我国大规模储能技术发展预测及分析

摘要：文章对我国大规模储能技术的应用状况及发展趋势进行了分析，并且从基础服务和辅助服务两方面讨论了储能技术发展需求预测模型，阐述了储能系统的技术发展方案，通过对有关方面内容的论述与分析，为实现我国资源、能源的有效开发与管理提供相应的见解。

关键词：大规模储能技术；发展预测；基础服务；辅助技术；预测模型 文献标识码：A

中图分类号：TM912 文章编号：1009-2374（2016）28-0079-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.28.040

储能技术指的是利用一种设备或者介质，用合理的形式存储能量，然后按照需求进行释放的一种过程。我国是一个能源资源大国，同时也是一个能源的消耗大国，人均资源占有量非常少。因此如何采取正确的方式进行能源的存储，提高能源利用效率，具有十分重要的战略意义。本文从应用现状与发展两个方面对我国大规模储能技术进行了论述分析。

1 发展与应用情况分析

本文以电力储能技术为例进行了研究。现阶段，压缩空气、电池储能、抽水储能、电容器储能和飞轮储能为电力储能技术中几种常见的形式，各种储能方式之间存在着不同的技术和经济性特征，因此它们的应用与发展也存在着较大的差别。

1.1 压缩空气储能技术

传统的压缩空气存储系统可以将空气在用电低谷时进行压缩处理，用空气内能取代电能进行储存。在用电高峰时段，高压空气会进入燃气轮机燃烧室内混合燃料燃烧加热，之后带动透平发电。较长的储能周期、设备投入成本低、储能容量较大属于传统压缩空气储能系统的三个优点。然而传统压缩空气储能系统需要通过多项技术、多种操作配合才可以完成储能，缺乏一定的独立性。例如需要与燃气轮机结合起来才可以发挥出自身应有的作用，并且其热源还是需要通过燃烧化石燃烧提供，无法做到完全清洁，同时与抽水储能电站相类似，压缩空气需要根据一定的地理环境建立大型储气室（例如盐洞、废弃矿井和石洞穴等），才可以确保压缩空气系统稳定地运行。

目前，世界范围内只有2座投入商业运行的大型压缩空气储能电站。其中世界上第一座压缩空气储能电站是德国于1978年投入运行的Huntorf电站，其压缩机组功率为60MW，发电功率为290MW。美国于1991年投入运行McIntosh压缩空气储能电站，其压缩机组率功率为50MW，发电功率为110MW。

我国对压缩空气储能系统的研究起步较晚，但随着压缩空气储能系统的作用日益凸显，国内很多科研机构与大学开始重视这方面的研究。例如华北电力大学、中科院工程热物理研究所和西安交通大学对有关方面的数值及理论进行了研究与分析，此外中科院工程热物理研究所还开展了1.5MW级的先进压缩空气储能系统的试验分析工作。

1.2 电池储能技术

蓄电池是利用正负电极间的化学能取代电能进行存储的一种储能方式。它不但省去了化石燃料的燃烧过程，有利于减少污染和排放，而且具有提升电力系统稳定性、对负荷反应快速、容易与多种电站组合的优点。此外，蓄电池设备建设施工不需要选取特定的地理环境，其在较短的时间内就可以完成建设施工，且较易扩容改造，因此蓄电池成为一种在电力系统储能中广泛应用的技术。另外，蓄电池储能系统在设计与应用的过程中也存在一些不足，例如应用寿命短、能量密度较低、消除废弃物化学污染比较困难、价格比较昂贵等。

1.3 抽水储能

抽水蓄能是指在用电负荷较低时，利用水泵将水从低谷水库抽取至高位水库，从而用水的势能取代电能进行存储的一种储能方式。在用电高峰阶段，将水从高位水库向低位水库中排放，然后带动水轮机运转发电。这种储能方式有着容量大、储能周期不受制约、循环利用率高、技术成熟的优点，因此这种类型的电力储能技术被广泛地应用，然而这种储能技术也存在一定的不足之处，例如建设周期较长、初期投资成本大、对地理环境要求较高等，同时还可能导致搬迁移民和生态环境破坏等问题的出现。抽水蓄能电站的常见规模为100～300MW，目前世界范围内投入运营的抽水蓄能电站已经达到了200座、123.4GW的总装机容量。到2011年，我国已经建设了26座抽水储能电站，总设计装机容量为19.3GW，实际发电量为18.4GW。抽水蓄能技术在中国电力储能总装机中占据着99%以上的份额。

2 发展预测分析

2.1 大规模储能技术发展需求分析

近年来，我国风电与光伏发电迅猛发展，新能源和清洁能源在总装机容量中的比例大大提高。与此同时，可再生能源的不稳定性、电网稳定运行及新能源间歇性之间的矛盾不断恶化。因此需要可再生能源同电力储能系统尽快配合起来，储能系统需要涵盖电能质量管理、过渡电源和可再生能源的周期性存放等功能。

除平抑新能源出力波动外，大规模动态和静态储能系统可以有效地防止核电机组负荷的频繁升降，一般情况下都可以确保在稳定的负荷状态下运行核电机组，将瞬时变化有效降低，确保核电机组在完好的状态下长期稳定运行。此外，储能系统也确保了在多发电状态下控制核电机组，进而有效提升核电的经济效益。

分布式发电指的是在负荷附近位置或者配电网中直接布置发电机组，从而对现存配电网的经济运行和特定用户的需求给予满足的有一种发电方式。分布式发电的特征有：同终端用户联系非常密切；容量较小，通常只有几十兆瓦；运行方式灵活，可以并网或者独立运行。在分布式发电系统中，需要电力储能系统作为应急能源及容量平衡装置。

电力系统生产和消纳的瞬时性决定了电能不可能完全储存，然而电力储能系统具有其他发电方式不具备的独特功能，例如储能系统有着较大的调峰能力，对负荷变化可以进行快速响应，从而满足削峰填谷的需求。此外，储能系统还可灵活参与频率调节、电压调节和故障启动等工作，对提高电力系统安全稳定性有十分重要的意义。

2.2 大规模储能技术发展要求的预测分析

电力系统对大规模储能的需求主要包括两个方面：一是平抑风电、光伏等新能源发电的出力波动和满足分布式电源的接入要求，可以看作大规模储能系统的基础服务；二是储能系统在提高电网可靠性，提升供电质量方面的作用，比如参与系统的峰谷差调节、频率调节、电压调节等，此外还包括储能系统建设对延缓电网投资的作用，以上可以看作储能系统的辅助服务。储能系统的发展和建设要综合考虑基础服务和辅助服务两方面的需求，同时考虑全系统装机容量规模和发展速度、新能源和分布式发电接入规模和增长速度、电网规划等相关因素，制定适合的储能系统发展模型，以充分利用相应资源满足电力系统对储能装置的需要。

2.3 分析技术发展方向

虽然目前几种主流的大规模储能技术都得到了相应的应用，但相对于电力系统的需求，当前的储能技术仍有很大的发展空间，未来储能技术将力争在以下两个方面获得进展：

2.3.1 经济技术性。大规模储能技术的发展要降低建设和运营的成本，目前几种性能优良的新兴储能技术（锂电池、液流电池、超导储能）等都存在费用昂贵的问题，相比之下压缩空气储能在规模和经济性方面有着较好的平衡性，且有很大的发展空间。

2.3.2 技术成熟性。同样的锂离子电池、液流电池和压缩空气储能等技术已经得到了应用，并且逐渐向着商业化的方向发展，然而大规模的应用还需要一段的时间，仍然需要市场与企业对它们的可靠性及成熟性进行再次检验。金属-空气电池、燃料电池等的前沿研究也开始步入正轨。新型储能装置在技术成熟度上还需要进一步提升和强化，这有赖于科研机构、企业和政府的共同推动。

3 结语

大规模储能技术在解决和处理风电、分布式能源和光伏发电所面临的出力波动大、间歇性强等问题方面发挥着巨大的作用。进入21世纪以来，在经济与技术发展的推动下，储能技术有效地带动了有关行业的发展。未来一段时期内，我国大规模储能装置装机容量会达到33.7～80GW，占全部装机容量的1.74%～4.13%。与此同时，为了有效地推动大规模储能产业稳定、健康、快速的发展，相关企业及政府机构应该制定重点扶持、多元发展的战略目标，将储能行业的产业化应用范围拓宽，并且构建更加完善的产业发展环境与机制，使得不同技术特点的储能技术能够扬长避短、综合应用，为国家能源安全、节能减排和可持续发展做出更大贡献。

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作者简介：刘志雄（1988-），男，山西太原人，国网冀北电力有限公司经济技术研究院工程师，硕士，研究方向：电力系统储能技术、新能源及智能电网；赵一男（1984-），供职于国网冀北电力有限公司经济技术研究院。

（责任编辑：王 波）

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