储能产业“领跑”新能源市场

文/阮晓东

储能产业“领跑”新能源市场

文/阮晓东

加紧对储能新技术的研发，力图将各种储能新技术加速应用到电力体系中，以此来促进中国能源体系的变革

在能源互联网时代，储能产业所扮演的“电力硬盘”的角色越来越受到关注，电力公司、高科技公司、政府和电力用户都开始关注电力储存技术的潜力。目前，储能产业已经从概念发展成为智能电网规划的重要组成部分，世界各国的电网都在积极参与推动这一领域的技术发展。随着我国电力市场化程度的不断提高，储能产业在新电改的刺激下正在迎来重要发展机遇。特别是由于储能产业的发掘将解决可再生能源和电动汽车发展难题，储能产业已成为我国新一轮的投资热点。与此同时，中国也加紧对储能新技术的研发，力图将各种储能新技术加速应用到电力体系中，以此来促进中国能源体系的变革。

储能产业受到全球关注

美国能源企业特斯拉在今年4月推出了Powerwall家用储能电池，引起了各国的广泛注意。据称，Powerwall可以将电费低廉时储存的电能在电费高昂时释放，并与可再生能源（太阳能、风电）配套使用，所以其具备一定的经济性，这也成为Powerwall储能电池大规模推广的最重要原因。实际上，由于储能技术在发输配用环节可以实现调峰、调频、调压、容量调节等价值，所以先进储能产业正受到全球关注，很多先进储能电池生产商都相继在美国、亚洲和欧洲建立新工厂，欧盟、韩国、日本等国也都设立专项经费支持储能技术的研究与开发。

比如美国政府已将大规模储能技术定位为支撑新能源发展的战略性技术，并在政策制订、 资金扶持、补贴机制、投资税收抵扣等方面提供强有力的支持。日本政府除直接支持前期研发外，还扶持了大量示范性项目，以鼓励大容量储能技术的推广应用。

我国政府也十分了解储能技术和储能产业发展对中国能源体系的重要作用。并且早就在该方面展开了一系列的工作。据悉，目前中国的铅酸电池技术和抽水蓄能技术已经较为成熟，并且已经开发使用超过10年；以锂离子电池为代表性的第二代化学电池正在完成从实验室研发到大规模商业化的过程，目前正积极致力于储能及汽车用动力电池领域的应用；燃料电池、液流电池、金属-空气电池等技术正处于研发的过程中，但很多企业或研究单位的产品已经展示了进一步发展的潜力。

进入到2015年，国内储能产业在新电改政策的刺激下，正在迎来重要的发展机遇。

其中一个重要的发展方向是智能电网的建设亟需储能技术的支持。由于储能技术可以为电力发、输、配、用各环节提供了有效的能量缓冲和能量润滑，并且在一定程度上对电力使用进行更合理的二次调配，所以可以大大改进电力使用的可靠性和经济性。智能电网所强调的电网能量管理智能化的要求、对电力可靠性和经济性的要求、对新能源接纳的要求都为储能产业的发展提供了前所未有的发展机遇。

与此同时，我们也看到中国的储能应用示范项目正在呈现爆发发展的态势。其中一个方向是分布式发电及微网的建设所带动的储能项目的建设，另外是再生能源并网也带动了储能项目的发展。随着中国微电网电价及补贴方案进入征求意见稿讨论阶段，微网项目或有望获得70%的系统补贴。若该政策得到落实，将会激活中国储能产业蓬勃发展，甚至撬动全球储能市场。

表 1： 我国各区域储能项目分布情况

解决新能源和电动汽车发展难题

目前我国正在进入经济发展的转型期，我国经济多年依靠的投资、出口、消费三驾马车遇到了前所未有的问题，同时粗放式的发展模式已经让我国的单位产品的资源消耗量、环境污染远远高于发达国家。中国经济正在向资源消耗少、产出效益好、人民安居乐业的发展阶段转型。新能源发展在低碳转型的过程中给人类提供了清洁可持续的能源来源，电动汽车的崛起则为石油大规模替代提供了可能。此外，新能源和电动汽车产业的发展因为涉及的产业链长，波及面广，所以这两个产业在我国产业转型过程中受到了特别的重视。

不过，新能源具有间断性的特点，电网无法大规模消纳并网。新能源在运行过程中很多是“靠天吃饭”，无论是风能还是太阳能。在没有风的阴天，如何保证居民的的正常生产生活用电？电网的运营需要稳定频率，风能和太阳能每天大起大落，如何防止波动引发停电事故？

反复研讨之后，世界各国都把“突围”的重担压在了储能产业的建设上。主要原因就是储能既作为能量来源，也作为负载，特别是平抑大规模清洁能源发电接入电网带来的波动性，提高电网运行的安全性、经济性和灵活性。当然，储能技术对电网的运行还有其他好处，比如帮助增加可再生能源的渗透率，促进分布式（微电网）发电的发展，通过电价设计，促进电力市场自由化（比如前述的Powerwall家用储能电池）。

所以，当前我国十分重视储能技术在新能源电网建设中的应用。其应用的中短期目标是让电池储电系统充当电网“稳压器”，当可再生发电能力超过用电需求时，把多余的电力储存起来，晚上风力不足或没有太阳的时候，释放储存的电力。长期目标则是建设能源互联网，储能技术可以让原来“刚性”的电力系统变得更加柔性，所以其在确保大电网安全性和可靠性、加强区域电网峰谷负荷调节能力、提高输变电能力、改善电能质量等方面有着重要的作用。

储能技术对电动汽车发展的重要性则比较直观。

电动汽车以电力代替石油产品，没有尾气污染，是解决我国能源和环境问题的重要手段。目前世界上越来越多的国家、企业投入到电动汽车的发展行列中，新的电动汽车企业不断涌现。而作为世界第一汽车产销国，我国政府把电动汽车的发展作为汽车产业应对能源安全、气候变化和结构升级问题的重要突破口，以及实现汽车产业跨越式发展的重要举措。

然而，当前我国电动汽车产业发展仍受诸多技术因素影响，比如电池的电量、充换电技术、服务定价机制、商业推广模式等。其中最为关键的环节仍然是电池能量。2000年以来，世界电动汽车发展的突破，也与电池能量，即储能技术进步迅速密切相关。铅酸蓄电池、镍基电池、钠硫电池、二次锂电池、空气电池等让电动汽车不断获得越来越高的动力支持。目前，全球汽车制造商使用的动力电池主要使用锂电池，比如以特斯拉为代表的镍钴铝酸锂电池（钴酸锂电池）、以比亚迪为代表的磷酸铁锂电池和以日本汽车为代表的锰酸锂电池。但是由于锂电池的能量密度低，目前电动汽车的行驶里程一般只有150-300公里之间。

新的储能技术似乎出现了曙光。据西方媒体2014年末报道，西班牙Graphenano公司和西班牙科尔瓦多大学合作研发的石墨烯电池，一次充电时间只需8分钟，可行驶1000公里，被石墨烯研究者称做“超级电池”。按照西班牙上述机构的数据，石墨烯也可能大幅度增加电池的容量。“超级电池”参数显示，其能量密度超过600wh/kg，是目前动力锂电池的5倍；使用寿命是目前锂电池两倍；其成本将比目前锂电池降低77%。这有望解决新能源汽车长期面临的充电速度和巡航里程问题。

电动汽车的充电、巡航里程和安全问题都涉及电池。储能技术作为新能源发展和电动汽车发展的关键环节，其技术突破将改变整个世界的能源格局。储能技术作为新能源时代的核心技术之一，必将为人类打开一扇通往新能源时代的门。对于中国而言，电动汽车、储能技术和风电、太阳能的有效结合，除了清洁发展，还可以形成对石油的有效替代，保障能源安全，这正是政府重视储能技术的发展的原因。

中国加紧研发储能新技术

当今世界，储能技术及产业的发展已经成为衡量一个国家综合国力的主要标志，成为国际智力和经济力竞争的新焦点和主要手段。目前世界储能技术发展和研究水平较高的国家主要是日本、美国等国家，这些国家已经具备较为完备的储能研发基础，并得到政府的充分重视，因此在研究上也往往比较超前和完善。

比如目前世界上超级电容的市场份额基本被日本、美国、俄罗斯占据，其中日本超级电容的生产量占全球超级电容生产总量的50%以上。相比之下，我国国内从事小容量超级电容生产的厂家有20-30家，但能实现批量生产大容量超级电容器并达到实用化水平的厂家只有5、6家；压缩空气储能、飞轮储能处于研究阶段，还没有成熟装 和产品，以国外企业为主。即使是水电储能领域，虽然我国水电设备企业有产业基础，但技术和市场份额远远落后国外企业。

正因为如此，近几年来，我国政府及相关研究机构针对我国在能源互联网、规模化储能、微电网储能、分布式可再生能源储能、通讯基站储能、工业节能用储能技术、家庭储能、电动汽车风光储充（换）电站等应用领域需求，积极组织实施储能产业技术研究，推动前瞻性关键技术、产业标准的发展，也取得了一定的进展。

比如压缩空气储能系统具有储能容量大、电能转换效率高、安全可靠、环境友好等特性，被视为继抽水蓄能电站之后一种极具潜力的大规模储能系统。由中国科学院理化技术研究所、清华大学及中国电力科学研究院共同研制的“500kW非补燃压缩空气储能发电示范系统”在安徽芜湖成功实现励磁发电，完成100kW发电的阶段目标。此次系统发电成功，标志着我国在大规模压缩空气储能领域的一项重要突破，这对推进我国储能产业的发展具有重要意义。

全钒液流电池是一种适用于风能、太阳能等可再生能源发电过程的大容量蓄电储能装备，能够克服风能、太阳能发电的不稳定、不连续的缺陷。清华大学王保国教授课题组利用该研究成果已经开发成功5 kW、10 kW两种规格的电堆，能量效率超过73%，进入批量试制阶段。该电池具有容量大、寿命长、效率高、成本低、安全可靠的特点。据悉，该课题组的科研成果“大规模蓄电储能的全钒液流电池技术与装备”采用自主创新的质子传导膜、电解液、电堆设计与制造技术，在电池性能与性价比方面十分具有竞争力。该项目还在去年获得日内瓦国际发明展览会奖，是我国全钒液流电池储能装备与技术在国际上首次获得大型奖项，对我国储能技术与产品在国际上得到认可具有里程碑意义。

电动汽车技术的发展，对动力锂电池在大功率输出和安全性能等方面提出了更高要求。由中科院青岛生物能源与过程研究所建立的青岛储能产业技术研究院成功开发出新一代全固态聚合物锂电池，已经与山东威能环保电源有限公司签订合作协议。据悉，青岛储能院利用具有完全自主知识产权的湿法抄造、界面耦合和功能化修饰等技术，成功研制出高安全性和耐高电压的动力锂电池隔膜。同时，研究人员以自主研发的阻燃纤维素为基材，通过功能化改性和耦合等相关工艺，研制出一款新的全固态聚合物电解质。其具有较高的机械强度、优异的倍率充放电性能以及较宽的温度使用范围，应用前景广阔。

高能镍碳超级电容电池，既具有电容器可以快速充放电的特点，又具有电化学电池储能高的特点，是近年来世界各国竞相发展的核心动力储能设备。由中国工程院周国泰院士领衔的科研团队研发生产的高能镍碳超级电容电池，在安全性、记忆性、充电时间方面取得了突破，在容量、寿命、充放电效率、安全性能等方面都有独特的优势。高能镍碳超级电容电池的标准检测寿命5万次以上，实际使用充放电循环已达1.5万次，是普通蓄电池的25～100倍。充放电效率方面，该电池充电10分钟即可达到其额定容量的95%以上，大电流放电能力强，能量转换效率高。而由于独特的工艺，高能镍碳超级电容电池在遇到过充或短路也不会导致危险，外部剧烈撞击或燃烧也不会爆炸，而且具有良好的高低温性能与环境适应性，可在零下40℃至零上70℃之间正常使用。

另外，中国科学院上海硅酸盐研究所通过和上海市电力公司合作研发的大容量钠硫储能电池也获得重要突破，他们成功研发的具有自主知识产权的容量为650Ah的钠硫储能单体电池，使我国成为继日本之后世界上第二个掌握大容量钠硫单体电池核心技术的国家。

总体来看，随着技术上的突破和新材料的引入，储能产品性能上的提升和成本的降低是整体的趋势。我国当前已经在储能技术研究不断获得突破，中国电力科学院、中科院工程热物理研究所、中科院过程工程研究所、中国科学院大连化学物理研究所、清华大学、上海交通大学、华南理工大学、北京工业大学、香港理工大学等国内外知名高校、科研院所，以及宁波南车新能源科技有限公司、今日能源科技发展有限公司、北京英格海德分析技术有限公司等领军企业也取得了很多突破。

应用示范项目引导储能市场建设

储能技术在电力领域的应用非常广泛。但是由于成本因素的制约，当前户用储能系统的市场仍然没有完全打开。为了打开市场，扩展应用范围和工程规模，众多应用示范项目正在引导着储能市场的建设。

国家电网在发展可再生能源的过程中发挥着重要的“通路”作用。在很多微网的建设中，储能项目是必须建设的项目之一。为了更好地评估我国储能产品的性能和减少可再生能源对电网的冲击，国家电网先后建设了多个储能系统和解决方案，以求抢占户用储能市场的先机。这些项目不仅分布在华北、西北地区的风电储能、分布式发电及微网储能项目中，在华东和华南地区的海岛分布式发电及微网储能项目也有很多。这些示范项目可帮助分布式能源实现独立微网运营，有效解决目前的新能源弃电问题。另外还可以有效解决风电、光伏等间歇性能源并网的问题，提升新能源发电的经济性。在微网的应用端，储能装可以使分布式能源在不接入大电网的前提下独立、全天候运营发电。

不少新能源企业为进入储能市场，也纷纷建立了自己的示范项目。比如比亚迪已经在坪山新区比亚迪厂区建成了全球最大的用户侧铁电池储能电站，这也标志该电站全面进入商业化运营阶段。据了解，新落成的储能电站占地面积1500平方米，建设容量为20MW/40MVH，由比亚迪电力科学研究院自主承建，于2013年9月开始建设，2014年7月竣工。该储能电站可实现工业园用电负荷自主调解，是目前全球最大的用户侧铁电池储能电站。据比亚迪公司副总裁、电力科学研究院院长罗红斌介绍，根据公司规划，比亚迪还将在深圳、长沙、西安等工业园区建设总规模为100MW/200MWH的储能电站。

还有一部分示范项目来自于科研单位和企业的合作。比如上海硅酸盐所等“钠硫电池”开展电站应用工程示范项目。该项目是中国科学院上海硅酸盐研究所与上海电气（集团）总公司、国家电网上海市电力公司，面向新能源、智能电网的战略需求，按照“产研用”模式推进的储能技术产业化项目。该项目经过近三年的艰苦攻关才完成了电池性能提升与产品化研制、规模制备技术路线论证等主要工作，贯通生产线，形成定型产品并下线。目前该电站首组堆仓已经成功并网，进入现场试运行阶段。国家科技部、国家电网公司等有关负责人、专家到崇明实地调研，对钠硫电站工程化应用进展给予高度肯定。

这些示范项目正在为储能市场尤其是储能系统集成市场注入新的活力。随着储能成本不断走低以及国家储能补贴政策落实，毫无疑问，储能大时代的序幕已经拉开。目前我国的储能技术正在从实验室试验阶段逐步向示范工程建设阶段以及商业化运营快速发展。未来十年，我国储能产业将达到万亿以上的投资规模，储能技术诱人的应用前景正吸引着国内众多科研人员以及投资人的注意。

能源储能将开启黄金十年

各类型储能在技术特性和经济性方面有着明显区别，在电力系统中也有着不同的应用方向。随着我国电网大区域互联电网的形成，以及可再生能源发电比例的快速增长，大规模储能系统对确保大电网安全性和可靠性、加强区域电网峰谷负荷调节能力、提高输变电能力、改善电能质量等方面有着重要的作用。

我国新能源储能技术的应用于 2011年开始起步，截至2014年末储能技术累积装机量约81MW。2014年末，国务院出台《能源发展战略行动计划（2014-2020年）》。其中明确为提高可再生能源利用水平，要“加强电源与电网统筹规划，科学安排调峰、调频、储能配套能力。储能作为新能源建设的配套设施有望迎来爆发式增长，开启黄金十年。有关部门预计中国储能市场（不包含抽蓄，压缩空气及储热）的容量有望于2020年超过1吉瓦，对应65%的复合增长率。

据了解，储能作为“9个重点创新领域”和“20个重点创新方向”之一，目前已被写入中国国家级能源规划文件，有望形成“十三五储能产业发展规划”。从2015年投运、规划和在建项目的统计情况来看，中国的储能已经形成两个应用热点，其中一个是分布式发电及微网，另一个是可再生能源并网。此外，随着中国微电网电价及补贴方案进入征求意见稿讨论阶段，微网项目或有望获得70%的系统补贴。若该政策得到落实，将会激活中国储能产业蓬勃发展，甚至撬动全球储能市场。

目前国内已经形成系列能源材料及高能电池产品的产业集群，比如宜春、承德、长沙等产业基地建设已经颇具规模。其中宜春国家锂电新能源高新技术产业化基地于2011年年初正式揭牌，该基地为提升锂电产业的核心竞争力和集聚力，沿着锂矿原料-碳酸锂-锂电池材料-锂电池-锂电汽车的产业链进行布局。承德则是以钒电池项目为核心，力争建设“中国储能技术研发基地”和“中国最大的储能电池生产基地”，打造中国“钒谷”。长沙以储能材料为节点，以“新动力”和“新储能”为核心，正在打造成为中国的“储能材料之都”。目前长沙已建成3个国家级重点实验室，5个国家级工程技术中心，集聚10名院士，超过两万名专业技术人员，每年开发出100多项科技成果。

储能项目美好的未来还在于其可以直接作为交通工具的动力，这在众多的城市轨道应用中很有吸引力。比较有代表性的是广州海珠有轨电车示范线项目，该项目是世界首列采用超级电容的储能式100%低地板有轨电车。由于完全采用超级电容储能电源驱动，所以电车不排放废气，运行无需架空受电网，能在乘客上下车的20、30秒钟时间里快速充满电，一次充电后能连续行驶4公里。制造该列车的南车株洲电力机车有限公司目前也正在积极推动该种列车的市场化。

随着人类对能源需求的逐渐增加，传统能源在储量、环境污染、能源效率以及成本等方面的约束日益突显。寻求能源替代，对新能源进行研究和利用已经成为全世界的共同主题，也是未来不可逆的能源发展趋势。储能技术发展是可再生能源发电大规模并网的必须条件。有人认为，至2050年人类的太阳能利用可以占总能源供应的50%，但是必须要有经济可行的储能技术才能达到这个目标，可以说，储能技术与新能源技术可以真正的改变人类的能源供应，创造美好的愿景。