可再生能源發(fā)展離不開(kāi)儲(chǔ)能

歷史上出現(xiàn)了三次能源革命：第一次能源革命煤炭代替了薪柴。當(dāng)時(shí)英國(guó)抓住發(fā)展機(jī)遇,，成為全球霸主,，但也引發(fā)了諸多問(wèn)題,，如倫敦大霧霾,，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),，當(dāng)時(shí)英國(guó)能源結(jié)構(gòu)中70%以上是煤炭,。第二次能源革命油氣代替了煤炭,，美國(guó)借勢(shì)成為新的世界霸主。第三次能源革命,，則是可再生能源,，普及可再生能源是全球?qū)崿F(xiàn)低碳能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。預(yù)計(jì)2030年以后,，整個(gè)能源結(jié)構(gòu)當(dāng)中,，可再生能源將會(huì)占主導(dǎo),。我國(guó)在“十三五”規(guī)劃中提出的能源革命和能源結(jié)構(gòu)調(diào)整戰(zhàn)略方針是,，到2020年，我國(guó)風(fēng)能發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到2.5億千瓦,，光伏發(fā)電達(dá)1.5億千瓦,，光熱發(fā)電達(dá)500萬(wàn)千瓦?？稍偕茉凑饾u由輔助能源變?yōu)橹鲗?dǎo)能源,。

電網(wǎng)在100多年歷史中，沒(méi)有儲(chǔ)能也運(yùn)行得很好,，為何現(xiàn)在需要儲(chǔ)能?風(fēng)電,、太陽(yáng)能發(fā)電的不穩(wěn)定、不連續(xù)性特性對(duì)電網(wǎng)造成沖擊,，配置儲(chǔ)能,，則根本上解決了這一問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)安全,、穩(wěn)定供電,。近年來(lái)，棄風(fēng),、棄光,、棄水率居高不下,，僅去年全年，我國(guó)棄風(fēng),、棄光,、棄水總量就高達(dá)1100億千瓦時(shí)，超過(guò)三峽電站全年發(fā)電量,。儲(chǔ)能的重要性凸顯——可平衡發(fā)電和用電,、確保電網(wǎng)穩(wěn)定，因此大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)是實(shí)現(xiàn)可再生能源普及應(yīng)用的核心技術(shù),。

近年來(lái),，隨著可再生能源開(kāi)發(fā)利用規(guī)模不斷擴(kuò)大，儲(chǔ)能技術(shù)的研究與應(yīng)用日漸廣泛,。與此同時(shí),，國(guó)家開(kāi)始重視儲(chǔ)能，一系列利好政策不斷出臺(tái),，尤其是近期5部委聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于促進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》,。作為國(guó)內(nèi)首個(gè)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)政策文件，《指導(dǎo)意見(jiàn)》明確了儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)未來(lái)10年的發(fā)展目標(biāo),，標(biāo)志著儲(chǔ)能在電網(wǎng)中主體地位的確立,。同時(shí)《指導(dǎo)意見(jiàn)》鼓勵(lì)多種技術(shù)路線和應(yīng)用場(chǎng)景并行發(fā)展，并且提出了由政府引導(dǎo),、市場(chǎng)主導(dǎo),，強(qiáng)調(diào)建立補(bǔ)償機(jī)制，而非單純給予補(bǔ)貼,，預(yù)計(jì)未來(lái)與電化學(xué)儲(chǔ)能相關(guān)的示范項(xiàng)目將加快推進(jìn),，多種儲(chǔ)能商業(yè)模式將有望蓬勃發(fā)展。

不同儲(chǔ)能技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)

儲(chǔ)能技術(shù)可按規(guī)模大小區(qū)分,，本文主要聚焦大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù),，即時(shí)間長(zhǎng)、功率大,，適用于電網(wǎng)的儲(chǔ)能技術(shù),。大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)需滿足三個(gè)條件：一是安全性，二是生命周期的性價(jià)比高即經(jīng)濟(jì)性,，三是生命周期的環(huán)境負(fù)荷低即環(huán)境友好,。對(duì)大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)而言，由于系統(tǒng)功率和容量大,，發(fā)生安全事故造成的危害和損失大,，因此大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)的首要要求是安全可靠，解決安全可靠性是其重中之重,。此外,，無(wú)論多大規(guī)模的儲(chǔ)能,，報(bào)廢后的廢棄物處理成本必須算上，對(duì)環(huán)境的影響必須考慮進(jìn)去,。

抽水儲(chǔ)能,、壓縮空氣儲(chǔ)能、鋰離子電池,、鈉硫電池,、鉛酸/鉛炭電池、液流電池等是目前主要的幾種儲(chǔ)能技術(shù),，各有優(yōu)缺點(diǎn),，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)要找準(zhǔn)定位，使不同的儲(chǔ)能技術(shù)在不同的領(lǐng)域和場(chǎng)景扮演關(guān)鍵角色,。

抽水儲(chǔ)能技術(shù),，優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟，世界范圍已建127000MW,、儲(chǔ)能容量大,，占儲(chǔ)能總裝機(jī)容量的99%，缺點(diǎn)是受地形,、生態(tài)環(huán)境等條件的限制,。在歐美，抽水儲(chǔ)能裝機(jī)容量一般占發(fā)電裝機(jī)容量的5%15%,，而我國(guó)由于水力資源,、地理環(huán)境等資源限制，抽水儲(chǔ)能裝機(jī)容量只占發(fā)電裝機(jī)容量的不足1.7%,。

壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù),，優(yōu)點(diǎn)是儲(chǔ)能容量大,，缺點(diǎn)是選址地質(zhì)條件限制大,，需和燃?xì)馊加碗娬九涮住嚎s空氣儲(chǔ)能技術(shù)比較成熟,，早在上世紀(jì)80年代的德國(guó)和90年代的美國(guó)就有建過(guò)壓縮空氣儲(chǔ)能電站,，但目前世界上僅有2座百兆瓦級(jí)傳統(tǒng)的壓縮空氣儲(chǔ)能電站。

鋰離子電池儲(chǔ)能技術(shù),，現(xiàn)在鋰離子電池產(chǎn)能很大,，價(jià)格不斷下降，但要用到大規(guī)模儲(chǔ)能上,，則要重視安全性問(wèn)題和容量衰減問(wèn)題,。鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)做得越大，其能量衰減就越快,。

鈉硫電池儲(chǔ)能技術(shù),，優(yōu)點(diǎn)是能量密度較高,、單個(gè)電池的開(kāi)路電壓高，是高溫型蓄電池(350℃運(yùn)行),，缺點(diǎn)是液態(tài)硫和金屬鈉對(duì)氧化鋁隔膜具有強(qiáng)腐蝕性,，易引起爆炸，危險(xiǎn)性大;電池防腐,、隔熱與安全防護(hù)要求高;制造成本高;啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)(數(shù)十小時(shí)至上百小時(shí)),。目前，全球范圍內(nèi)能制造鈉硫電池的只有日本NGK公司,，鈉硫電池中的金屬鈉容易著火,，有極大安全隱患。日本在2010年2月和2011年9月的兩場(chǎng)大型鈉硫電池著火事件給日本鈉硫電池公司造成重大打擊,，導(dǎo)致很多訂單退貨,。

鉛酸、(鉛碳)電池儲(chǔ)能技術(shù),，優(yōu)點(diǎn)是鉛酸電池技術(shù)成熟,、價(jià)格低廉、安全性能相對(duì)可靠;鉛碳電池可大幅度提高電池壽命,，缺點(diǎn)是循環(huán)壽命短,、環(huán)境污染。通過(guò)近幾年對(duì)鉛碳電池研究,，結(jié)果表明如果鉛碳電池做得好,，同樣條件下，鉛碳電池的壽命要比鉛酸電池增加5倍,，但仍存在一些安全性問(wèn)題,。

液流電池是未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

根據(jù)咨詢公司Navigant 2015年對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)的相關(guān)預(yù)測(cè)，認(rèn)為鋰離子,、液流電池,、鉛碳電池將成為未來(lái)儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

全釩液流電池儲(chǔ)能技術(shù)的工作原理是利用釩離子價(jià)態(tài)變化,，實(shí)現(xiàn)電能儲(chǔ)存和釋放,。全釩液流電池的優(yōu)勢(shì)是，安全性好,，比較適合大規(guī)模儲(chǔ)能,，特別是兆瓦以上的儲(chǔ)能和時(shí)間比較長(zhǎng)(4個(gè)小時(shí)以上)的儲(chǔ)能;目前在電池中壽命最長(zhǎng)，大于13000多次;充放電響應(yīng)速度比較快;電解液可循環(huán)使用,。缺點(diǎn)是比能量較低,，不適合電動(dòng)車，只適合固定電站,。

中國(guó)開(kāi)發(fā)全釩液流電池具有先天優(yōu)勢(shì),。就釩資源來(lái)看,，全球目前已知的資源儲(chǔ)量大約有6300萬(wàn)噸，中國(guó)釩儲(chǔ)量占世界38%,。全球目前適合開(kāi)采的釩資源儲(chǔ)量為1300萬(wàn)噸,，其中95%在中國(guó)、俄羅斯和南非,。此外,，迄今在全釩液流領(lǐng)域，中國(guó)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈最全,，所有材料均已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化,。

處于產(chǎn)業(yè)化示范階段的全釩液流電池正在成為新能源發(fā)電和電網(wǎng)的重要儲(chǔ)能技術(shù)之一。去年,，國(guó)家能源局批準(zhǔn)建設(shè)的首個(gè)大型化學(xué)儲(chǔ)能國(guó)家示范項(xiàng)目——大連液流電池儲(chǔ)能調(diào)峰站,，采用的是國(guó)內(nèi)自主研發(fā)、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全釩液流電池儲(chǔ)能技術(shù),，建成后將成為全球規(guī)模最大的全釩液流電池儲(chǔ)能電站,。

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