從目前世界上各類大規(guī)模儲能技術(shù)的成熟度及發(fā)展現(xiàn)狀來看，物理儲能，如抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能屬于成熟技術(shù)，已有一定規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用。而化學(xué)儲能，如鋰離子電池、液流電池、超級電容器等作為大規(guī)模儲能設(shè)備或汽車動力，尚處于研發(fā)或商業(yè)應(yīng)用初級階段。

1.儲能技術(shù)分類及應(yīng)用范圍

儲能是指通過介質(zhì)或設(shè)備，利用化學(xué)或者物理的方法把電能存儲起來，并能根據(jù)需要把存儲的能量以特定形式釋放的過程。

儲能按照工作原理可以分為3類：物理儲能、化學(xué)儲能以及其他形式的儲能。

物理儲能主要包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等;

化學(xué)儲能主要包括鉛酸電池、鋰離子電池、液流電池、鈉硫電池、鎳鎘電池等電池形式的儲能以及超級電容器儲能等;其他形式的儲能包括超導(dǎo)電磁儲能等。

在目前已經(jīng)獲得實際應(yīng)用或者第三方測試驗證的各種大規(guī)模儲能技術(shù)中，抽水蓄能和壓縮空氣儲能適合100MW以上級別儲能系統(tǒng);鈉硫電池、釩電池、鋰電池和飛輪儲能電池有可能用于MW級別的儲能系統(tǒng);在百千瓦及以下級別的應(yīng)用中，大多數(shù)儲能技術(shù)都有可能滿足需求。

2.中國儲能產(chǎn)業(yè)的市場

隨著我國電網(wǎng)容量的不斷擴大，峰谷差不斷增加，可再生能源、分布式供能和智能電網(wǎng)的蓬勃發(fā)展，對大規(guī)模發(fā)展儲能產(chǎn)業(yè)的需求也越來越大。目前，儲能已成為可再生能源和智能電網(wǎng)大規(guī)模發(fā)展的主要瓶頸，因此大規(guī)模儲能技術(shù)已被列入國家“十二五”能源規(guī)劃。

2010 年全國電網(wǎng)發(fā)電裝機容量為962GW，預(yù)計到2015年全國發(fā)電裝機容量將為1430GW，到2020年將達到1640GW。在已發(fā)表文獻中，預(yù)測到 2020年電網(wǎng)調(diào)峰儲能將占國家發(fā)電裝機容量的最大比例為16%，則到時我國電網(wǎng)調(diào)峰儲能產(chǎn)業(yè)的規(guī)模將達到262.4GW。

在可再生能源方面，截止到2010年底，我國風(fēng)力發(fā)電總裝機容量為44.7GW，太陽能發(fā)電總裝機容量為0.86GW;到2015年和2020年我國風(fēng)電總裝機容量將分別達到130GW和200GW，太陽能發(fā)電總裝機將分別達到10GW和50GW。由于可再生能源的間歇性和不穩(wěn)定性，對大規(guī)模儲能的要求也更高。預(yù)測到 2020年我國儲能系統(tǒng)裝機容量需占風(fēng)能發(fā)電裝機容量比例為34%，則到時我國風(fēng)力發(fā)電儲能系統(tǒng)的裝機容量規(guī)模將達到68GW;同樣，對于太陽能，假如我國2020年儲能系統(tǒng)占太陽能發(fā)電裝機容量比例為34%，則到2020年我國太陽能發(fā)電儲能系統(tǒng)的裝機容量規(guī)模將達到17GW。

在分布式供能方面，截止到2010年底，我國天然氣分布式發(fā)電總裝機容量為5GW，到2015年和2020年我國天然氣分布式發(fā)電總裝機容量將分別達到8GW和 50GW。假如我國2020年儲能系統(tǒng)占分布式發(fā)電裝機容量比例為34%，則到2020年我國分布式發(fā)電儲能系統(tǒng)的裝機容量規(guī)模將達到17GW。

3.中國儲能技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用

從目前世界上各類大規(guī)模儲能技術(shù)的成熟度及發(fā)展現(xiàn)狀來看，物理儲能，如抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能屬于成熟技術(shù)，已有一定規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用。而化學(xué)儲能，如鋰離子電池、液流電池、超級電容器等作為大規(guī)模儲能設(shè)備或汽車動力，尚處于研發(fā)或商業(yè)應(yīng)用初級階段。現(xiàn)將上述儲能技術(shù)在中國的應(yīng)用簡介如下。

物理蓄能

2011年，深圳抽水蓄能電站工程項目申請報告順利通過了國務(wù)院審議同意。該電站由上水庫、下水庫、輸水系統(tǒng)、地下廠房洞室群及開關(guān)站、永久道路等部分組成。上水庫正常蓄水位526.81米，有效庫容825.24萬立方米，下庫正常蓄水位80米，有效庫容825.24萬立方米;下水庫正常蓄水位80米，有效庫容825.24萬立方米。電站以220千伏一級電壓接入廣東電網(wǎng)。預(yù)計2016年首臺機組發(fā)電。

山東擬建更多抽水蓄能電站應(yīng)對風(fēng)電負荷。2011年，山東省電力公司對外透露，為了應(yīng)對不穩(wěn)定的發(fā)電對電網(wǎng)安全運行的沖擊，山東省除了借助已經(jīng)建成的泰安抽水蓄能電站外，還將建設(shè)更多的抽水蓄能電站，通過“風(fēng)水輪轉(zhuǎn)”應(yīng)對日益增多的風(fēng)電負荷。

中國核工業(yè)西南物理研究院80MW飛輪脈沖發(fā)電機組已運行多年。

中國科學(xué)院工程熱物理研究所目前正開展兆瓦級以上超臨界液態(tài)壓縮空氣儲能系統(tǒng)研發(fā)與工程示范工作。

化學(xué)儲能鋰離子電池

南方電網(wǎng)公司2011年宣布，該公司兆瓦級電池儲能站成功并網(wǎng)，這標(biāo)志著中國大容量電池儲能集成應(yīng)用技術(shù)取得重大技術(shù)突破。南方電網(wǎng)兆瓦級電池儲能站位于深圳市龍崗區(qū)，總?cè)萘?0MW，第一期為5MW，預(yù)計2011年年內(nèi)投產(chǎn)。該項目是我國第一個兆瓦級電池儲能站，集科研和商用于一體。工程全部投產(chǎn)后，將成為世界上最大的鋰電子電池儲能站。

2011年11月10日，國內(nèi)首批大容量電池儲能站標(biāo)準(zhǔn)——《大容量電池儲能站運行導(dǎo)則》、《大容量電池儲能站設(shè)備交接試驗標(biāo)準(zhǔn)》和《大容量電池儲能站安健環(huán)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)》通過南方電網(wǎng)公司評審。

該三項標(biāo)準(zhǔn)可用于電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)大容量電池儲能站的設(shè)計、工程建設(shè)和運行管理，將進一步促進電池儲能站電氣設(shè)備交接試驗新技術(shù)的推廣和應(yīng)用。

張北國家風(fēng)光儲輸示范項目是中國首個大型儲能示范項目，也是目前世界上規(guī)模最大，集風(fēng)電、光伏發(fā)電、儲能及輸電工程四位一體的可再生能源項目。此項目由財政部、科技部和國家電網(wǎng)公司共同啟動，總投資約150億元的示范項目，其占地面積約200平方公里，開發(fā)規(guī)模為500兆瓦風(fēng)電、100兆瓦太陽能光伏發(fā)電、 110兆瓦化學(xué)儲能。招標(biāo)公告由共包括五個包，其中四個是磷酸鐵鋰電池系統(tǒng)，分別為：6MW×6h、4MW×4h、3MW×3h和1MW×2h。最后一個包是采購2MW×4h的液流電池系統(tǒng)。

中國電力科學(xué)研究院自2010年下半年起在張北國家風(fēng)電研究檢測中心電池儲能實驗室開展1MW鋰離子儲能電池系統(tǒng)和0.5MW全釩液流儲能電池系統(tǒng)與風(fēng)電機組的聯(lián)合運行實驗。

釩電池

2011年9月9日，北京普能世紀(jì)科技有限公司獲國家電網(wǎng)公司在河北省張北縣建設(shè)的國家風(fēng)光儲示范工程一期液流電池儲能系統(tǒng)訂單，雙方已在北京正式簽約。此次普能在國家風(fēng)光儲項目中安裝的為2MW×4h的液流電池系統(tǒng)，是國內(nèi)最大規(guī)模的釩電池儲能應(yīng)用案例。

2011年11月26日，歐洲液流儲能電池標(biāo)準(zhǔn)會啟動大會在德國柏林召開。作為國際液流電池標(biāo)準(zhǔn)提案國的中國和美國兩個非歐盟國家代表也出席了會議，中科院大連化物所潔凈能源國家實驗室(籌)張華民研究員應(yīng)邀參加了歐洲液流儲能電池標(biāo)準(zhǔn)制定工作。

全球最大釩電池項目落戶江蘇泰州。投資2.98億美元的釩電池項目正式簽約落戶泰州市新能源產(chǎn)業(yè)園。據(jù)悉，該項目由香港中策資本集團投資建設(shè)，一期將在明年投產(chǎn)，可形成25億元的銷售額，2013年力爭上市。

鈉硫電池

上海有望建鈉硫電池兆瓦級儲能示范電站。2011年，上海電氣集團、上海電力公司、中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所三方簽約，共同投資組建鈉硫電池產(chǎn)業(yè)化公司。據(jù)悉，公司成立后，上海鈉硫電池產(chǎn)業(yè)有望形成從研發(fā)到生產(chǎn)到應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)鏈，兆瓦級儲能示范電站有望在滬運營。

鋅空電池

全國首輛鋅空氣電池純電動車在漢川下線。2011年中，由湖北泓元鋅空氣電池有限公司和武漢東風(fēng)揚子江汽車有限責(zé)任公司聯(lián)合生產(chǎn)的全國首輛鋅空氣電池純電動城市公交車在漢川市成功下線。該鋅空氣電池純電動城市公交車每充一次電可行駛約300公里，最高時速可達每小時80公里。

日前，中航國際(香港)集團有限公司和北京長力聯(lián)合能源技術(shù)有限公司合作開展的鋅空氣電池產(chǎn)業(yè)化項目簽約。據(jù)悉，中航國際香港公司將與北京長力將共同投資5億元人民幣，成立中航長力聯(lián)合能源有限公司，在未來三年內(nèi)，致力于實現(xiàn)“鋅空氣電池產(chǎn)業(yè)化”的目標(biāo)。

鎳氫電池

2011年，由山東淄博齊盛新能源科技有限公司研發(fā)的“高性能鎳氫動力電容電池”項目通過了由山東省科技廳組織的科技成果鑒定。該項目在以下三個關(guān)鍵方面取得重要突破：一是與其他動力電源相比，安全性能實現(xiàn)重要突破。該電容電池采用獨特結(jié)構(gòu)設(shè)計和無機電解液，從根本上解決了電池爆燃的問題。二是充電速度實現(xiàn)重要突破。該電容電池5至10分鐘快速充電，大巴車可行駛50至60公里，是公交車的理想電源。三是使用壽命實現(xiàn)重要突破。經(jīng)電動車運行數(shù)據(jù)證明：淺充淺放，充放電次數(shù)可達到一萬次以上，城市公交車可行駛50萬公里。

超級電容器

2011年，“低內(nèi)阻超級電容器極片制備新技術(shù)”科技成果鑒定會在長沙舉行。利用該極片制作的3000法拉超級電容器經(jīng)國家授權(quán)機構(gòu)檢測，性能已達到國際先進水平。

2011 年，由深圳納諾材料科技研究所研發(fā)，孝義市衛(wèi)鴻機焦有限公司投資的超級納米電容器項目正式落地孝義市。項目預(yù)計總投資319億元，分三期進行，從2012 年開始投資31億元，上馬年產(chǎn)量達1000萬只的生產(chǎn)線，第二期達產(chǎn)5000萬只，到2015年最終達產(chǎn)1億只。

2011年，中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所固體潤滑國家重點實驗室低維材料摩擦學(xué)研究組宣布在石墨烯-離子液體基超級電容器研究方面取得新進展，并根據(jù)實驗結(jié)果篩選出了性能優(yōu)異的離子液體/有機電解液。石墨烯在離子液體/有機電解液1500次循環(huán)后，容量保持率為初始容量的120.8%，并表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。

燃料電池

新源動力股份有限公司承擔(dān)的“國家“863”計劃節(jié)能與新能源汽車重大專項——國產(chǎn)質(zhì)子交換膜燃料電池電堆及關(guān)鍵材料的研制開發(fā)項目日前通過驗收。據(jù)介紹，課題組以國產(chǎn)關(guān)鍵材料為基礎(chǔ)研發(fā)出的電堆重量比功率和體積比功率分別為814W/kg、1043W/L，成本降低約50%，壽命超過4000小時。

國家燃料電池汽車及動力系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心通過驗收。該中心已新增了硬件在環(huán)仿真開發(fā)、動力系統(tǒng)匹配、PCU綜合測試環(huán)境和帶環(huán)境艙的燃料電池發(fā)動機測試 4個研發(fā)平臺，完成了燃料電池汽車集成與匹配、燃料電池汽車及動力系統(tǒng)控制和試驗、燃料電池汽車高壓氫氣供應(yīng)3項關(guān)鍵共性技術(shù)研發(fā)等。

超導(dǎo)儲能系統(tǒng)

中國科學(xué)院電工研究所正在開展兆瓦級以上超導(dǎo)儲能系統(tǒng)方面的研究

中國科技大學(xué)微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實驗室發(fā)現(xiàn)稠環(huán)芳香烴類有機超導(dǎo)體。實驗表明，通過施加1萬個大氣壓的壓力，可以使該超導(dǎo)體的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度提高20%。

電動車充電站

電動汽車充電設(shè)施162項標(biāo)準(zhǔn)初步形成。據(jù)國家能源局官員介紹，國家能源局和國標(biāo)委成立了一個充電設(shè)施的工作組，由國家能源局牽頭開展工作。目前該標(biāo)準(zhǔn)體系已經(jīng)搭建完成，相關(guān)的企業(yè)、專家研究人員已經(jīng)形成了162項標(biāo)準(zhǔn)國家電網(wǎng)2011年內(nèi)計劃完成75個電動汽車充電站、6209個充電樁的建設(shè)。根據(jù)規(guī)劃，國家電網(wǎng)公司將于2015年建成1700座公共充電站和300個交流充電樁。

4.技術(shù)挑戰(zhàn)

目前儲能技術(shù)，特別是化學(xué)儲能技術(shù)尚處于研發(fā)或商業(yè)應(yīng)用初級階段，有些關(guān)鍵問題還沒有真正解決，例如：

從環(huán)保角度，氫燃料電池從理論上說是最清潔的。但現(xiàn)在的氫燃料電池需要使用較大量的鉑。不降低鉑的用量或找到其它替代物，氫燃料電池很難大規(guī)模應(yīng)用。

鋰電池的安全性一直備受質(zhì)疑，多起電動車自燃也使這項技術(shù)頗受爭議。儲能電池如果是用鋰電池的話，需要幾十萬塊放在一起才能形成一個模塊，如果這些電池的一致性和可靠性達不到要求，那么安全就是大問題了。

液流電池循環(huán)壽命長，很適合風(fēng)電場。但從能量密度看，鋰電池的能量密度最高，每千克約在170瓦時，磷酸鐵鋰電池約在110~120瓦時，液流電池僅為28瓦時。因此液流電池能量密度低的難關(guān)有待攻克。

鑒于包括上述在內(nèi)的諸多技術(shù)問題有待解，因此，儲能技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化和大規(guī)模應(yīng)用估計還須一段較長時間。