储能助力打通能源革命“任督二脉”

为确保能源供给安全与清洁利用，我国在2014年提出了能源革命的战略。而能源革命，必须打通“任督二脉”：督脉自上而下，推行化石能源的清洁高效利用技术；任脉自下而上，提高可再生能源的接入比例。打通任督二脉，中国乃至世界的能源格局将会彻底发生变化。


当然，打通任督二脉需要突破多道“玄关”，包括耳熟能详的政策法规、经济结构、大数据、人工智能、互联网等，其中储能技术是亟需突破的核心关卡。

尽管化石能源火力发电的质量值得信赖，但是火电站的建设必须满足用电高峰需求，而在用电低谷期则会造成大量的电力损失，化石能源的利用效率也很低。如果有了储能技术，情况将发生极大变化，一方面可以实现风能、太阳能的可控储存和输出，另一方面可以将用电低谷的电能储存起来，在用电高峰时候使用不但可以减少火电站建设，还可以节能减排。

储能的市场非常广阔，储能的技术也很多，主要可分为物理储能和化学储能两大类。物理储能技术主要有抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能、超导储能及超级电容器。化学储能技术主要有锂离子电池，铅酸电池、液流电池、钠硫电池、铅炭电池、金属空气电池等。

根据各种应用领域对储能功率和储能容量要求的不同，各种储能技术都有其适宜的应用领域。飞轮储能、超导储能和超级电容器储能适合于需要提供短时及需要较大的脉冲功率的场合，如应对电压暂降和瞬时停电、抑制电力系统低频振荡、提高系统稳定性等；而抽水储能、压缩空气储能和化学电池（液流电池、铅炭电池及锂离子电池技术等）储能适合于电网调峰、可再生能源集中并入等大功率、大容量的应用场合。在当前国际国内形势下，这些储能技术将获得快速发展，与其他策略一起打通我国能源革命的“任督二脉”，构建强大的能源体系。

目前用于电网侧大规模储能仍以物理储能（抽水储能）为主，抽水储能具有规模大、寿命长、安全可靠、运行费用低的优点，建设规模一般在百兆瓦级以上，储能时长从几小时到几天，适用于电力系统的削峰填谷、紧急事故备用容量等应用。但这种储能技术需要特殊的地理条件和配套设施，建设的局限性较大。

锂离子电池具有重量轻、比能量高、自放电率低、工作范围适温宽，绿色环保等优势，已广泛应用于便携式电子设备，并作为动力电池在电动交通工具领域得到应用。近几年又开展应用于固定储能设备的研发。但要作为规模储能设备，单电池的一致性问题、安全性问题以及高成本问题是必须要解决的。

与锂离子电池相比，另外一种是化学储能方式。液流电池是适合于大规模储能（蓄电）的装置，在规模储能方面具有独特的优势：蓄电容量大，可达百兆瓦时；容量和功率相互独立，系统设计灵活；电堆易于模块组合，蓄电容量便于调节；充放电响应速度快，电池使用寿命长，可靠性高，深度放电；系统选址自由，受设置场地限制小；系统封闭运行；电池的大部分部件材料可循环使用；建设周期短，系统运行和维护费用低，特别是具有运行安全和环境友好的优点。

目前，中科院大连化物所储能技术研究部和大连融科储能技术发展有限公司研究团队，已经在储能领域取得了突出成绩，特别在液流电池领域，在十二五期间解决了全钒液流电池关键材料、高性能电堆和大规模储能系统集成等方面的关键科学和工程问题，并取得了一系列技术突破。研究团队完成了从实验室基础研究到产业化应用的发展过程，实施了包括全球最大规模的5MW/10MWh在内的30余项商业化示范工程，形成了完整的全钒液流电池储能技术的产业链。目前，该研究团队正在承建全球最大的200MW/800MWh的电化学储能电站示范工程。

（作者单位：中国科学院大连化学物理研究所）