储能“世界观”：储能技术及应用为未来电网提供保障

储能技术是目前非常热门且重要的技术，是智能电网和新能源发展的主要技术之一。专家们介绍了目前研发和应用的多种储能技术，既深入浅出地科普了各种储能技术的优缺点，又运用专业数据阐释了各种技术的发展现状和趋势。清华大学教授邱新平说：“未来，每位用户都能去发电和卖电，这就需要电像一般的商品一样可以储存起来，这就需要储能。”

有的专家更加关注储能对电网所起到的作用。弗吉尼亚理工大学高级研究所创始所长、电气电子工程师学会电力与能源协会2016年和2017年的主席当选人塞义夫˙拉曼说：“在解决改变需求响应的时候，就要应用储能削峰填谷。如何利用储能将更多可再生能源接入电网，是一个挑战。”他肯定了中国国家电网公司的可再生能源并网成就。

目前，储能技术已经有一些经济上可行的应用实践，储能成本的进一步降低必将推动其广泛的应用。专家们纷纷表示：“未来的电网是非常不一样的，我们走在技术的前沿，非常有信心。”

储能应用

储能如何帮助电网调峰

●塞义夫-拉曼弗吉尼亚理工大学高级研究所创始所长、电气电子工程师学会电力与能源协会2016年和2017年的主席当选人

目前，储能的类型有很多，我们要根据需求选择正确的储能系统。在美国市场上，储能的功率由从7千瓦到1吉瓦，主要的方式是蓄储，占到95%，其他包括压缩空气储能等。在美国储能项目的计划，加州有155项，储能的能量占到22.8%。美国有很多类储能并存，是一个多元的市场。

储能如何帮助电网调峰?在解决改变需求响应的时候，就要应用储能削峰填谷。储能如何可以将更多可再生能源接入电网，这是一个挑战。中国国家电网公司有一整套机制让可再生能源并网。

储能方式有多种，每一种方式都有它的弊端和优点。我们应用一种储能电池，要知道应用目标是什么，然后计算成本。抽水蓄能就受到地域的限制，我们不能在北京建抽蓄，费用高、会破坏环境。锂电池是市场渗透率较高的一种储能应用，更便宜，且易维护。液流电池能量密度较低，成本偏高，它的应用目标是调频。电动汽车也是一个高储能应用电池。

目前有很多公司都在研究电池技术，像通用、特斯拉等公司就在卖电池应用技术，我们可以应用各种各样的技术组合来解决储能优缺点不同的问题。

储能是未来可再生能源应用的解决方案

●乔哲-克鲁塞欧洲输配电设备与服务行业协会执行委员会

副主席、欧洲未来电网技术平台指导委员会委员

我给大家介绍一下电力系统中的储能ABB的观点和解决方案。最快的储电方式是涡轮机和发电机的机械能储电方式，在过去，这是唯一的方式。后来，我们有了越来越多的储电方式，速度也越来越快。

在储能的应用上，很多任务都会变得更加有挑战。由于可再生能源具有波动性，并网发电必须得到调节。十年前，德国在新能源并网方面的电力控制、平衡系统都不能达到今天的水平，然而现在的可再生能源的应用水平比10年前高多了。

储能是未来可再生能源应用的解决方案。电池成本下降给我们很多选择，信息技术发展也给了我们更多机会。就系统优化角度来讲，技术与应用需要匹配。

大量新能源并网导致电网对储能的需求越来越高，高比例可再生能源并网的电力系统，对系统灵活性的要求越来越高，灵活性要求可以通过不同的方法满足。储能并不是唯一可用的选择。

电池储能系统可用于多种应用场合，特别适合于“功率型”的应用。对特定储能应用项目及其相关需求的理解至关重要，这是选择电池技术、合适的变流器和控制系统的根据。

克服重重障碍，共享清洁能源

●何豪能源创新(政策和技术)有限责任公司首席执行官、

保尔森研究院能源和环境问题高级研究员

如何使用一系列的战略来建立由很多可再生能源组成的电网，这是很多国家现在面临的问题。中国已经制定了成为洁净能源发展大国的战略，这非常明智。当前中国可再生能源产业的发展局势瞩目，电网由传统能源为主向以可再生能源为主开始转变。

但是，发展新能源也面临一个问题，如果不改变电网改造和管理的方式，可再生能源一定会走到一个瓶颈。要更多的可再生能源上线并网，其工艺稳定性和需求稳定性要得到调节。

我们做了一种可能性分析，将可再生能源在不同的地理上混合，这样就可以缓和地理上的波动。整体来说，现代电网需要更多的应用响应需求侧，并且不断优化系统的灵活度。

那么，究竟怎样改进电网的灵活度呢?首先，电网是系统的优化引擎，电网公司有良好的机会在整个区域自然层面进行优化，电网不仅仅是能源供应方，还应该实现更多功能。其二，关闭那些老旧的火力发电厂。现在美国三分之一的火力发电厂都在关门。其实国家电网就是一个引擎，它可以优化电力系统，适度开放市场，满足需求方和供应方的要求，引导各个参与者发挥自身最大的优势，电网系统才能发展得更好。

电池技术

铅炭电池——新的储能解决方案

●吴贤章浙江南都电源动力股份有限公司

总工程师、国家认定企业技术中心主任

铅炭电池技术最早由澳大利亚科学家提出，到日本的古河开始研究，到美国开始重视，再到中国开始研究，现在已经有十多年了。近年来，中国在此领域的研究也颇有建树。铅炭电池是技术先进、性能优越的化学储能技术。目前，铅炭电池采用复合技术，充电性能和使用寿命大幅提升。

储能技术有5个关键评价指标，即电池循环寿命、规模化、安全性、效率、成本。根据这几个指标测评铅炭电池，我们发现，其循环充放电次数已经达到非常理想的效果。

目前，储能技术最核心的问题是成本问题。目前的测算结果是，铅炭电池没储存一千瓦时电，成本是0.37元，而铅酸电池和锂电池是0.94元、0.63元。铅炭电池优势明显。

铅炭电池技术突破方向有三个，第一个是炭的作用机理方面还需要研究，因为现在作用机理非常多，而且不同炭材料的机理也不一样，所以这个机理必须要有针对性地改进和提高。第二是高性能炭材料与添加剂还要进一步完善，国际上也在往新的方向发展，我们现在用活性炭的材料或者磁木等材料。第三是不同的炭材料之间有机协同也需要进一步研究，铅炭电池里面的一些电池管理系统和规模化的技术，也是铅炭电池技术里非常重要的方面。

钠硫电池在可再生领域的应用前景

●玉越富夫 NGK公司钠硫电池事业部设计部部长

钠硫电池在全世界的装机容量很可观。电池的安全性是人们往往比较关注的一个点。我们在电池的安全性能上做了很多工作。至于电池的设计，我们在每一节电池设置防火板，即使在最坏的情况下单电池着火，也可以防止火势蔓延。

钠硫电池的应用是今天我的演讲重点。现有的能源系统中引入了大量可再生能源，导致电力质量可靠性问题，而钠硫电池可以在电网的每一个节点发挥重要作用，来维持和加强能源的安全性。

在日本青森县六所村，钠硫电池有效利用夜间的风力发电，实现风力发电调度供应的功能;在日本九州，光伏接入电网之后带来了过剩电力的问题，安装钠硫电池，缓解了这种情况;安装在隐岐岛的钠硫和LIB锂离子混合电池系统，使当地能额外增加安装0.8万千瓦的可再生能源，因为其可以吸收太阳能和风力发电引起的长和小的波动;在意大利南部，因为快速和大规模增长的可再生能源无法输送出去，钠硫电池被安装在3个变电站，连接到意大利输电线路，减少输送阻塞。

总地来说，钠硫电池可以使用在很多方面，维护和加强电网安全，其较长的发展历史、成熟的规模化产能技术、安全大量的存储功能，使其成为建设全球能源互联网的坚强后盾。

磷酸铁锂电池储能系统集成及应用

●秦兴才天津力神电池股份有限公司总裁

储能应用是能源互联网的关键技术之一，大规模储能可以减少对电网的冲击，可以减少冗余的调峰电站。现在，全球储能大部分是抽水蓄能，但是化学储能快速增长是当前储能技术发展的一个趋势，其中锂离子电池前景广阔。

磷酸铁锂电池是目前比较高效的电池，达到高安全、长寿命和低成本的要求。而且，磷酸铁锂电池能够在67和74毫秒充放电，短时间内切换自如，这也是重要的优势。其延伸产品——磷酸铁锂系统集成是把电池、PCS、控制系统、空调、消防等多功能设计在一个产品里，可以做到远程控制、通信多级保护、智能管理。

储能的另一个趋势是户用储能。户用储能现在已经在欧洲、澳洲开始规模化的销售，量越来越多，样子类似多个抽屉的柜子，一个抽屉可以存3千瓦时电，可以和太阳能配合使用形成微网，能把电力储存起来，应用场景比较广阔。

中国把发展新能源作为国家战略，“十三五”期间希望中国锂电池能够达到一万次的使用寿命，单机成本降到1元钱1千瓦时，我们应该抱有信心，努力实践。电化学储能技术将会越来越成熟。而根据实测数据和实际应用经验，磷酸铁锂电池具有长寿命、低成本和高安全的特点，将是很有发展前景的电池体系。

储能前沿

液态空气储能技术进入商业示范阶段

●丁玉龙伯明翰大学储能研究中心主任

目前，由于能量的不同形式和不同应用，多种出于不同技术成熟度的储能技术并存。今天我着重介绍一下液态空气储能。19世纪末就提出了液态空气储能，利用液态空气储能进行电网调峰的概念由英国于1977年首次提出。最先进的液态空气储能技术经过十多年的发展，现在到了商业示范阶段。

大型液态空气储能主要适用于能量型的应用，例如部分替代抽水蓄能电站功能，小规模的应用为分布式能源系统和备用能源系统。液态空气储能具有占地面积很小、经济性好的特点。世界上第一套液态空气储能的反应时间约为2.5分钟，比压缩空气储能的8～12分钟要快，且可参与二次调频，部分参与一次调频。

目前最先进的液态空气储能技术2007年后开始商业化。第一个350千瓦/2.5兆瓦时的中试厂建在伦敦附近，与英国苏格兰南方电力公司的生物质发电厂集成。该厂已经捐赠给伯明翰大学，2015年4月整厂搬迁到伯明翰大学校园，已交付伯明翰储能研究中心。

其他两种常见的储能技术是压缩空气储能与抽水蓄能，压缩空气储能需要大型储气洞穴，对地质条件要求苛刻;抽水蓄能技术需要山和两个湖，对地质条件要求高。液态空气储能在技术成熟度、技术可实施性、成本和经济性上具有强健的竞争力，应用前景巨大。

压缩空气储能技术前景可期

●陈海生中科院工程热物理所副所长、储能研发中心主任

储能技术急需应用于传统电网、新能源和分布式发电。储能技术类型分为物理储能和电化学储能。物理储能包括抽水蓄能、压缩空气、飞轮、铅酸电池、锂离子电池、钠硫电池、液流电池、镍氢电池。其他还包括超级电容、超导、锌空气和燃料电池。

我主要讲一下压缩空气储能技术的研究和发展。压缩空气储能通过压缩空气存储多余的电能，将空气存储在地下。它的技术优点是高功率、低成本、长寿命，不足主要是依赖化石燃料、需要储气室、效率低。

目前，全球有两个百兆瓦级的压缩空气储能。国内研发都集中在实验室，没有商业应用，大多数的应用处于实验或中试规模，但国内关于压缩空气储能的研发已涉及了各个环节。

中科院针对压缩空气储能的三点不足，研究出了三种解决方案。对于依赖化石能源的弊端，应采用热能存储技术;对于需要储气室的弊端，要应用高密度储气罐;针对效率低的情况，可以采用热回收技术。

下一步，1万千瓦的压缩空气储能已经完成了系统设计与分析和关键部件的设计，目前已经运抵现场正在安装调试。

超导储能技术：一种新的可能性

●蒂姆-库姆斯 Magnifye公司经理、剑桥大学工程系

EPEC超导组高级讲师

我要讲一讲SMES超导体电能的储备。SMES是一种基于直流磁场的储能系统，以直流的磁场来储存电。它很独特，电一进来就可以储存，不需要把电转化为化学能，也不需要转化为压缩空气，也不需要在山上抽水来蓄能。

SMES系统包括超导磁体线圈、功率变换系统、低温系统和控制单元。其中最贵的是电源调节系统，当这部分元件价格下降的时候，超导体会变得有经济性，而超导体磁铁价格下降也会帮助超导的普及。超导体输电没有电损，是一种高密度的存电方式。在实际应用中，SMES可以降低低频振荡，提高传输容量，提升电压稳定性。在电能质量方面，SMES系统可为柔性交流输电提供能量。同时，在分布式发电中，SMES可以平滑分布式发电系统的功率输出，提高发电效率。

目前，SMES的高性能能

量存储特性使它能够存储备份电能，以提高发电机的功率和系统的可靠性，为敏感负载或重要设备提供不间断电源，在造纸业、汽车组装、石化炼油、化学与制药领域都有着非常广泛的应用前景。

这种技术非常优越，但仍然面临着一些现实挑战。比如需要冷却以保持线圈的工作温度，从材料上还需要改进。

化学储能新技术及应用趋势

●邱新平清华大学化学系教授

锂离子电池是目前应用较广泛的电池，广泛应用于手机、电动汽车等。未来，锂离子需要提高电池的能量密度、降低成本、提高寿命和安全性。

锂硫电池有很好的充放电曲线，能量密度较好，丰度高。硫在地球的丰度比碳元素的高。并且，钠硫电池来源广泛，可以从矿物以及石油与天然气的生产中获得。

锂空气电池的锂放电和充电的能量差距比较大，锂负极须与空气中的氧及水汽隔离，反应产物会在正极区积累并阻止氧气进入。目前，锂空气电池的氧气的氧化还氧反应不可逆，引起充放电时的能量效率低，提高氧还原的可逆性是目前的关键问题。锂空气电池的材料被认为是未来能量密度较高的材料。

锂氟化物电池具有容量高、安全性好、寿命长、成本低等特点;氟离子电池的优点是能量密度高、更安全，而且较便宜。此外，还有钠电池、液流电池、可充电锌锰电池等。

其实，储能不是应用单一材料，而是多样的、多种材料共同应用于电网。

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