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1、（1.上海崇明北沿风力发电有限公司，上海202177;2.上海林洋储能科技有限公司，上海201201）摘要：推广储能技术对加快我国新能源产业发展、推进智能电网建设意义重大，基于国 内工业基础，分析了不同储能技术的特点及合适应用领域，针对储能技术目前的现实需求， 简述了国内发展流体钒电池的优势，探讨了目前储能技术在应用层面面临的多重挑战。关键词：新能源；智能电网；储能技术；流体钒电池作者简介：唐征歧（1963），男，总经理，从事太阳能、风能向电网输入管理工作The opportunity and challenge of energy storage technology development
2、TANG Zheng-qi1, ZHOU Han-tao2（1.Shanghai Chongming Beiyan Wind Power Co., Ltd., Shanghai 200090, China2. Shanghai Linyang Energy Storage Science & Technology Co., Ltd., Shanghai 201201, China）Abstracts: Energy storage technologies play a very important role on accelerating the spread of new energy a
3、nd development of intelligence network. Based on the industry foundation of China at the present, deferent energy storage technologies as well as their suitable markets are analyzed. From the side of practical demand, the advantages of developing vanadium flow battery and the obstacles on its applic
4、ation way are introduced.Key words: new energy; intelligence network; energy storage technology; vanadium flow battery刖言我国面临着智能电网建设和大规模新能源同步发展的客观要求，既要重视电网抵御风险 的能力及基础性设施的现代化水平，这关系到电网运行的安全性、可靠性，又要重视可再生 能源的利用，保证环境友好型能源的可持续发展。2011年3月，国家“十二五”规划纲要明 确指出：加快现代电网体系建设，依托信息、控制和储能等先进技术，推进智能电网建设。供电设施的稳定性与安全性是电网对发
5、电技术的首要要求，我国风能、太阳能发电等新 能源发电技术在过去五年内推广迅速，但最大缺点是受天气、季节、时间限制非常大，发电 不稳定，大范围推广必定增加电网的不稳定性因素，现已对电网安全带来了新的挑战，对于 电网的运行和调度提出了更高要求，智能电网则成为推动新能源发展的重要载体。大容量储 能技术的应用将促进电网结构的优化，可解决新能源发电的随机性、波动性问题，实现新能 源的友好接入和协调控制。在新能源和智能电网双重推动下，大力发展大容量储能技术将成 为近几年的紧要任务之一。一、不同电能储存技术的特点目前，大容量储能技术主要有物理储能（抽水储能、压缩空气储能等）、超导电磁储能 和电化学储能（锂电
6、池、钠硫电池、铅酸电池、液流钒电池等）等。1.物理储能物理储能技术是在不改变物质组分的前提下，将一种能量转换成另外一种能量储存起 来，在需要的时候再将储存的能量释放出来。目前，常用的物理储能技术有抽水储能技术和 压缩空气储能技术，适合建造百兆瓦以上储能电站。抽水储能技术是在电力负荷低谷时段将水从下游水库抽到上游水库，将电能转化成重力 势能储存起来，在电网负荷高峰时段释放上游水库中的水发电。抽水储能的释放时间可以从 几小时到几天，综合效率在70%左右，主要作用包括电力系统的削峰填谷、调频、调相、 紧急事故备用容量，还可以提高系统电站和核电站的运行效率。抽水储能是目前电力系统中 应用最为广泛的一种
7、储能技术，一般工业国家抽水蓄能装机占比约为5%-10%，在我国近几 年的发展也非常快。但抽水蓄能电站的建设受地形限制较大，当电站距离用户地较远时输电 损耗较大，在很多缺水或平原地区并不适用。压缩空气技术是利用电网负荷低谷时段的剩余电力压缩空气，将空气高压密封在报废矿井、 沉降的海底储气罐、山洞、过期油气井或新建储气井中，在电网负荷高峰时段释放压缩的空 气推动汽轮机发电。压缩空气储能电站安全系数高、响应速度快，主要用于峰谷调节、平衡 负荷、频率调制和发电系统备用等。但压缩空气储能电站的建设也受地形制约，对地质结构 有特殊要求，还要与天然气发电配套，在发达国家尚处于产业化初期，国内基本上要全套进
8、口技术，风险较大，所以抽水储能目前是国内百兆瓦以上储能技术的首选。2. 电磁储能电磁储能即超导磁储能，利用超导体制成线圈储存磁场能量，功率输送时无需能量形式 的转换，具有响应速度快、转换效率高、比容量比功率大等优点，可以实现与电力系统的实 时大容量能量交换和功率补偿。和其他储能技术相比，超导电磁储能仍非常昂贵，除了超导 本身的费用外，维持系统低温以及维修频率过高产生的费用也相当可观。由于超导磁储能是 与空间技术同步发展的，因此我国与美国等国家的差距非常大，特别是民用产品，我国现有 的材料基础及加工业基础离其产业化还有相当大的距离，目前超导磁储能技术仍处于实验室 阶段，需要长时间的技术积累和产业
9、配套发展。3. 电化学储能4.1钠硫电池钠硫电池在300C的高温环境下工作，其正极活性物质是液态硫；负极活性物质是液态 金属钠，中间是多孔性陶瓷隔板。钠硫电池的主要特点是能量密度大（是铅酸电池的三倍）、 效率高（可达到80%）、循环寿命比铅酸电池长等。钠硫电池适合10MW100MW储能， 系统过小则危险分散，不利于监控。钠硫电池由于运行温度较高，危险性高于锂电池，其隔膜技术、封装技术、材料匹配技 术、电池管理系统难度都非常大，其需要的国内工业化基础特别是产业化需要的相关设备欠 缺，目前只有日本NGK成功商业化。NGK的钠硫电池不只是日本一个国家在支持，而是 集成了日本、欧洲、北美近半个世纪在钠
10、硫电池上的技术积累，而且过去20年日本政府一 直补贴其产业化。工业基础及科研基础决定材料、设计、封装设备的水平，而后者又决定整 个工业基础的水平，所以国内在这个技术上还有很长的路要走。钠硫电池的商业化不仅取决 于对本身的技术理解，还取决于整个国内工业基础以及众多专业领域的高素质技术团队合作 是否能成功地将我们的理解转变为现实，上海硅酸盐研究所作为目前国内唯一真正在做钠硫 电池产业化的单位任重而道远。4.2锂离子电池锂离子电池的阴极材料为锂金属氧化物，具有高效率、高能量密度的特点，并具有放电 电压稳定、工作温度范围宽、自放电率低、储存寿命长、无记忆效应及无公害等优点。锂离 子电池在小型动力上的优
11、势非常明显，但在大规模储能上还属于非常前卫的技术，大规模锂 离子电池组合对单电池的控制要求非常高，过充控制有特殊封装要求，价格昂贵。其电池管 理系统的成本要高于锂离子电池本身，而且规模越大，难度越高，成本也相对越高。所以对 于国内来讲，锂电池目前是先做好动力电池，然后才能上升至更大规模应用，虽然目前国内 已经有很多MW级锂电池示范项目，但只是示范应用，还不能保证大型锂电池组合的长寿 命要求。目前世界上的能够利用锂离子电池建造MW级商业储能电站只有美国的A123,其 储能电站用锂电池生产工艺与普通动力电池是完全不一样的。国内锂离子电池厂家需要从原 材料生产工艺、电池封装工艺、管理系统、相关PCS
12、等各环节有革命性突破，特别是基础 材料和后续的应用集成上要下大功夫。4.3铅酸电池铅酸蓄电池的主要特点是采用硫酸做电解液，是用二氧化铅和绒状铅分别作为电池的正 极和负极的一种酸性蓄电池，具有成本低、技术成熟、储能容量大等优点，主要应用于电力 系统的备载容量、频率控制，不断电系统；缺点是储存能量密度低、可充电次数少、制造过 程中存在一定污染等。现已有很多国内国际的公司在研发新一代铅酸电池，但是遇到和锂电 池一样的问题，如何保证在生产、使用整个过程单电池的一致性，如何制造先进的电池管理 系统是一个非常复杂的系统工程，技术难度非常大，目前尚没有太大突破。4.4液流钒电池目前能够选择的储能技术都有局限
13、性。全球100kW10MW的储能市场目前基本上是 空白区，流体钒电池正好能适应这样一个规模的储能技术。钒电池拥有三个很明显的技术优势，储能介质是常温水性的，没有起火爆炸危险，其流 动性利于热管理；电池充放电状态易于监控；由于储能介质在电池之外的储罐中，单电池一 致性高很高，系统越大电池管理系统相对成本越低。钒电池虽然商业化进程很短，但关键材 料目前除了隔膜以外，其它的关键材料可全部国产化，其加工技术包括关键材料加工技术并 没有与众不同的特殊性，国内钒资源优势又很明显，加上终端应用场合对安全性和可控性的 要求非常高，虽然能量密度较低上是其明显的缺点，但在大规模储能场合一定有它的市场， 就目前情况
14、来说做为首选的大规模储能技术之一是非常现实的。自1974年Lawrence H. Thaller提出液流储能电池的概念以来，经过二十多年的研究和 发展，流体钒电池储能技术取得了突破性进展。澳大利亚、日本、英国、加拿大、美国、德 国等工业发达国家于20世纪80年代开始流体钒电池系统的研究。在这个领域非常著名的 国际学术专家有澳大利亚的Maria Skyllas- Kazacos教授，英国的Derek Pletcher教授和Frank Walsh教授，他们对液流电池的基础研究很到位，但由于受所处工作环境、人力成本和所在 国家的工业格局的制约，对于钒电池的工业化推进是很有限的。日本、加拿大、美国等国
15、家 在10年前已经建造了兆瓦级示范演示工程。过去日本由于受制于钒资源的制约，不得不暂 停流体钒电池商业化，不过近两年日本再次起动流体钒电池的商业化，但始终会受制于钒资 源的制约。中国钒资源丰富，目前国内90%钒是出口的，而且是以低端产品形式流向国外， 因此钒电池的商业化对国内钒资源的充分利用非常有利，流体钒电池的钒资源回收非常方 便，亦是开发钒电池另一个独特优势。二、储能技术的现实需求1.风力发电风力发电自身所固有的随机性、间歇性特征，决定了其规模化发展必然会对电网安全运 行带来显著影响，另外风力发电往往在后半夜进入发电高峰，而此时正是用电低谷，所以弃 风现象严重。因此必须要有先进的大容量储能
16、技术做支撑，以稳定风机输出，且能错时发电， 提高风力发电机组的利用率，降低损耗。研究表明，如果风电装机占装机总量的比例在10%以内，依靠传统电网技术以及增加 水电、燃气机组等手段基本可以保证电网安全；但如果所占比例达到20%甚至更高，电网 的调峰能力和安全运行将面临巨大挑战。目前为了减少对电网的冲击，每一台风机需要配备 其功率4%的后备蓄电池。另外还需要大约相当于其功率1%的蓄电池用于紧急情况时收风 叶以保护风机。电网对风电输出平稳性的要求已成为风电发展的瓶颈。随着风电的快速发展， 风电与电网的矛盾越来越突出。如果需要平滑风电90%以上的电力输出，需要为风电场配 置20%左右额定功率的储能电池；如果希望风电场还能具有削峰填谷的功能，将需要配备 相当于40-50%功率的动态储能电池；如果风机离网发电，则需要更大比例的动态储能电池。 中国风电资源经初步探明10米高空约1000GW，其中陆上风电资源235GW，沿海风电资源 750GW；扩
