解析：我国能源互联网建设与储能进展

2016年6月24日，为推进北京全国科技创新中心建设，深入实施《北京技术创新行动计划(2014-2017年)》，加快我市能源互联网领域技术创新及产业集聚发展，北京市科委面向社会公开征集能源互联网领域科技储备项目。
 

项目征集方向为：(一)面向能源互联网应用的电力电子技术及装备，新型储能及智能电网(微网)。(二)多能源协同优化的智能分布式发电系统及装备。(三)供需联动预测及调度，智能运行控制与能量管理系统。(四)类型：包括具有重大创新突破的前沿技术研究、关键技术和高端装备研发、集成技术与工程技术攻关、利用能源互联网技术解决城市建设管理中热点问题等。
 

储能技术发展是保障清洁能源大规模发展和电网安全经济运行的关键。储能技术可以在电力系统中增加电能存储环节，使得电力实时平衡的“刚性”电力系统变得更加“柔性”，特别是平抑大规模清洁能源发电接入电网带来的波动性，提高电网运行的安全性、经济性、灵活性。储能技术一般分为热储能和电储能，未来应用于全球能源互联网的主要是电储能。
 

储能技术应用广泛，市场需求潜力巨大，是能源互联网中的关键环节：储能技术的潜在需求很大，第一、光伏与风电等间歇性电源出力不稳定，当其发电占比达到较高比例时，会对电网造成一定的冲击，从而需要配套一定比例的储能来稳定风光电站的出力。第二、用电价格相对上网电价较高的地区，波峰波谷电价差异很大的地区，分布式配套储能往往很容易具经济性;微网、离网对于储能的需求也很直接。第三、储能应用于电力系统中将改变电能生产、输送和使用同步完成的模式，弥补电力系统中缺失的“储放”功能，以达到优化电力资源配置、提高能源利用效率之目的。第四、储能技术进步还带动了电动汽车的迅速发展。第五、在日渐兴起的能源互联网中，由于可再生能源与分布式能源在大电网中的大量接入，结合微网与电动车的普及应用，储能技术将是协调这些应用的至关重要的一环，储能环节将成为整个能源互联网的关键节点;能源互联网的兴起将显著拉动储能的需求，助推储能产业实现跨越式发展。
 

在能源互联网背景下，电化学储能、储热、氢储能、电动汽车等储能技术或设备围绕电力供应，实现了电网、交通网、天然气管网、供热供冷网的“互联”，储能和能源转换设备共同建立了多能源网络的耦合关系。在未来的能源互联网中，部分新能源发电将通过制氢、制热等方式进行转换，或以电化学储能等双向电力储能设备存储并适时返回电网。在各电力储能技术的支撑下，新能源发电与热电联供机组、燃料电池、热泵等转换设备协调运行，实现了在新能源高效利用目标下，以电能为核心的多能源生产和消费的匹配。
 

储能从技术原理上主要可分为适合能量型应用的电化学储能、压缩空气储能、熔融盐蓄热、氢储能以及适合功率型短时应用的飞轮、超导和超级电容器储能等。
 

抽水蓄能是目前技术最成熟、应用最广泛的大规模储能技术，具有规模大、寿命长、运行费用低等优点，目前效率可达70%左右，建设成本大致为3500元/kW~4000元/kW。缺点主要是电站建设受地理资源条件的限制，并涉及上、下水库的库区淹没、水质的变化以及库区土壤盐碱化等一系列环保问题。
 

钠硫电池具有能量密度大，无自放电，原材料钠、硫易得等优点，缺点主要是倍率性能差、成本高，以及高温运行存在安全隐患等。未来发展趋势主要是提高倍率性能、进一步降低制造成本、提高长期运行的可靠性和系统安全性。
 

目前主要的液流电池体系有：多硫化钠/溴、全钒、锌/溴、铁/铬等体系，其中全钒体系发展比较成熟，已建成多个MW级工程示范项目，具有寿命长、功率和容量可独立设计、安全性好等优点。缺点主要是效率和能量密度低、运行环境温度窗口窄。发展趋势主要是选用高选择性、低渗透性的离子膜和高导电率的电极提升效率，提高工作电流密度和电解质的利用率以解决高成本问题等。
 

铅碳电池是在传统铅酸电池的铅负极中以“内并”或“内混”的形式引入，具有电容特性的碳材料而形成的新型储能装置。相比传统铅酸电池具有倍率高、循环寿命长等优点。但是碳材料的加入易产生负极易析氢、电池易失水等问题，发展趋势主要是进一步提高电池比能量密度和循环寿命，同时开发廉价、高性能的碳材料。
 

锂离子电池的材料种类丰富多样，其中适合作正极的材料有锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰酸锂;适合作负极的材料有石墨、硬(软)碳和钛酸锂等。锂离子电池的主要优点是：储能密度和功率密度高，效率高，应用范围广;关注度高，技术进步快，发展潜力大。主要缺点是：采用有机电解液，存在安全隐患;寿命和成本等技术经济指标仍待提升。
 

近年来以美国和日本为代表的发达国家对储能电池的发展路线进行了探索，在实现电池的长寿命、低成本、高安全方面取得了一定的进展。以零应变材料为代表的长寿命电池材料、能够摆脱锂资源束缚的钠系电池体系、基于固态电解质的全固态电池等是目前主要的研究热点和发展趋势。
 

压缩空气储能具有规模大、寿命长、运行维护费用低等优点。目前传统使用天然气并利用地下洞穴的压缩空气储能已经比较成熟，效率可达70%。近年来，国内外学者相继提出了绝热、液态和超临界等多种新型压缩空气储能技术，摆脱了对地理和资源条件的限制，但目前基本还处于技术突破或小规模示范阶段，效率基本低于60%。发展趋势主要是通过充分利用整个循环过程中的放热、释冷来提高整体效率，同时通过模块化实现规模化。
 

熔融盐蓄热是利用熔融盐使用温区大、比热容高、换热性能好等特点，将热量通过传热工质和换热器加热熔融盐存储起来，需要利用热量时再通过换热器、传热工质和动力泵等设备，将储存的热量取出以供使用，目前已在太阳能热发电中实现应用。其优点主要是规模大，可方便配合常规燃汽机使用等。但目前还存在成本高、效率和可靠性低等缺点，发展趋势主要是突破工质选择和关键材料。
 

氢储能是通过电解把水分解成氢气和氧气，实现电能到化学能的转化，被认为是未来能源互联网的重要支撑，日趋成为多个国家能源科技创新和产业支持的焦点。目前存在的问题主要是能量转换效率低(总效率低于50%)、生产过程能耗大，需配套建立氢气输送管线、加氢站等相关基础设施。在氢储能的各环节中，制氢的主要发展趋势是减少能耗、降低成本、提高转化效率，储氢主要是发展新型高效的储氢材料、提高储氢容器的耐压等级，输氢主要是发展抗氢脆和渗透的输氢管道材料及研究氢与天然气混合输送的技术、建设及完善相关配套设施，用氢主要是发展低成本的气体重整技术、降低氢燃料电池的成本、提高性能稳定性。
 

飞轮储能具有功率密度高、使用寿命长和对环境友好等优点，其缺点主要是储能密度低和自放电率较高，目前主要适用于电能质量改善、不间断电源等应用场合。
 

超导储能和超级电容器储能在本质上是以电磁场储存能量，不存在能量形态的转换过程，具有效率高、响应速度快和循环使用寿命长等优点，适合在提高电能质量等场合应用。超导储能的缺点是需要低温制冷系统、系统构建复杂、成本较高等。超级电容器在大规模应用中面临的主要问题是能量密度低，其发展趋势主要是开发高性能电极及电解液关键材料技术，以提高储能密度、降低成本。
 

全钒液流电池储能技术因其具有储能规模大(可达百兆瓦级)、充放电切换应答速度快，储能介质为水溶液、安全可靠，电池均匀性好、使用寿命可达15年以上，生命周期的性价比高，材料和部件可循环利用，环境友好等突出的优势，已经成为大规模储能的首选技术之一，成为国际高技术竞争的新热点。
 

大连化物所首席科学家张华民挂帅的全钒液流电池研发团队与融科储能一起，共申请了专利150余项，国际专利6项，形成了完整的自主知识产权体系，领军国内外液流电池标准的制定。目前已成功实施了近30项应用示范工程，其中包括2012年实施的当时全球最大规模的5MW/10MWh辽宁卧牛石风电场全钒液流储能系统，在国内外率先实现了该技术的产业化。当前正在实施的、由大连市政府支持的200MW/800MWh全钒液流电池储能项目，也已被国家能源局确定为国家储能示范项目。
 

国网辽宁电力公司运行管理的辽宁卧牛石风电场全钒液流电池储能系统自2013年3月投运以来，在削峰填谷和减少弃风上发挥了重要作用，截至2015年底，该系统共减少弃风近760万千瓦时，获得直接经济效益逾460万元。此后，国网辽宁电力公司又陆续投运了两座储能电站，分别为和风杨家店储能电站(锂电池和全钒液流电池)和黑山龙湾储能电站(全钒液流电池)。“从2015年的运行数据看，这三个风电厂的利用小时数都在2100小时以上，远高于全网平均利用小时数1780小时。”国网辽宁电力有限公司副总经理王芝茗指出。
 

国家发改委气候战略与国际合作中心主任李俊峰认为，通过电网优化调度削峰填谷，包括将燃煤电厂改为调峰电厂，将是未来几年政策上的首选。“‘十三五’期间，储能还只能维持在技术研发、示范工程和产业链建设阶段，国家应鼓励在适宜的地方优先选择液流电池技术，不再鼓励铅酸电池。”
 

目前，液流电池技术已在国际市场得到认可。美国在其2011年储能发展规划中已将液流电池作为首要支持发展的电池技术。美国2012年资助的22个储能项目中液流电池占到12个，且规模最大的也是液流电池。加拿大安大略省2015年招标的5个储能项目中，液流电池技术中标了4个。