時光如流水，不等任何人。一不留神，平臺已經(jīng)存在一年了，激動的在群里到處發(fā)紅包，為什么？引用《道德經(jīng)》的話說：道生一、一生二、二生三、三生萬物。用現(xiàn)在通俗的話講：好的開始是成功的一半。儲能市場里，我是一個耍著魯班牌斧頭的工匠，希望通過不同方式的叫賣，吸引行業(yè)內(nèi)外人士的關(guān)注。
這篇文章，我將對儲能本身做個知識性的歸納與總結(jié)。
儲能是個好行業(yè)，朝陽產(chǎn)業(yè)，是個需求呼喚產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)。儲能重在儲，它表征充裕和安全。農(nóng)村老家，家庭婦女樂于在廚房多存點干柴，可抵御刮風(fēng)下雨時的無柴可燒；城市里，極端天氣來臨之前，媳婦習(xí)慣多接一盆水，可預(yù)防突發(fā)停水而不至于無飯可做；辛苦工作的人偏愛把錢存入銀行，避免未來生活意外對家庭的沖擊……如此等等，都是儲存帶來的好處，電力也不例外。有了儲能，新能源可以自由并網(wǎng)，風(fēng)機(jī)可以隨意轉(zhuǎn)動而不限電，微網(wǎng)系統(tǒng)讓社區(qū)更安全，智能電網(wǎng)不在流于概念，能源互聯(lián)將會輕松實現(xiàn)，有了儲能，我們更可以像在淘寶網(wǎng)上買衣服一樣購買電能。儲能是新能源代替化石能源的關(guān)鍵一環(huán)，是能源利用方式變革的支點。
一、什么是儲能？什么是電力儲能？
定義是對概念的內(nèi)涵所做的簡要而精準(zhǔn)的描述，甚至具有哲學(xué)的高度，一著不慎便淪為笑話，比如柏拉圖老師說“兩腿而無毛者即為人”，他的學(xué)生端給他一盤香辣烤雞，兩腿而無毛！大思想家尚且認(rèn)栽，何況我們。
什么是儲能？搜了不少資料，我本人認(rèn)同以下表述：從廣義上講，儲能即能量存儲，是指通過一種介質(zhì)或者設(shè)備，把一種能量形式用同一種或者轉(zhuǎn)換成另一種能量形式存儲起來，基于未來應(yīng)用需要以特定能量形式釋放出來的循環(huán)過程。從狹義上講，針對電能的存儲，儲能是指利用化學(xué)或者物理的方法將產(chǎn)生的能量存儲起來并在需要時釋放的一系列技術(shù)和措施。
二、為什么需要儲能？
儲能是戰(zhàn)略型產(chǎn)業(yè)，質(zhì)疑聲不斷，有人曾當(dāng)著我的面直接說儲能沒有前途滔滔不絕于耳十分鐘，他基于一個現(xiàn)象：中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展不景氣，電網(wǎng)供應(yīng)已經(jīng)過剩，小電廠大量關(guān)閉，過剩時期電網(wǎng)沒必要把電儲存起來或者購買來自儲能設(shè)備的電。這種思想有問題，這里掃盲一下，中國電力面臨的問題不是多與少而是結(jié)構(gòu)比例，比如降低火電比例，增加清潔能源發(fā)電比例。你一定很吃驚，中國目前70%以上的電力供應(yīng)來自燃煤，燃煤帶來的環(huán)境問題不必多講，只追加一個例子，在環(huán)保部形同虛設(shè)的日子里，不少電廠篡改數(shù)據(jù)，比如調(diào)節(jié)煙塵傳感器參數(shù)，調(diào)至合格區(qū)域內(nèi)，數(shù)據(jù)很漂亮，領(lǐng)導(dǎo)也不傻，通過與氣象衛(wèi)星云圖對比，原形畢露！現(xiàn)在環(huán)保部今非昔比，在南京即使有工廠偷排氣體，也能通過玫瑰圖準(zhǔn)確定位源頭。習(xí)大大G20杭州會上主動向聯(lián)合國提交了中國人大《巴黎協(xié)定》批準(zhǔn)書，我要說，這表現(xiàn)出國家節(jié)能減排的決心，但是任務(wù)艱巨，比如中國承諾2020年新能源發(fā)電比例達(dá)到15%，2030年到20%，2016年快過完了，這個比例不到11%，可以預(yù)見未來幾年，中國還將有一大批的風(fēng)電和光伏項目要實施，除此之外，新能源汽車也是實現(xiàn)節(jié)能減排的一個重要手段，個人感覺，我黨在減排方面的承諾還未落空過。但以上措施把傳統(tǒng)的大電網(wǎng)逼到了死胡同，電網(wǎng)遇到了致命的問題——波動性。為了維穩(wěn)，我們棄掉了光伏、風(fēng)電甚至水電。目前困局在于，新能源并網(wǎng)無門，微網(wǎng)與分布式應(yīng)用鮮有突破，智能電網(wǎng)呼吁多年一直裹足不前，能源互聯(lián)更是掛在天邊的彩虹。美好的前景讓我們義無反顧，同時挑戰(zhàn)隨即迎面撲來，行業(yè)呼喚著儲能技術(shù)。
1、新能源的接入
新能源相對煤和石油等化石能源而言，包括風(fēng)電、光伏、水電、潮汐能等我就拿風(fēng)能和太陽能舉例。下面的餅狀圖是2015年世界各國新增裝機(jī)容量以及累計裝機(jī)容量的對比，紅色為中國數(shù)據(jù)，可謂占據(jù)半壁江山，風(fēng)電市場，中國說第二，別國不敢說第一，數(shù)據(jù)為證：15年全球風(fēng)電累計裝機(jī)容量432GW，中國總裝機(jī)為145.2GW，占世界的33.6%！再看15年新增裝機(jī)量，世界新增63GW，中國為30GW，占比高達(dá)48.4%；光伏市場更是舉世矚目，還是15年，全球累計裝機(jī)256GW，新增59GW，國內(nèi)15年累計裝機(jī)43GW，占比17%，新增17GW，占比29%，對比風(fēng)電的比例，可以看出，光伏還有很大發(fā)展空間。（數(shù)據(jù)來源于國外預(yù)測機(jī)構(gòu)）
對行業(yè)外的人來講，風(fēng)光發(fā)電越多，新能源占比越高，國家越清潔，然而波動性的存在讓想法事與愿違。請看一張曲線對比（曲線來自哈佛Azziz教授的PPT），曲線顯示的是在3周時間內(nèi)風(fēng)電、光伏以及電網(wǎng)負(fù)荷變化情況。先說電網(wǎng)，像一個勤勞的古代農(nóng)民，日出而作，日落而息，耕田而食，鑿井而飲，規(guī)規(guī)矩矩，規(guī)規(guī)律律，老少無欺，十年如一日；其次是光伏負(fù)荷，屬于三心二意，心猿意馬型，雖有安分作息之形式，然身在曹營心在漢，禁不住外界的紅塵紛擾，心中波濤起不停，高低敏迷，不知西東；最無奈是風(fēng)電，放蕩形骸、天馬行空之類，毫無規(guī)矩可言，更像是一個蔑視課堂的學(xué)生，想來就來，說走就走！假若火電、風(fēng)電和光伏是電網(wǎng)的三個兒子，不用想，受寵的是肯定是火同學(xué)，挨批的一定是光同學(xué)，挨揍的必然是風(fēng)同學(xué)！
如果缺少消納能力，過多的新能源將會對電網(wǎng)造成嚴(yán)重的影響，大了講，工廠的各種設(shè)備將會因為負(fù)荷的頻發(fā)波動而縮短壽命；小了講，負(fù)荷波動會導(dǎo)致家里的照明忽亮忽暗，有燒毀風(fēng)險。這里我有過親身經(jīng)歷，在我小學(xué)四五年級的時候，家里通了電，看見燈泡的光亮，全家果斷甩掉了煤油燈，甚是高興，唯一困惑的是燈泡總是壞掉，我曾在半夜開燈，燈光超乎尋常的亮，刺眼的感覺現(xiàn)在還有印象，但緊接著啪一聲，燈絲燒斷，一片黑暗。所以有人問電力波動有什么危害，我的第一印象就是燒燈泡。
電力有了波動怎么辦？我們可以有以下幾種辦法：
?。?）棄之不用，對新能源電力并網(wǎng)亮紅燈，這是一種電網(wǎng)無能為力的體現(xiàn)勞民傷財；
?。?）上更大規(guī)模的火電，增大基數(shù)，相對降低新能源比例；
?。?）加大電力外送，將本地用不完的負(fù)荷通過特高壓輸送到需求地區(qū)，把問題打包轉(zhuǎn)移，到人民最需要的地方去；
?。?）智能管理，電網(wǎng)對電力用戶進(jìn)行實時統(tǒng)計與預(yù)測，優(yōu)化設(shè)備運行時間短，以應(yīng)對電網(wǎng)波動，有稱之為電網(wǎng)智能化，比如德國，利用強(qiáng)大的電網(wǎng)調(diào)度功能，可保證30%的新能源電力自由上網(wǎng)，奇跡；
?。?）增加儲能，通過削峰填谷或調(diào)峰手段，實現(xiàn)新能源電力的穩(wěn)定輸出。
方法（1）丟車保帥，采用丟棄來實現(xiàn)電網(wǎng)穩(wěn)定，無奈事實已經(jīng)發(fā)生，毫不夸張，三北地區(qū)平均每三塊光伏板有一塊不給發(fā)電，每兩臺風(fēng)機(jī)有一臺停歇。趴的都是固定資產(chǎn)，我負(fù)責(zé)過一些資產(chǎn)管理，清楚每年折舊的價值有多高。方法（2）是掩耳盜鈴，自欺欺人，如此操作理論上消納了更多的新能源，實際卻大幅增加了煤炭發(fā)電量，能源結(jié)構(gòu)非但不會優(yōu)化，反而會惡化，筆者只能評價為別有用心，遺憾的是，專家學(xué)者集體啞火，火電如火如荼，我不禁想起武漢東湖剛炸掉的變形金剛大樓，存活16年，理由是破壞東湖風(fēng)貌，大樓的設(shè)計者是一名院士，設(shè)計之初就心知肚明，為什么還能蓋起來？其中的原因類似。方法（3）是權(quán)宜之計，擊鼓傳花似的做法無益于問題解決。方法（4）是緩兵之計，誰都知道這個做法一定會碰到飽和點，但做了總比不做好，它時刻考驗著調(diào)度者的智慧。方法（5）可徹底解決波動性，儲能好比一個大水缸，只要缸內(nèi)有水，上部進(jìn)水量的波動不影響下部出水流量的穩(wěn)定性，波動問題徹底解決。
2、微網(wǎng)與分布式能源
中國人獨愛“大”字，老子說：“道大天大地大人亦大”，劉邦回農(nóng)村老家時唱“大風(fēng)起兮云飛揚”，王維詩句“大漠孤煙直，長河落日圓”，教科書講我國地大物博。中國電網(wǎng)也不例外，可謂“天網(wǎng)恢恢”。然而，要想做到疏而不漏，還需要微網(wǎng)來輔助。
微網(wǎng)概念并非憑空想象，而是來源于實際需求。電網(wǎng)雖然很發(fā)達(dá)，一旦發(fā)生故障，用戶會立刻面臨無電可用的境界，特別是在地震，海嘯，山體滑坡等區(qū)域性自然災(zāi)害之后，主干線故障之后，災(zāi)區(qū)瞬間與世隔絕，電視不能看、電話撥不出、手機(jī)沒信號，幾乎與世隔絕。這種災(zāi)難在日本很頻繁，島國感受最深，他們對微網(wǎng)的研究或投入很早很積極。在我老家，電力供給嚴(yán)重不足，拉閘限電時有發(fā)生，有兩年春節(jié)大年夜居然停電，看不成春晚，這讓我很是郁悶。走在發(fā)達(dá)的城市路上，常常思考解決之道，以至于在接觸微網(wǎng)這個概念時，有種相識已久的感覺。
怎么理解微網(wǎng)？它有什么特點？
簡單說就是電源和負(fù)載組成的一個系統(tǒng)。比如出門在外，我們習(xí)慣為手機(jī)配上一枚充電寶，插上數(shù)據(jù)線為手機(jī)充電時，可以認(rèn)為這是一個袖珍的微網(wǎng)，有電源有負(fù)載；家庭配置一套電池系統(tǒng)，在停電時開啟，確保家電運行，如果你家有足夠的屋頂，配上光伏板，組成戶用光儲系統(tǒng)，這也是一種微網(wǎng)形式；以此類推，范圍逐步擴(kuò)大，負(fù)荷逐漸提升，從小區(qū)到社區(qū)，電源接入類型有外電網(wǎng)、光伏、風(fēng)電、儲能等。只要容量不高于50MW，都可以稱作微網(wǎng)系統(tǒng)。
微網(wǎng)的特點主要有以下幾個方面：
?。?）靈活：相對于大電網(wǎng)，微網(wǎng)可以自由靈活調(diào)度；
?。?）多樣：可以接入不同類型的電源，可大大提高新能源的接入。
?。?）可控：可實現(xiàn)各類電力的切換，大大提高用電安全性和可靠性。
?。?）交互：微網(wǎng)可根據(jù)需求，為大電網(wǎng)提供有效的支撐，用電低谷時儲存電網(wǎng)電能，高峰時釋放釋放電能。
?。?）獨立：無外部電能供給的一段時間內(nèi)，微網(wǎng)系統(tǒng)可保障內(nèi)部的穩(wěn)定供應(yīng)。
這里必須強(qiáng)調(diào)一下，微網(wǎng)的核心和瓶頸是儲能，沒有儲能，微網(wǎng)無從談起我的老東家國電南自2010年左右就成立了微網(wǎng)事業(yè)部，與之配套的有新能源科技，南自電網(wǎng)，綜合監(jiān)控等眾多部門，最終沒能有所作為，就是因為儲能沒到位，不止南自，國內(nèi)外做微網(wǎng)的不在少數(shù)，儲能的技術(shù)成熟度和經(jīng)濟(jì)性是阻礙微網(wǎng)的關(guān)鍵因素。
3、智能電網(wǎng)
智能電網(wǎng)的實施主體是電網(wǎng)本身，目的是應(yīng)對極不平衡的電力需求，減少過度投入。以上海為例，為解決每年夏季用電高峰期的供電需求，電網(wǎng)公司花了幾百億元進(jìn)行升級改造，回頭一看，這個高峰時段僅有幾十個小時，怎么算都覺得不值得，基于此，專家們想到了智能電網(wǎng)，通過對發(fā)電企業(yè)以及用電端大數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與分析，制定合理的邏輯，實現(xiàn)用電負(fù)荷與發(fā)電負(fù)荷之間的平衡錯峰作業(yè)，降低用電高峰期電力負(fù)荷等等。目前江蘇在推行戶用智能電表，實時監(jiān)測各家各戶用電規(guī)律，調(diào)節(jié)電力供應(yīng)。
這里也碰到一個癥結(jié)：用戶用電的波動性和隨機(jī)性很大，可謂變幻無常，然而常規(guī)電廠的運行時以穩(wěn)定性著稱的，穩(wěn)定意味著高效率，常規(guī)電廠啟停麻煩，比如啟動一座燃煤機(jī)組至少需要48小時，花費成百上千萬都有可能。再比如，國家目前推行的新能源汽車政策來算，預(yù)計2020年不低于500萬輛，平均重點功率10kw，則充電負(fù)荷將會在0-50GW之間隨機(jī)變化，面對波動的新能源與隨機(jī)的負(fù)荷需求，常規(guī)電站無所適從，必須上儲能，否則亂作一團(tuán)。目前國內(nèi)外所用的儲能形式為抽水儲能，效果很好。但不是每種牛奶都叫特侖蘇，不是每座山都可以建抽水電站，選址苛刻，投資成本高，建設(shè)時間長，靈活性差。抽水蓄能可謂是儲能界的大白，在別的儲能產(chǎn)品還未成型之前，它是全世界電網(wǎng)調(diào)節(jié)負(fù)荷的依靠。
4、能源互聯(lián)
個人認(rèn)為，能源互聯(lián)是智能電網(wǎng)的高級階段和終極目標(biāo)，是互聯(lián)網(wǎng)+能源的重要形式，一提到互聯(lián)網(wǎng)，媳婦的第一反應(yīng)是買買買，能源互聯(lián)就是要把能源當(dāng)做商品在網(wǎng)上叫賣，由獨立的售電主體直接與用戶進(jìn)行交易，用戶可根據(jù)需求購買，比如居家型主婦會挑選便宜的電能，環(huán)保觀念強(qiáng)的會購買新能源電能，更有甚者，你可以通過購買鄰居家富余的電力來加深鄰里關(guān)系。能源互聯(lián)是一種直面客戶的互聯(lián)網(wǎng)關(guān)系，是能源利用方式的變革，需要強(qiáng)大而完善的儲能技術(shù)做支撐。
三、儲能的作用
儲能是可再生能源接入、分布式發(fā)電、微網(wǎng)、電動汽車、智能電網(wǎng)以及能源互聯(lián)發(fā)展必不可少的支持技術(shù)。中國電網(wǎng)運營當(dāng)前面臨著最高用電負(fù)荷持續(xù)增加，間歇式能源接入比例擴(kuò)大、調(diào)峰手段有限等諸多挑戰(zhàn)，而優(yōu)質(zhì)、安全、清潔、經(jīng)濟(jì)、互動是我國智能電網(wǎng)的設(shè)定目標(biāo)，儲能技術(shù)具備的諸多優(yōu)勢得以在發(fā)電、輸電、配電、用電四個環(huán)節(jié)得到廣泛應(yīng)用。儲能環(huán)節(jié)作為構(gòu)建智能電網(wǎng)中不可或缺的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，被譽(yù)為“智能電網(wǎng)第五元素”。
1、削峰填谷
為提高配電網(wǎng)設(shè)備的資產(chǎn)利用率，儲能可以作為“削峰填谷”的手段之一，在短暫的用電高峰出現(xiàn)時，儲能系統(tǒng)向電網(wǎng)釋放電能；在電網(wǎng)出現(xiàn)負(fù)荷低谷時儲能系統(tǒng)向電網(wǎng)吸收電能。在一定程度上，儲能系統(tǒng)可以“拉平”系統(tǒng)的峰谷負(fù)荷差當(dāng)存在峰谷電價時，儲能甚至還能實現(xiàn)對電能的“低吸高拋”，即在谷負(fù)荷時充電在峰負(fù)荷時放電，一定程度上降低最終用戶的電費。此外，根據(jù)儲能系統(tǒng)有功出力的方式又可以分成兩類：一種是儲能系統(tǒng)總是以滿發(fā)或滿吸的形式參與峰谷調(diào)節(jié)；一種是實時節(jié)儲能系統(tǒng)有功出力，保證電網(wǎng)凈負(fù)荷在預(yù)設(shè)水平。
2、電能質(zhì)量
電力系統(tǒng)負(fù)荷變化是引起電力系統(tǒng)頻率波動的主要原因，由于儲能系統(tǒng)可以非?？焖俚捻憫?yīng)電網(wǎng)變化，因此具備控制不同時間尺度頻率變化的能力。儲能系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)或者調(diào)度系統(tǒng)相配合時，可以實現(xiàn)調(diào)頻功能。相比較于傳統(tǒng)通過發(fā)電機(jī)調(diào)速實現(xiàn)的一次調(diào)頻而言，儲能系統(tǒng)更加適合，其一，儲能系統(tǒng)運行在非額定工況下時也具有較高的效率；其二，由于能量可以雙向流動，儲能系統(tǒng)可以提供兩倍于額定容量的調(diào)節(jié)能力；其三，儲能系統(tǒng)具備更快的調(diào)節(jié)能力，通?？稍趲酌雰?nèi)從待機(jī)到滿功率運行。一次調(diào)頻的設(shè)計主要采用本地頻率的負(fù)反饋，同時兼顧與其他調(diào)頻機(jī)組間的配合（調(diào)差系數(shù)、調(diào)節(jié)速度等方面）電池的充放電狀態(tài)等。二次調(diào)頻主要針對變化周期在10秒到數(shù)分鐘之間負(fù)荷分類、以及變化緩慢的持續(xù)變動負(fù)荷分量進(jìn)行控制，需在上述一次調(diào)頻基礎(chǔ)上增加AGC控制功能，即儲能系統(tǒng)接收AGC指令，相關(guān)的上傳信息為：執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工況信息，如參與AGC運行的儲能系統(tǒng)的實際發(fā)電功率、發(fā)電功率調(diào)節(jié)的限制條件（調(diào)節(jié)范圍、調(diào)節(jié)速率）、控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)等。下發(fā)的AGC控制指令，如調(diào)
3、備用電源
儲能用于系統(tǒng)的事故備用以防止低頻減載，事故備用要求能在系統(tǒng)主力電源出現(xiàn)缺口時，在3～5秒內(nèi)提供有效出力，它比普通的旋轉(zhuǎn)備用要求有更快的響應(yīng)。電池儲能系統(tǒng)可以提供這樣的事故備用，減小主力機(jī)組故障時的負(fù)荷丟失作為快速備用的儲能系統(tǒng)在提供出力時，要求具備保持至少15分鐘的滿容量輸出的能力，以保證備用的同步機(jī)組能完成啟動、同步、負(fù)荷恢復(fù)的完整過程。在之后的15分鐘，儲能系統(tǒng)可以將出力逐步降低到零。作為快速備用時，啟動狀態(tài)要求電池的SOC不低于70%。每次作為快速備用運行之后，儲能系統(tǒng)將利用夜間或者負(fù)荷低谷期完成充電，達(dá)到100%的SOC。
四、儲能的方式
按照存儲方式不同，可包括電磁儲能，化學(xué)儲能以及物理儲能三種方式。
電磁儲能包括超導(dǎo)磁能，超級電容儲能；化學(xué)儲能包括鋅溴電池、全釩電池、鎳氫、鋰離子、鈉硫鉛酸等；物理儲能包括抽水蓄能、壓縮空氣、以及飛輪儲能等。
1、電磁儲能
超導(dǎo)儲能：超導(dǎo)儲能是利用超導(dǎo)體的電阻為零特性制成的儲存電能的裝置其不僅可以在超導(dǎo)體電感線圈內(nèi)無損耗地儲存電能，還可以通過電力電子換流器與外部系統(tǒng)快速交換有功和無功功率，用于提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性、改善供電品質(zhì)。將一個超導(dǎo)體圓環(huán)置于磁場中，降溫至圓環(huán)材料的臨界溫度以下，撤去磁場，由于電磁感應(yīng)，圓環(huán)中便有感應(yīng)電流產(chǎn)生，只要溫度保持在臨界溫度以下，電流便會持續(xù)下去。試驗表明，這種電流的衰減時間不低于10萬年。顯然這是一種理想的儲能裝置，稱為超導(dǎo)儲能。超導(dǎo)儲能的優(yōu)點很多，主要是功率大、質(zhì)量輕、體積小、損耗小、反應(yīng)快等等，因此應(yīng)用很廣。如大功率激光器，需要在瞬時提出數(shù)千乃至上萬焦耳的能量，這就可有超導(dǎo)儲能裝置來承擔(dān)。超導(dǎo)儲能還可以用于電網(wǎng)。當(dāng)大電網(wǎng)中負(fù)荷小時，把多余的電能儲存起來，負(fù)荷大時又把電能送回電網(wǎng)，這樣就可以避免用電高峰和低谷時的供求矛盾。這就是超導(dǎo)儲能。
超級電容：超級電容器，又名電化學(xué)電容器，雙電層電容器、黃金電容、法拉電容，是從上世紀(jì)七、八十年代發(fā)展起來的通過極化電解質(zhì)來儲能的一種電化學(xué)元件。它不同于傳統(tǒng)的化學(xué)電源，是一種介于傳統(tǒng)電容器與電池之間、具有特殊性能的電源，主要依靠雙電層和氧化還原假電容電荷儲存電能。但在其儲能的過程并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這種儲能過程是可逆的，也正因此，超級電容器可以反復(fù)充放電數(shù)十萬次。其基本原理和其它種類的雙電層電容器一樣，都是利用活性炭多孔電極和電解質(zhì)組成的雙電層結(jié)構(gòu)獲得超大的容量。超級電容用于儲能有如下特點：
（1）充電速度快，充電10秒～10分鐘可達(dá)到其額定容量的95%以上；
?。?）循環(huán)使用壽命長，深度充放電循環(huán)使用次數(shù)可達(dá)1~50萬次，沒有“記憶效應(yīng)”；
?。?）大電流放電能力超強(qiáng)，能量轉(zhuǎn)換效率高，過程損失小，大電流能量循環(huán)效率≥90%；
?。?）功率密度高，可達(dá)300W/KG~5000W/KG，相當(dāng)于電池的5~10倍；
?。?）產(chǎn)品原材料構(gòu)成、生產(chǎn)、使用、儲存以及拆解過程均沒有污染，是理想的綠色環(huán)保電源；
?。?）充放電線路簡單，無需充電電池那樣的充電電路，安全系數(shù)高，長期使用免維護(hù)；
?。?）超低溫特性好，溫度范圍寬-40℃～+70℃；
?。?）檢測方便，剩余電量可直接讀出；
?。?）容量范圍通常0.1F--1000F。
但同時，超級電容因其能力密度較低，多級串聯(lián)一致性差等問題，限制了其在規(guī)模儲能的進(jìn)一步應(yīng)用。
鋅溴電池：鋅溴儲能電池是一種新型、高效的電化學(xué)儲能設(shè)備，又被稱為氧化還原液流儲能電池（FlowRedoxCell）。該儲能電池的電解質(zhì)溶液（儲能介質(zhì)）存儲在電池外部的電解液儲罐中，電池內(nèi)部正負(fù)極之間由微孔膜分隔成彼此相互獨立的兩室（正極側(cè)與負(fù)極側(cè)），電池工作時正負(fù)極電解液由各自的動力泵強(qiáng)制在儲液罐和電池構(gòu)成的閉合回路中進(jìn)行循環(huán)流動。
近幾十年來，鋅溴液流電池技術(shù)在美國、日本、澳大利亞等國獲得了快速的發(fā)展。ZBB及PremiumPower公司則圍繞鋅溴電池的基礎(chǔ)研發(fā)及商業(yè)化開展了大量工作。國內(nèi)產(chǎn)業(yè)化研發(fā)起步較晚，當(dāng)下有3-4家，中科院大連物化所從2008年開始對鋅溴電池進(jìn)行研發(fā)工作，在科技部973項目支持下在電池功率密度，循環(huán)穩(wěn)定性，系統(tǒng)集成方面做了全面的研究。安徽美能主要以美國ZBB的EnergyStoreTM技術(shù)為基礎(chǔ)，進(jìn)行鋅溴電池系統(tǒng)的總裝。北京百能匯通在鋅溴電池原材料國產(chǎn)化上面做了大量工作。特變電工以檢測應(yīng)用為主，已建成鋅溴電池關(guān)鍵材料、單電池、單堆、模塊以及儲能試驗系統(tǒng)等五個檢測平臺，通過社會合作及自主研發(fā)加工，開展了鋅溴電池關(guān)鍵材料制作、電堆制作、電池控制系統(tǒng)開發(fā)、儲能管理系統(tǒng)開發(fā)等工作，并實施了南京浦口科技園25kw/100kwh項目，特變電工儲能事業(yè)部（南京）50kwh工程。
釩電池：全釩氧化還原液流電池，簡稱釩電池。其工作原理是通過采用不同價態(tài)的釩離子溶液分別作為正負(fù)極活性物質(zhì)，通過外接泵把溶液從儲液槽壓入電池堆體內(nèi)完成電化學(xué)反應(yīng)，之后溶液又回到儲液槽，液態(tài)的活性物質(zhì)不斷循環(huán)流動。
釩氧化還原電池所有的反應(yīng)物都在溶液中，其儲能容量與輸出功率無關(guān)。因此釩電池可以很容易地實現(xiàn)儲能容量的經(jīng)濟(jì)擴(kuò)容。釩電池可以通過更換電池堆進(jìn)行重復(fù)使用，電解液和儲能罐也能重復(fù)使用。釩電池的充放電效率約為75%電池單元的輸出響應(yīng)很快，可以在幾毫秒內(nèi)完成從0功率運行到滿功率輸出，由于系統(tǒng)中其他設(shè)備的限制，釩電池系統(tǒng)的輸出響應(yīng)時間大約20ms。液流電池具有能量轉(zhuǎn)換效率高、循環(huán)壽命長、蓄電容量大、選址自由、可深度放電、系統(tǒng)設(shè)計靈活、安全環(huán)保、維護(hù)費用低等優(yōu)點。釩電池作為儲能電源主要應(yīng)用在電廠（電站）調(diào)峰以平衡負(fù)荷，大規(guī)模光電轉(zhuǎn)換、風(fēng)能發(fā)電的儲能電源以及作為邊遠(yuǎn)地區(qū)儲能系統(tǒng)，不間斷電源或應(yīng)急電源系統(tǒng)。
釩電池的關(guān)鍵技術(shù)在于關(guān)鍵材料制備與成本控制方面，包括高穩(wěn)定性電解液高選擇性低成本離子交換膜、高反應(yīng)活性電極等，另一方面關(guān)鍵材料的批量化制備技術(shù)，也是液流電池的產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)。
鎳氫電池：鎳氫電池是由氫離子和金屬鎳合成，電量儲備比鎳鎘電池多30%比鎳鎘電池更輕，使用壽命也更長，并且對環(huán)境無污染。鎳氫電池的缺點是價格比鎳鎘電池要貴好多，性能比鋰電池要差。
鋰電池：鋰離子電池以含鋰的化合物作正極，如鈷酸鋰（LiCoO2）、錳酸鋰（LiMn2O4）或磷酸鐵鋰（LiFePO4）等二元或三元材料；負(fù)極采用鋰-碳層間化合物，主要有石墨、軟碳、硬碳、鈦酸鋰等；電解質(zhì)由溶解在有機(jī)碳酸鹽中的鋰鹽組成的。其工作原理如圖所示，充電時，鋰原子變成鋰離子通過電解質(zhì)向碳極遷移，在碳極與外部電子結(jié)合后作為鋰原子儲存，放電的時候整個過程可逆。
與其他傳統(tǒng)蓄電池相比，鋰離子電池具有比能量高、額定電壓高、大電流放電能力強(qiáng)、高功率承受力、自放電率低等優(yōu)點，其比能量（200Wh/kg）達(dá)到了鉛酸電池的5倍左右，單體工作電壓為3.7V或3.2V，循環(huán)壽命在淺充放模式下可以達(dá)到3000~5000次，儲能效率可以達(dá)到90%以上。但鋰離子電池耐過充/放電性能差，組合及保護(hù)電路復(fù)雜，成本相對于鉛酸電池等傳統(tǒng)蓄電池偏高，這些因素制約了鋰離子電池在大型動力和儲能電池領(lǐng)域的應(yīng)用。隨著新能源汽車、可再生能源及分布式電站技術(shù)的發(fā)展，鋰離子電池在新能源汽車、可再生能源接入及小型分布式電站等方面的應(yīng)用受到越來越多的關(guān)注。
鈉硫電池：鈉硫電池的正極為液態(tài)（熔融）的硫，負(fù)極為（熔融）的鈉，兩者通過固態(tài)氧化鋁陶瓷分離開，電解質(zhì)只允許正鈉離子通過和硫結(jié)合形成多硫化物：放電時，帶正電的鈉離子通過電解質(zhì)，而電子通過外部電路流動產(chǎn)生大約2V的電壓。充電時，整個過程逆轉(zhuǎn)，多硫化鈉釋放正鈉離子反向通過電解質(zhì)重新結(jié)合為鈉。整個電池正常工作需要保持溫度在300℃-350℃。
典型的鈉硫電池的循環(huán)壽命周期約為2500次充放電循環(huán)。該電池典型的能量功率密度分別為150-240kWh/m3和150W/kg-230W/kg，并且單元效率很高（75%-90%），擁有的脈沖功率可達(dá)連續(xù)工作的六倍（脈沖時間可達(dá)30秒）。這種特性使鈉硫電池可同時用于提高電力質(zhì)量和調(diào)峰，具有很好的經(jīng)濟(jì)性。如上所述，硫化鈉電池需要在高溫下工作（300℃-350℃），因此它的主要缺點是需要熱源，使用電池自身存儲的熱量來維持系統(tǒng)溫度，從而降低了電池的部分性能。而另一個主要問題是初期成本較高（2000美元/KW和350美元/KWh），但是隨著產(chǎn)能的擴(kuò)大，預(yù)期成本將會降低。
鉛酸電池：鉛酸電池是指電極由鉛及其氧化物制成，電解液是硫酸溶液的一種蓄電池。在充電狀態(tài)下，鉛酸電池的正極主要成分為二氧化鉛，負(fù)極主要成分為鉛；放電狀態(tài)下，正負(fù)極的主要成分均為硫酸鉛。圖1為鉛酸電池的工作原理。放電時，正極的二氧化鉛與硫酸反應(yīng)生成硫酸鉛和水，負(fù)極的鉛與硫酸反應(yīng)生成硫酸鉛；充電時，正極的硫酸鉛轉(zhuǎn)化為二氧化鉛，負(fù)極的硫酸鉛轉(zhuǎn)化為鉛。
鉛酸電池未來的主要發(fā)展趨勢在于優(yōu)化電池關(guān)鍵原材料的制備技術(shù)，改進(jìn)電池結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造工藝和提升電池工況適用范圍等。同時許多企業(yè)在開發(fā)新型的鉛酸電池，如鉛碳電池、超級鉛酸電池和水平鉛酸電池等，這些新技術(shù)有望使鉛酸電池在儲能密度和循環(huán)壽命上有所突破。
抽水蓄能：抽水蓄能電站在用電低谷通過水泵將水從低位水庫送到高位水庫從而將電能轉(zhuǎn)化為水的勢能存儲起來，其儲能總量同水庫的落差和容積成正比在用電高峰，水從高位水庫排放至低位水庫驅(qū)動水輪機(jī)發(fā)電。抽水蓄能電站的工作方式同常規(guī)水電站類似，具有技術(shù)成熟、效率高、容量大、儲能周期不受限制等優(yōu)點。但是，抽水蓄能電站需要優(yōu)越的地理條件建造水庫和水壩，需要的建設(shè)周期很長（一般約10~15年），初期投資巨大。不僅如此，建造兩個大型水庫會淹沒大面積的植被甚至城市，造成生態(tài)破壞和移民問題。抽水蓄能電站的發(fā)展趨勢主要包括大容量機(jī)組、高水頭水泵水輪機(jī)、高轉(zhuǎn)速大容量發(fā)電機(jī)、變速調(diào)節(jié)控制、無人化智能
壓縮空氣：傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)是基于燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)的儲能系統(tǒng)。其工作原理是，在用電低谷，將空氣壓縮并存于儲氣室中，使電能轉(zhuǎn)化為空氣的內(nèi)能存儲起來；在用電高峰，高壓空氣從儲氣室釋放，進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室燃燒，然后驅(qū)動透平發(fā)電，如圖3所示。傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)具有儲能容量較大、儲能周期長、效率高和投資相對較小等優(yōu)點。但是，傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)不是一項獨立的技術(shù)，它必須同燃?xì)廨啓C(jī)電站配套使用，不能適合其他類型電站，特別不適合我國以燃煤發(fā)電為主，不提倡燃?xì)馊加桶l(fā)電的能源戰(zhàn)略。而且，傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)仍然依賴燃燒化石燃料提供熱源，面臨化石燃料價格上漲和污染物控制的限制。此外，同抽水蓄能電站類似，壓縮空氣儲能系統(tǒng)也需要特殊的地理條件建造大型儲氣室，如巖石洞穴、鹽洞、廢棄礦井等。
飛輪儲能：飛輪儲能是將能量以飛輪的轉(zhuǎn)動動能的形式來存儲。充電時，飛輪由電機(jī)帶動飛速旋轉(zhuǎn)；放電時，相同的電機(jī)作為發(fā)電機(jī)由旋轉(zhuǎn)的飛輪產(chǎn)生電能。儲存在飛輪中的能量與飛輪（以飛輪轉(zhuǎn)軸作為其轉(zhuǎn)動慣量的參考軸）的質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)速度的平方成正比?？梢?，雖然可以通過提高飛輪總質(zhì)量來達(dá)到更大的儲能量，更為有效的方法是提高飛輪的轉(zhuǎn)速。飛輪儲能具有儲能密度較高（30Wh/kg和1kW/kg）、充放電次數(shù)與充放電深度無關(guān)、能量轉(zhuǎn)換效率高（可達(dá)90%）、可靠性高、易維護(hù)、使用環(huán)境條件要求低、無污染等優(yōu)點。圖中為一個典型的飛輪儲存裝置。該裝置包括高速旋轉(zhuǎn)的飛輪；封閉的殼體提供了一個高真空環(huán)境（~大氣壓力）以減少阻力損失，并保護(hù)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)；軸承系統(tǒng)為轉(zhuǎn)子提供低損耗支撐；以及電源轉(zhuǎn)換和控制系統(tǒng)。
五、制約儲能發(fā)展的因素
有人會問，儲能這么重要，為什么儲能市場還沒起來呢？問題在產(chǎn)品本身?，F(xiàn)在儲能產(chǎn)品尚未達(dá)到商業(yè)化的地步。當(dāng)前，市場對儲能產(chǎn)品的要求為：2000元/千瓦時，壽命5-10年，免維護(hù)或少維護(hù)，安全可靠，各家電池技術(shù)與工藝成熟度離商業(yè)化要求還有些差距。鋰電鈉硫價格和安全性不夠，鉛酸壽命不達(dá)標(biāo)，釩電池價格與占地面積稍大，鋅溴認(rèn)知度不高，產(chǎn)品商業(yè)化不夠等等，我在平臺的第二篇文章中有過闡述，這里不再重復(fù)。
六、國內(nèi)外儲能現(xiàn)狀與政策
縱觀全球儲能政策，國外領(lǐng)先，國內(nèi)落后，中國至少落后美國5年，證據(jù)如下：2011年美國通過法律將儲能作為調(diào)頻服務(wù)的單獨機(jī)構(gòu)，而這一類似政策在我國的出臺時間是2016年。16年前后，中國政府支持儲能發(fā)展的態(tài)度逐漸清晰，針對儲能的政策陸續(xù)公布13五規(guī)劃綱要明確提出了發(fā)展儲能與分布式能源，國家能源局也在三月份印發(fā)了“儲能參與三北地區(qū)調(diào)峰”的文件：規(guī)定明確了10MW以上，充電4小時的儲能系統(tǒng)可參與調(diào)峰。這是有史以來最為明確的儲能政策。儲能前景進(jìn)一步明朗其他各國政策和時間各有差異，見下表。
美國：美國計劃2030年光伏發(fā)電占比達(dá)到10%，美國政府、能源部以及地方政府在2010年后密集出臺法律和政策，扶持儲能技術(shù)，美國能源部制定了2011-15年儲能發(fā)展計劃，美國能源委員會通過《為效果付費政策》正式將儲能列為調(diào)頻服務(wù)的單獨機(jī)構(gòu)，給予儲能平等的競爭機(jī)會。加州政府對儲能的支持更為直接，出臺AB法，規(guī)劃儲能發(fā)展路線，通過《SGIP計劃》給與儲能系統(tǒng)單獨補(bǔ)貼。
德國：德國政府一直重視新能源發(fā)展，德國依靠強(qiáng)大的電網(wǎng)運行管理實力，在沒有儲能的情況下，新能源的接入比例高達(dá)30%，接近飽和，政府計劃2050年新能源占比達(dá)到100%，為此，儲能補(bǔ)貼已經(jīng)開始，目前，針對戶用光儲系統(tǒng)進(jìn)行600歐元的一次性補(bǔ)貼。除此之外，德國對儲能規(guī)模和儲能方案作了界定，以100kwh為界限，以下用鉛酸和鋰電，以上用液流電池。
日本：日本10年通過能源基本法，大力扶持儲能技術(shù)進(jìn)步，投入規(guī)模超過100億日元。11年大地震后，為推進(jìn)能源安全，又加大了對儲能技術(shù)開發(fā)的撥款。
澳大利亞：澳大利亞對儲能的發(fā)展也是先立法，后補(bǔ)貼，比如05年出臺的先進(jìn)儲能技術(shù)計劃，集中補(bǔ)貼了一批儲能項目，包括Redflow和zbb等，金額共計超過2000w美元，09年以后，成立兩個部門，扶持儲能技術(shù)發(fā)展，一個負(fù)責(zé)儲能技術(shù)的前期研發(fā)示范，一個為具有成熟技術(shù)或商業(yè)化潛力的新公司提供幫助。
七、中國儲能機(jī)遇與挑戰(zhàn)
中國作為能源大國，發(fā)展儲能優(yōu)勢明顯，具有龐大的儲能市場，強(qiáng)大的儲能需求，低廉的研發(fā)成本、發(fā)達(dá)的基礎(chǔ)工業(yè)、廉價的原材料，又加上近年來一直向好的儲能政策，吸引越來越多的國際儲能企業(yè)和儲能技術(shù)入住中國，在國內(nèi)尋找儲能商業(yè)化的機(jī)遇。我在下圖列舉了三種大規(guī)模儲能技術(shù)的中國化歷程：
釩電池：釩電池儲能最先由新南威爾斯大學(xué)提出，98年澳大利亞的pinnacle
VRB公司購買西南威爾斯大學(xué)的專利技術(shù)，開始釩電池應(yīng)用研究，01年加拿大VRBPower收購澳大利亞pinnacleVRB，繼續(xù)釩電池商業(yè)化研究，并推出相關(guān)模塊化產(chǎn)品，09年，北京普能收購加拿大VRB，借助攀鋼釩礦優(yōu)勢，試圖降低成本，以實現(xiàn)商業(yè)化，并在2011年拿到張北工程1MW儲能示范項目。
鈉硫電池：1967年，福特汽車申請世界首個鈉硫電池專利，應(yīng)用目標(biāo)是電動汽車項目，后因為問題太多而終止開發(fā)，85年日本NGK公司在日本政府的資助下研究鈉硫電池在電網(wǎng)中的應(yīng)用，02年開始首個示范項目，2006年，上海電力聯(lián)合上海硅酸鹽研究院共同開發(fā)鈉硫電池，目前在崇明島開始示范運行。
鋅溴電池：94年ZBB購買江森自控相關(guān)專利技術(shù)，開始鋅溴電池商業(yè)化研究，目前有模塊化的產(chǎn)品，2011年ZBB與鑫龍電器合資成立安徽美能，進(jìn)軍中國儲能市場，同年，百能匯通得到風(fēng)投資金，開始電池國產(chǎn)化研究，國電南自、特變電工等企業(yè)也紛紛加入鋅溴技術(shù)引進(jìn)，探索儲能領(lǐng)域的應(yīng)用。
八、全球儲能行情
在各國的共同努力下，儲能市場呈現(xiàn)了蓬勃發(fā)展的趨勢，根據(jù)最新預(yù)測，2020年，儲能系統(tǒng)累計安裝量將達(dá)到11.3GW，容量也將突破30GWH。
九、結(jié)束語
各種信息表明，儲能市場風(fēng)云涌動，各種新技術(shù)也層出不窮，因其技術(shù)成熟度不足，距離商業(yè)化較遠(yuǎn)等因素，這里沒有作介紹，但是，我必須說，這是一個沒有老大的行業(yè)，用陳清泉院士的話講：目前的儲能技術(shù)雖然有很多，但每一種都有其優(yōu)缺點，可以發(fā)揮自身優(yōu)勢，應(yīng)用在不同場合，沒有一種技術(shù)可以壟斷一切、包打天下。對多種多樣的儲能技術(shù)，要鼓勵百花齊放。政府通過建立公平公正公開的體制機(jī)制，進(jìn)行監(jiān)管，最終讓市場來檢驗各種儲能技術(shù)的實踐。
