國的戰(zhàn)略，這非常明智。當(dāng)前中國可再生能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展局勢矚目，電網(wǎng)由傳統(tǒng)能源為主向以可再生能源為主開始轉(zhuǎn)變。

但是，發(fā)展新能源也面臨一個(gè)問題，如果不改變電網(wǎng)改造和管理的方式，可再生能源一定會(huì)走到一個(gè)瓶頸。要更多的可再生能源上線并網(wǎng)，其工藝穩(wěn)定性和需求穩(wěn)定性要得到調(diào)節(jié)。

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(dòng)。整體來說，現(xiàn)代電網(wǎng)需要更多的應(yīng)用響應(yīng)需求側(cè)，并且不斷優(yōu)化系統(tǒng)的靈活度。

那么，究竟怎樣改進(jìn)電網(wǎng)的靈活度呢?首先，電網(wǎng)是系統(tǒng)的優(yōu)化引擎，電網(wǎng)公司有良好的機(jī)會(huì)在整個(gè)區(qū)域自然層面進(jìn)行優(yōu)化，電網(wǎng)不僅僅是能源供應(yīng)方，還應(yīng)該實(shí)現(xiàn)更多功能。其二，關(guān)閉那些老舊的火力發(fā)電廠。現(xiàn)在美國三分之一的火力發(fā)電廠都在關(guān)門。其實(shí)國家電網(wǎng)就是一個(gè)引擎，它可以優(yōu)化電力系統(tǒng)，適度開放市場，滿足需求方和供應(yīng)方的要求，引導(dǎo)各個(gè)參與者發(fā)揮自身最大的優(yōu)勢，電網(wǎng)系統(tǒng)才能發(fā)展得更好。

電池技術(shù)

鉛炭電池——新的儲(chǔ)能解決方案

●吳賢章浙江南都電源動(dòng)力股份有限公司

總工程師、國家認(rèn)定企業(yè)技術(shù)中心主任

鉛炭電池技術(shù)最早由澳大利亞科學(xué)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(xiàn)在已經(jīng)有十多年了。近年來，中國在此領(lǐng)域的研究也頗有建樹。鉛炭電池是技術(shù)先進(jìn)、性能優(yōu)越的化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)。目前，鉛炭電池采用復(fù)合技術(shù)，充電性能和使用壽命大幅提升。

儲(chǔ)能技術(shù)有5個(gè)關(guān)鍵評價(jià)指標(biāo)，即電池循環(huán)壽命、規(guī)模化、安全性、效率、成本。根據(jù)這幾個(gè)指標(biāo)測評鉛炭電池，我們發(fā)現(xiàn)，其循環(huán)充放電次數(shù)已經(jīng)達(dá)到非常理想的效果。

目前，儲(chǔ)能技術(shù)最核心的問題是成本問題。目前的測算結(jié)果是，鉛炭電池沒儲(chǔ)存一千瓦時(shí)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(yōu)勢明顯。

鉛炭電池技術(shù)突破方向有三個(gè)，第一個(gè)是炭的作用機(jī)理方面還需要研究，因?yàn)楝F(xiàn)在作用機(jī)理非常多，而且不同炭材料的機(jī)理也不一樣，所以這個(gè)機(jī)理必須要有針對性地改進(jìn)和提高。第二是高性能炭材料與添加劑還要進(jìn)一步完善，國際上也在往新的方向發(fā)展，我們現(xiàn)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(jī)協(xié)同也需要進(jìn)一步研究，鉛炭電池里面的一些電池管理系統(tǒng)和規(guī)模化的技術(shù)，也是鉛炭電池技術(shù)里非常重要的方面。

鈉硫電池在可再生領(lǐng)域的應(yīng)用前景

●玉越富夫NGK公司鈉硫電池事業(yè)部設(shè)計(jì)部部長

鈉硫電池在全世界的裝機(jī)容量很可觀。電池的安全性是人們往往比較關(guān)注的一個(gè)點(diǎn)。我們在電池的安全性能上做了很多工作。至于電池的設(shè)計(jì)，我們在每一節(jié)電池設(shè)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(yīng)用是今天我的演講重點(diǎn)。現(xiàn)有的能源系統(tǒng)中引入了大量可再生能源，導(dǎo)致電力質(zhì)量可靠性問題，而鈉硫電池可以在電網(wǎng)的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)揮重要作用，來維持和加強(qiáng)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(fēng)力發(fā)電，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電調(diào)度供應(yīng)的功能;在日本九州，光伏接入電網(wǎng)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(tǒng)，使當(dāng)?shù)啬茴~外增加安裝0.8萬千瓦的可再生能源，因?yàn)槠淇梢晕仗柲芎惋L(fēng)力發(fā)電引起的長和小的波動(dòng);在意大利南部，因?yàn)榭焖俸痛笠?guī)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(gè)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(hù)和加強(qiáng)電網(wǎng)安全，其較長的發(fā)展歷史、成熟的規(guī)模化產(chǎn)能技術(shù)、安全大量的存儲(chǔ)功能，使其成為建設(shè)全球能源互聯(lián)網(wǎng)的堅(jiān)強(qiáng)后盾。

磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)集成及應(yīng)用

●秦興才天津力神電池股份有限公司總裁

儲(chǔ)能應(yīng)用是能源互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，大規(guī)模儲(chǔ)能可以減少對電網(wǎng)的沖擊，可以減少冗余的調(diào)峰電站。現(xiàn)在，全球儲(chǔ)能大部分是抽水蓄能，但是化學(xué)儲(chǔ)能快速增長是當(dāng)前儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展的一個(gè)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(dá)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(shí)間內(nèi)切換自如，這也是重要的優(yōu)勢。其延伸產(chǎn)品——磷酸鐵鋰系統(tǒng)集成是把電池、PCS、控制系統(tǒng)、空調(diào)、消防等多功能設(shè)計(jì)在一個(gè)產(chǎn)品里，可以做到遠(yuǎn)程控制、通信多級保護(hù)、智能管理。

儲(chǔ)能的另一個(gè)趨勢是戶用儲(chǔ)能。戶用儲(chǔ)能現(xiàn)在已經(jīng)在歐洲、澳洲開始規(guī)模化的銷售，量越來越多，樣子類似多個(gè)抽屜的柜子，一個(gè)抽屜可以存3千瓦時(shí)電，可以和太陽能配合使用形成微網(wǎng)，能把電力儲(chǔ)存起來，應(yīng)用場景比較廣闊。

中國把發(fā)展新能源作為國家戰(zhàn)略，“十三五”期間希望中國鋰電池能夠達(dá)到一萬次的使用壽命，單機(jī)成本降到1元錢1千瓦時(shí)，我們應(yīng)該抱有信心，努力實(shí)踐。電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)將會(huì)越來越成熟。而根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)和實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，磷酸鐵鋰電池具有長壽命、低成本和高安全的特點(diǎn)，將是很有發(fā)展前景的電池體系。

儲(chǔ)能前沿

液態(tài)空氣儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)入商業(yè)示范階段

●丁玉龍伯明翰大學(xué)儲(chǔ)能研究中心主任

目前，由于能量的不同形式和不同應(yīng)用，多種出于不同技術(shù)成熟度的儲(chǔ)能技術(shù)并存。今天我著重介紹一下液態(tài)空氣儲(chǔ)能。19世紀(jì)末就提出了液態(tài)空氣儲(chǔ)能，利用液態(tài)空氣儲(chǔ)能進(jìn)行電網(wǎng)調(diào)峰的概念由英國于1977年首次提出。最先進(jìn)的液態(tài)空氣儲(chǔ)能技術(shù)經(jīng)過十多年的發(fā)展，現(xiàn)在到了商業(yè)示范階段。

大型液態(tài)空氣儲(chǔ)能主要適用于能量型的應(yīng)用，例如部分替代抽水蓄能電站功能，小規(guī)模的應(yīng)用為分布式能源系統(tǒng)和備用能源系統(tǒng)。液態(tài)空氣儲(chǔ)能具有占地面積很小、經(jīng)濟(jì)性好的特點(diǎn)。世界上第一套液態(tài)空氣儲(chǔ)能的反應(yīng)時(shí)間約為2.5分鐘，比壓縮空氣儲(chǔ)能的8～12分鐘要快，且可參與二次調(diào)頻，部分參與一次調(diào)頻。

目前最先進(jìn)的液態(tài)空氣儲(chǔ)能技術(shù)2007年后開始商業(yè)化。第一個(gè)350千瓦/2.5兆瓦時(shí)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(zhì)發(fā)電廠集成。該廠已經(jīng)捐贈(zèng)給伯明翰大學(xué)，2015年4月整廠搬遷到伯明翰大學(xué)校園，已交付伯明翰儲(chǔ)能研究中心。

其他兩種常見的儲(chǔ)能技術(shù)是壓縮空氣儲(chǔ)能與抽水蓄能，壓縮空氣儲(chǔ)能需要大型儲(chǔ)氣洞穴，對地質(zhì)條件要求苛刻;抽水蓄能技術(shù)需要山和兩個(gè)湖，對地質(zhì)條件要求高。液態(tài)空氣儲(chǔ)能在技術(shù)成熟度、技術(shù)可實(shí)施性、成本和經(jīng)濟(jì)性上具有強(qiáng)健的競爭力，應(yīng)用前景巨大。

壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)前景可期

●陳海生中科院工程熱物理所副所長、儲(chǔ)能研發(fā)中心主任

儲(chǔ)能技術(shù)急需應(yīng)用于傳統(tǒng)電網(wǎng)、新能源和分布式發(fā)電。儲(chǔ)能技術(shù)類型分為物理儲(chǔ)能和電化學(xué)儲(chǔ)能。物理儲(chǔ)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(dǎo)、鋅空氣和燃料電池。

我主要講一下壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)的研究和發(fā)展。壓縮空氣儲(chǔ)能通過壓縮空氣存儲(chǔ)多余的電能，將空氣存儲(chǔ)在地下。它的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是高功率、低成本、長壽命，不足主要是依賴化石燃料、需要儲(chǔ)氣室、效率低。

目前，全球有兩個(gè)百兆瓦級的壓縮空氣儲(chǔ)能。國內(nèi)研發(fā)都集中在實(shí)驗(yàn)室，沒有商業(yè)應(yīng)用，大多數(shù)的應(yīng)用處于實(shí)驗(yàn)或中試規(guī)模，但國內(nèi)關(guān)于壓縮空氣儲(chǔ)能的研發(fā)已涉及了各個(gè)環(huán)節(jié)。

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

下一步，1萬千瓦的壓縮空氣儲(chǔ)能已經(jīng)完成了系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析和關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)，目前已經(jīng)運(yùn)抵現(xiàn)場正在安裝調(diào)試。

超導(dǎo)儲(chǔ)能技術(shù)：一種新的可能性

●蒂姆·庫姆斯Magnifye公司經(jīng)理、劍橋大學(xué)工程系

EPEC超導(dǎo)組高級講師

我要講一講SMES超導(dǎo)體電能的儲(chǔ)備。SMES是一種基于直流磁場的儲(chǔ)能系統(tǒng)，以直流的磁場來儲(chǔ)存電。它很獨(dú)特，電一進(jìn)來就可以儲(chǔ)存，不需要把電轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，也不需要轉(zhuǎn)化為壓縮空氣，也不需要在山上抽水來蓄能。

SMES系統(tǒng)包括超導(dǎo)磁體線圈、功率變換系統(tǒng)、低溫系統(tǒng)和控制單元。其中最貴的是電源調(diào)節(jié)系統(tǒng)，當(dāng)這部分元件價(jià)格下降的時(shí)候，超導(dǎo)體會(huì)變得有經(jīng)濟(jì)性，而超導(dǎo)體磁鐵價(jià)格下降也會(huì)幫助超導(dǎo)的普及。超導(dǎo)體輸電沒有電損，是一種高密度的存電方式。在實(shí)際應(yīng)用中，SMES可以降低低頻振蕩，提高傳輸容量，提升電壓穩(wěn)定性。在電能質(zhì)量方面，SMES系統(tǒng)可為柔性交流輸電提供能量。同時(shí)，在分布式發(fā)電中，SMES可以平滑分布式發(fā)電系統(tǒng)的功率輸出，提高發(fā)電效率。

目前，SMES的高性能能量存儲(chǔ)特性使它能夠存儲(chǔ)備份電能，以提高發(fā)電機(jī)的功率和系統(tǒng)的可靠性，為敏感負(fù)載或重要設(shè)備提供不間斷電源，在造紙業(yè)、汽車組裝、石化煉油、化學(xué)與制藥領(lǐng)域都有著非常廣泛的應(yīng)用前景。

這種技術(shù)非常優(yōu)越，但仍然面臨著一些現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)。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(jìn)。

化學(xué)儲(chǔ)能新技術(shù)及應(yīng)用趨勢

●邱新平清華大學(xué)化學(xué)系教授

鋰離子電池是目前應(yīng)用較廣泛的電池，廣泛應(yīng)用于手機(jī)、電動(dòng)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(chǎn)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(fù)極須與空氣中的氧及水汽隔離，反應(yīng)產(chǎn)物會(huì)在正極區(qū)積累并阻止氧氣進(jìn)入。目前，鋰空氣電池的氧氣的氧化還氧反應(yīng)不可逆，引起充放電時(shí)的能量效率低，提高氧還原的可逆性是目前的關(guān)鍵問題。鋰空氣電池的材料被認(rèn)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(diǎn);氟離子電池的優(yōu)點(diǎn)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(shí)，儲(chǔ)能不是應(yīng)用單一材料，而是多樣的、多種材料共同應(yīng)用于電網(wǎng)。

本網(wǎng)轉(zhuǎn)載自其它媒體的文章及圖片，目的在于弘揚(yáng)石油化工精神，傳遞更多石油化工信息，宣傳國家石油化工政策，推廣石油化工企業(yè)品牌和產(chǎn)品，并不代表本網(wǎng)贊同其觀點(diǎn)和對其真實(shí)性負(fù)責(zé)，在此我們謹(jǐn)向原作者和原媒體致以崇高敬意。如果您認(rèn)為本站文章及圖片侵犯了您的版權(quán)，請與我們聯(lián)系，我們將第一時(shí)間刪除。