1儲(chǔ)能技術(shù)與大規(guī)模電力電網(wǎng)系統(tǒng)
基于我國(guó)能源分布的特點(diǎn)，當(dāng)前我國(guó)國(guó)家電網(wǎng)的建設(shè)目標(biāo)為“西電東送、南北互供、全國(guó)聯(lián)網(wǎng)”。儲(chǔ)能技術(shù)在大規(guī)模電力系統(tǒng)中的應(yīng)用需要根據(jù)不同地區(qū)的實(shí)際情況而定。大規(guī)模電力系統(tǒng)需要較多地利用大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)以達(dá)到儲(chǔ)能大容量/功率的要求。從整體上看，大部分大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)仍處于產(chǎn)業(yè)化初級(jí)階段，整體成本還比較高，需要更長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行驗(yàn)證，因此現(xiàn)階段更多的示范驗(yàn)證工程是有必要進(jìn)行的。
根據(jù)美國(guó)能源部信息中心的項(xiàng)目庫(kù)不完全統(tǒng)計(jì)，近10年來(lái)，由美國(guó)、日本、歐盟、韓國(guó)、智利、澳大利亞及我國(guó)等實(shí)施的MW級(jí)及以上規(guī)模的儲(chǔ)能示范工程達(dá)180余項(xiàng)，其中，電化學(xué)儲(chǔ)能示范數(shù)量近百項(xiàng)，非電化學(xué)儲(chǔ)能形式的示范數(shù)量超過(guò)80項(xiàng)，儲(chǔ)能技術(shù)涉及飛輪儲(chǔ)能、全釩液流電池、(新型)鉛酸電池、鈉硫電池等多種形式。從地域分布上看，美國(guó)在儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模和示范項(xiàng)目數(shù)量上都處于領(lǐng)先地位，項(xiàng)目數(shù)量占全球總項(xiàng)目數(shù)量的44%，主要為電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目；西班牙次之，項(xiàng)目數(shù)占14%，主要為太陽(yáng)能熱發(fā)電熔融鹽儲(chǔ)能項(xiàng)目；日本占8%，主要為電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目；我國(guó)占8%，全部為電化學(xué)儲(chǔ)能。從儲(chǔ)能類(lèi)型上看，MW級(jí)規(guī)模儲(chǔ)能示范項(xiàng)目中電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目數(shù)占比為53%，相變儲(chǔ)能占比34%，飛輪占比6%，其他類(lèi)型涉及壓縮空氣、電磁儲(chǔ)能和氫儲(chǔ)能等。其中，在電化學(xué)儲(chǔ)能示范項(xiàng)目數(shù)量中，鋰離子電池所占比重最高，達(dá)48%；其次為鈉硫電池和鉛酸電池，分別占比18%和11%。
2儲(chǔ)能技術(shù)與可再生新能源發(fā)電并網(wǎng)
可再生新能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)正在經(jīng)歷快速發(fā)展。英國(guó)計(jì)劃到2020年約30%電力生產(chǎn)來(lái)自于新能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)；以我國(guó)風(fēng)電為例，預(yù)計(jì)到2020年風(fēng)電裝機(jī)容量將超過(guò)發(fā)電總裝機(jī)容量的10%。但是，間歇性新能源發(fā)電仍存在重要技術(shù)瓶頸——發(fā)電不穩(wěn)定性和并網(wǎng)技術(shù)問(wèn)題。引入儲(chǔ)能技術(shù)是解決上述問(wèn)題的主要途徑，它可以提高發(fā)電廠輸出功率的可控性，抑制功率波動(dòng)，提高電能質(zhì)量，從而使風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等系統(tǒng)成為廣泛利用的電力供應(yīng)系統(tǒng)。儲(chǔ)能技術(shù)選擇需考慮額定功率和容量、響應(yīng)時(shí)間、安全穩(wěn)定性、技術(shù)成熟度、經(jīng)濟(jì)成本等。從應(yīng)用的角度，在電能質(zhì)量保證方面，飛輪、超級(jí)電容器、部分蓄電池(如鈉硫和液流)、超導(dǎo)磁儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠使發(fā)電廠輸出功率平滑，確保電網(wǎng)電能穩(wěn)定；在電能能量管理方面，隨著新能源裝機(jī)容量的提升，儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量需要相應(yīng)提高，新型壓縮空氣、熱能儲(chǔ)存、部分蓄電池(如鉛酸和液流)系統(tǒng)具有潛在的調(diào)峰功能，可以適合風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電等的大規(guī)模儲(chǔ)存。在世界范圍內(nèi)已建成一些示范性工程，如加拿大VRBPowerSystemsInc.在美國(guó)、德國(guó)等地的風(fēng)光儲(chǔ)能發(fā)電并網(wǎng)工程。2005年，美國(guó)California州建造了與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組相整合的450kW超級(jí)電容器，用以保證機(jī)組向電網(wǎng)輸送功率的穩(wěn)定性。我國(guó)在這個(gè)領(lǐng)域也在加快部署，例如正在運(yùn)行中的國(guó)網(wǎng)張北項(xiàng)目(20MW)是目前全球最大的風(fēng)光儲(chǔ)輸工程,張北風(fēng)光儲(chǔ)輸工程二期已于2013年6月開(kāi)始建設(shè)，其中包括化學(xué)儲(chǔ)能裝置50MW；南網(wǎng)儲(chǔ)能示范項(xiàng)目(10MW)，深圳寶清電池儲(chǔ)能站(4MW×4h)；此外，全球最大規(guī)模的5MW/10MWh全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在2013年2月并網(wǎng)，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格考核，已全面投入運(yùn)行，此技術(shù)可有效推進(jìn)我國(guó)可再生能源的普及應(yīng)用。
3儲(chǔ)能技術(shù)與分布式發(fā)電及微電網(wǎng)系統(tǒng)
分布式發(fā)電及微電網(wǎng)系統(tǒng)具有鮮明的特點(diǎn)：能獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)或者并網(wǎng)，接近電力消費(fèi)終端，容量相對(duì)較小(kW級(jí)別到幾十MW級(jí)別)等。針對(duì)其特點(diǎn)，儲(chǔ)能單元被認(rèn)為是此類(lèi)系統(tǒng)的必備部件。儲(chǔ)能單元可起到抑制系統(tǒng)和輸出功率的擾動(dòng)、用于短時(shí)過(guò)渡供電、調(diào)峰填谷、保持電壓頻率穩(wěn)定、提供可靠備用電源、提高系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行可靠性和靈活性等作用。目前已有一些建成的儲(chǔ)能示范工程應(yīng)用于分布式發(fā)電與微電網(wǎng)系統(tǒng)，如美國(guó)ZBB公司商業(yè)建筑儲(chǔ)能系統(tǒng)、西藏日喀則拉孜風(fēng)光互補(bǔ)離網(wǎng)項(xiàng)目、陜西世園會(huì)充電及風(fēng)光儲(chǔ)微網(wǎng)項(xiàng)目。2013年，歐洲最大的儲(chǔ)能電池設(shè)備在英國(guó)南部貝德福德郡的萊頓巴扎德啟動(dòng)，預(yù)計(jì)在2016年開(kāi)始投入運(yùn)營(yíng)，建成后的容量為6兆瓦，將使用錳酸鋰技術(shù)存儲(chǔ)電能，并在用電高峰期供能，以滿足電網(wǎng)需求。2015年4月30日20時(shí)，電動(dòng)車(chē)制造商特斯拉推出家庭儲(chǔ)能“Powerwall”電池組，這一整套設(shè)備可以和當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)集成，以處理過(guò)剩的電力，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移負(fù)荷、電力備份以及太陽(yáng)能發(fā)電自給。日本大和房建工業(yè)于2011年10月推出了具有蓄電池系統(tǒng)控制功能的智能住宅。從儲(chǔ)能運(yùn)用的角度出發(fā)，為了達(dá)到短時(shí)供電、調(diào)峰填谷和備用電源的目的，儲(chǔ)能單元系統(tǒng)須具備大容量能量/功率的能力。
4儲(chǔ)能技術(shù)與電動(dòng)汽車(chē)
電動(dòng)汽車(chē)與智能電網(wǎng)相結(jié)合的V2G技術(shù)是一種新近發(fā)展中的技術(shù)。由于電動(dòng)汽車(chē)較長(zhǎng)時(shí)間地處于停止?fàn)顟B(tài)，車(chē)載電池作為儲(chǔ)能單元，與電網(wǎng)的能量管理系統(tǒng)建立通信，從而達(dá)到電動(dòng)汽車(chē)與智能電網(wǎng)能量轉(zhuǎn)換互補(bǔ)的目的。利用V2G技術(shù)，使電動(dòng)汽車(chē)具有潛在地參與較小規(guī)模電力電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻、電能質(zhì)量保證和備用電源等應(yīng)用。電動(dòng)汽車(chē)蓄電池(如鉛酸、鋰電池等)甚至超級(jí)電容器都有可能作為V2G系統(tǒng)的儲(chǔ)能單元。如日本NEC、美國(guó)Maxwell等公司在電動(dòng)汽車(chē)、軌道交通系統(tǒng)等領(lǐng)域中就運(yùn)用了超級(jí)電容技術(shù)。日本式智能電網(wǎng)政府實(shí)現(xiàn)目標(biāo)：電動(dòng)汽車(chē)/插電式混合動(dòng)力占新車(chē)的百分比從0.4%上升到2020年的20%，通過(guò)V2H技術(shù),EV/PHV提供大容量?jī)?chǔ)能電池，也可以用于電力峰值轉(zhuǎn)移或應(yīng)急電源，來(lái)提高電力汽車(chē)/插電式混合動(dòng)力汽車(chē)儲(chǔ)能電池的應(yīng)用。在Keihanna,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)100輛電動(dòng)汽車(chē)充電量的系統(tǒng)及應(yīng)用車(chē)載監(jiān)控的需求響應(yīng)來(lái)抑制充電量的系統(tǒng)驗(yàn)證正在進(jìn)行。
5儲(chǔ)能技術(shù)在智能電網(wǎng)應(yīng)用中所面臨的挑戰(zhàn)和機(jī)遇
儲(chǔ)能作為一項(xiàng)高科技含量高工程要求的新興技術(shù)，還面臨著重大的挑戰(zhàn)：
?。?）技術(shù)挑戰(zhàn)。大部分儲(chǔ)能技術(shù)成熟度還有待提高，特別是關(guān)鍵材料、核心技術(shù)。另外儲(chǔ)能在電力電網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)間較短，而電網(wǎng)對(duì)于安全可靠性要求很高，儲(chǔ)能設(shè)備產(chǎn)品的定型周期需要長(zhǎng)時(shí)間的驗(yàn)證；
?。?）經(jīng)濟(jì)挑戰(zhàn)。與關(guān)鍵技術(shù)、能源效率以及應(yīng)用場(chǎng)合密切聯(lián)系的投資和維護(hù)成本將成為各種儲(chǔ)能技術(shù)選擇發(fā)展的關(guān)鍵考量；
（3）政策挑戰(zhàn)。雖然各國(guó)都制訂了發(fā)展儲(chǔ)能技術(shù)的戰(zhàn)略，但在如何管理儲(chǔ)能系統(tǒng)和如何對(duì)于儲(chǔ)能技術(shù)的研發(fā)給予支持仍然需要政策細(xì)化。
同時(shí)，我們也看到，去年中國(guó)儲(chǔ)能項(xiàng)目裝機(jī)增長(zhǎng)已超過(guò)全球增速。截至2013年底，除抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能及儲(chǔ)熱外，全球儲(chǔ)能項(xiàng)目總裝機(jī)容量達(dá)73.6萬(wàn)kW，較2012年增長(zhǎng)了12%。而中國(guó)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度則相對(duì)更快。截至2013年底，中國(guó)已運(yùn)行的儲(chǔ)能項(xiàng)目裝機(jī)規(guī)模達(dá)5.15萬(wàn)kW，較2012年增長(zhǎng)了39%。快速增長(zhǎng)涉及可再生能源并網(wǎng)、分布式發(fā)電及微網(wǎng)、電動(dòng)汽車(chē)等多個(gè)方面。
主辦單位：中國(guó)電力發(fā)展促進(jìn)會(huì) 網(wǎng)站運(yùn)營(yíng)：北京中電創(chuàng)智科技有限公司 國(guó)網(wǎng)信通億力科技有限責(zé)任公司 銷(xiāo)售熱線：400-007-1585
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