國(guó)家發(fā)展改革委員會(huì)和國(guó)家能源局在2016年發(fā)布的《能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命戰(zhàn)略(2016-2030)》中提出，在2030年非化石能源發(fā)電量比重爭(zhēng)取達(dá)到50%，這意味著傳統(tǒng)電力/電網(wǎng)系統(tǒng)中的電源配置，輸電規(guī)劃和控制方案等方面都需要作出調(diào)整。目前，儲(chǔ)能技術(shù)在提高電力/電網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)新能源的接納能力、電網(wǎng)調(diào)頻、提高電能質(zhì)量和電力可靠性等方面的重要作用受到國(guó)際上的廣泛認(rèn)可，是提升傳統(tǒng)電力系統(tǒng)靈活性、經(jīng)濟(jì)性和安全性的重要手段。

從廣義上講，儲(chǔ)能技術(shù)即能量存儲(chǔ)，是指通過(guò)一種介質(zhì)或者設(shè)備，把一種能量形式用同一種或者轉(zhuǎn)換成另一種能量形式存儲(chǔ)起來(lái)，在應(yīng)用需要時(shí)再以特定能量形式釋放出來(lái)的循環(huán)過(guò)程，大致可以分為物理儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能以及電磁儲(chǔ)能三種。物理儲(chǔ)能主要包括抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能等;電化學(xué)儲(chǔ)能主要包括鉛酸電池儲(chǔ)能、鋰離子電池、液流電池等;電磁儲(chǔ)能主要包括超級(jí)電容器儲(chǔ)能、超導(dǎo)儲(chǔ)能等。

電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)在全球市場(chǎng)的應(yīng)用

近年來(lái)，全球儲(chǔ)能市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)得到了業(yè)界的廣泛關(guān)注。而多家調(diào)研機(jī)構(gòu)的調(diào)查報(bào)告也在不斷提高對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)投資和部署的預(yù)期。其中，電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)以其在適用性、效率、壽命、充放電、重量和便攜式方面的優(yōu)勢(shì)，發(fā)展勢(shì)頭迅猛。截至2019年6月底，全球已投運(yùn)的電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目的累計(jì)裝機(jī)規(guī)模為7427.5MW，占全球儲(chǔ)能市場(chǎng)的4.1%，同比增長(zhǎng)105%。2019年三季度，全球新增投運(yùn)電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目裝機(jī)規(guī)模149.6MW，從技術(shù)分布上看，也幾乎全部應(yīng)用了鋰離子電池。可見(jiàn)，鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)是增長(zhǎng)最快的儲(chǔ)能技術(shù)。

從裝機(jī)規(guī)?？?，抽水蓄能仍是我國(guó)儲(chǔ)能市場(chǎng)的主要組成部分。截至2018年年底，我國(guó)投運(yùn)的儲(chǔ)能項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)約3120萬(wàn)千瓦，抽水蓄能裝機(jī)為2999萬(wàn)千瓦，占儲(chǔ)能總裝機(jī)規(guī)模的96%;但是，其建設(shè)對(duì)地理?xiàng)l件要求比較高，建設(shè)周期較長(zhǎng)，單體容量大，難以尋找合適的貼近于負(fù)荷中心的應(yīng)用建設(shè)場(chǎng)地。

除了抽水蓄能，我國(guó)其余電儲(chǔ)能基本上是各類(lèi)電化學(xué)儲(chǔ)能。電化學(xué)儲(chǔ)能具有單體容量小、施工安裝難度小、建設(shè)速度快，能夠貼近負(fù)荷、各類(lèi)新能源靈活配置的特點(diǎn)。隨著近年來(lái)電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)的不斷成熟、成本的快速下降，我國(guó)電化學(xué)儲(chǔ)能增長(zhǎng)迅速。2019年三季度，中國(guó)新增投運(yùn)電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目裝機(jī)規(guī)模78.2MW，環(huán)比增長(zhǎng)29.3%，值得一提的事，其中幾乎全部應(yīng)用了綜合表現(xiàn)優(yōu)秀的鋰離子電池。

無(wú)論是功率型還是能量型的應(yīng)用，鋰離子電池均有較好表現(xiàn)，且工程實(shí)施性好，應(yīng)用范圍較廣。伴隨著電動(dòng)汽車(chē)的快速發(fā)展，鋰離子電池的研發(fā)生產(chǎn)已有規(guī)模效應(yīng)，造價(jià)成本下降趨勢(shì)較快。相比其他電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)，鋰離子電池綜合性?xún)r(jià)比高，實(shí)際應(yīng)用規(guī)模也最大。

但是，鋰離子電池的安全性問(wèn)題也成為了行業(yè)所關(guān)注的重點(diǎn)。自2017年8月起，韓國(guó)已經(jīng)發(fā)生了27起儲(chǔ)能電站火災(zāi)事故，其中17起為鋰電池應(yīng)用的儲(chǔ)能系統(tǒng)。從技術(shù)角度分析，鋰離子電池在過(guò)充過(guò)放、過(guò)熱、機(jī)械碰撞等內(nèi)外部因素的作用下，容易引起電池隔膜崩潰、內(nèi)部短路，從而導(dǎo)致熱失控的發(fā)生，這是鋰離子電池發(fā)生安全問(wèn)題的根本原因。此外，鋰離子電池目前采用的有機(jī)溶劑的電解液大多屬于易燃或可燃液體，這又增加了其發(fā)生火災(zāi)的隱患。

鋰電池技術(shù)正在尋求創(chuàng)新突破

為了提高鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全可靠性、能源效率以及其他方面的性能，近年來(lái)，全球多家電池科技公司在多年的研發(fā)基礎(chǔ)上取得了一定的技術(shù)性突破，并有部分技術(shù)經(jīng)過(guò)多年研究，正在向商業(yè)化的道路前進(jìn)。

Solid Power固態(tài)電池制造商研發(fā)的新型固態(tài)電池，不僅用鋰金屬材料代替石墨陽(yáng)極，而且用一塊固體件(通常是陶瓷、玻璃或阻燃聚合物)來(lái)代替液體電解質(zhì)和隔膜，這項(xiàng)正在開(kāi)發(fā)的電池將提高至少50%的能量密度。

瑞士電池科技公司英諾利Innolith經(jīng)過(guò)10年的研發(fā)，推出了基于不可燃無(wú)機(jī)電解液技術(shù)的鋰離子電池，此類(lèi)電池具有高能量密度及穩(wěn)定安全的特性。英諾利的首款產(chǎn)品P1已經(jīng)在美國(guó)PJM電網(wǎng)系統(tǒng)中運(yùn)行了2年，為電網(wǎng)提供調(diào)頻服務(wù)，并在2017年得到了 UL(美國(guó)保險(xiǎn)商試驗(yàn)所 Underwriter Laboratories Inc) 的認(rèn)證。相關(guān)團(tuán)隊(duì)在德國(guó)第三方實(shí)驗(yàn)室對(duì)P1產(chǎn)品進(jìn)行了連續(xù)五年不間斷的測(cè)試，循環(huán)充放次數(shù)超過(guò)50000次，充放深度從0到100%，比有機(jī)電解液的鋰電池循環(huán)充放次數(shù)提高了近10倍。

國(guó)內(nèi)著名的電池制造商寧德時(shí)代曾宣布將推出一款長(zhǎng)循環(huán)壽命磷酸鐵鋰電池，使用壽命可以超過(guò)15年，單體循環(huán)超過(guò)15000次。據(jù)稱(chēng)電池環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，能夠很好地滿足儲(chǔ)能工況要求，將會(huì)是目前應(yīng)用于儲(chǔ)能市場(chǎng)的鋰離子電池技術(shù)路線的一個(gè)很好的選擇。

近日，復(fù)旦大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)提出了關(guān)于鋰氧氣電池正極材料的智能化設(shè)計(jì)理念，利用超組裝的多孔CeO2/C框架材料用作正極催化劑，實(shí)現(xiàn)了Li2O2薄膜在充放電過(guò)程中高效可逆地智能化吸附和分解，從而獲得了鋰氧氣電池穩(wěn)定的長(zhǎng)循環(huán)壽命和優(yōu)異的倍率性能。

未來(lái)，隨著世界從化石燃料轉(zhuǎn)向存儲(chǔ)電力，這些突破性的電池技術(shù)平臺(tái)有望為儲(chǔ)能行業(yè)帶來(lái)突破性的創(chuàng)新發(fā)展。