李建林　馬會(huì)萌　惠　東

（中國(guó)電力科學(xué)研究院　北京　100192）

儲(chǔ)能技術(shù)融合分布式可再生能源的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

李建林馬會(huì)萌惠東

（中國(guó)電力科學(xué)研究院北京100192）

編者按大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)發(fā)-輸-配-用各個(gè)環(huán)節(jié)均有廣泛用途，備受國(guó)內(nèi)外業(yè)界人士高度關(guān)注。“十三五”開局之年，國(guó)家利好政策頻出，除《中共中央關(guān)于制定國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十三個(gè)五年規(guī)劃的建議》外，國(guó)家發(fā)改委、能源局也陸續(xù)頒布了《電儲(chǔ)能參與“三北”地區(qū)電網(wǎng)調(diào)峰輔助服務(wù)的通知》、《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃（2016～2030年）》、《關(guān)于在能源領(lǐng)域積極推廣政府和社會(huì)資本合作模式的通知》等系列政策，極大地激勵(lì)了我國(guó)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，百 MW 級(jí)儲(chǔ)能電站已經(jīng)上升到國(guó)家戰(zhàn)略層面。

在強(qiáng)有力的政策引導(dǎo)下，主要類型的物理、化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)獲得了迅速發(fā)展。MW級(jí)化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)已進(jìn)行了多種示范運(yùn)行，其中鋰離子電池、鉛酸電池在我國(guó)已開始商業(yè)化運(yùn)行。繼張北風(fēng)光儲(chǔ)輸示范工程之后，陸續(xù)涌現(xiàn)出了一批有代表性的示范性儲(chǔ)能電站和光儲(chǔ)一體化電站，如遼寧臥牛石5MW儲(chǔ)能電站、甘肅酒泉MW級(jí)儲(chǔ)能電站、青海15MW儲(chǔ)能電站等；在用戶側(cè)，深圳寶清MW級(jí)儲(chǔ)能電站、欣旺達(dá)居民園區(qū) MW 級(jí)移動(dòng)式儲(chǔ)能系統(tǒng)也得到了示范應(yīng)用。當(dāng)前儲(chǔ)能技術(shù)正逐步從試驗(yàn)示范邁向商業(yè)化推廣，大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用需重點(diǎn)突破高安全、低成本、長(zhǎng)壽命、高能量轉(zhuǎn)換效率等儲(chǔ)能裝備的關(guān)鍵技術(shù)。

著眼于國(guó)家戰(zhàn)略，本期特邀中國(guó)電力科學(xué)研究院李建林老師作為特邀主編策劃“大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)與應(yīng)用”專題。同時(shí)編輯部圍繞新能源電力系統(tǒng)方面的研究后續(xù)會(huì)陸續(xù)推出“多源多變換復(fù)雜交直流系統(tǒng)穩(wěn)定控制與運(yùn)行優(yōu)化技術(shù)”、“電力系統(tǒng)低頻振蕩與次同步振蕩”等專題，以期引發(fā)研究人員的廣泛關(guān)注，推動(dòng)該領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展。

分布式發(fā)電能夠充分利用可再生能源實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，是集中式發(fā)電的有效補(bǔ)充，利用儲(chǔ)能系統(tǒng)的雙向功率能力和靈活調(diào)節(jié)特性可以提高系統(tǒng)對(duì)分布式電源的接納能力，具有廣闊的應(yīng)用前景。首先匯總了多種主流儲(chǔ)能技術(shù)目前在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用規(guī)模及其本體關(guān)鍵參數(shù)，并從儲(chǔ)能設(shè)備自身特點(diǎn)和電力系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)能的需求出發(fā)，分析各儲(chǔ)能技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和不足，提出了可能突破的方向及發(fā)展預(yù)期，然后從應(yīng)對(duì)分布式可再生能源大量接入給電網(wǎng)帶來的問題出發(fā)，歸納了儲(chǔ)能技術(shù)在融合分布式可再生能源方面的應(yīng)用模式，分析了國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用現(xiàn)狀及不足，最后從本體發(fā)展和應(yīng)用技術(shù)層面探討了儲(chǔ)能技術(shù)的未來發(fā)展方向。

儲(chǔ)能技術(shù)分布式可再生能源評(píng)價(jià)指標(biāo)

0　引言

分布式發(fā)電能夠充分利用可再生能源，是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)的重要舉措，也是集中式發(fā)電的有效補(bǔ)充［1］。作為第三次工業(yè)革命的重要特征之一，分布式發(fā)電尤其是分布式光伏發(fā)電飛速發(fā)展，至2014年底，我國(guó)分布式光伏發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)8GW，并且新一輪電力體制改革力推分布式能源。中央發(fā)布的《關(guān)于進(jìn)一步深化電力體制改革的若干意見》［2］（中發(fā)［2015］第 9號(hào)）明確規(guī)定“允許擁有分布式電源的用戶或微網(wǎng)參與電力交易”，“全面開放用戶側(cè)分布式電源市場(chǎng)，積極開展分布式電源項(xiàng)目的各類試點(diǎn)和示范”，可以預(yù)見分布式發(fā)電將擁有更廣闊的發(fā)展空間。然而可再生能源發(fā)電的特性對(duì)系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定、可靠性和電能質(zhì)量將產(chǎn)生影響。針對(duì)該問題，當(dāng)前儲(chǔ)能技術(shù)在可再生能源發(fā)電領(lǐng)域中的重要補(bǔ)充作用已基本得到業(yè)內(nèi)認(rèn)可，利用儲(chǔ)能系統(tǒng)的雙向功率能力和靈活調(diào)節(jié)特性可以提高系統(tǒng)對(duì)分布式電源的接納能力。隨著儲(chǔ)能技術(shù)日益成熟、成本不斷降低，以及未來智能配電網(wǎng)的發(fā)展，其在促進(jìn)分布式電源消納領(lǐng)域?qū)碛懈鼜V闊的應(yīng)用前景。本文首先介紹了儲(chǔ)能本體技術(shù)的特點(diǎn)及發(fā)展現(xiàn)狀，歸納了儲(chǔ)能在促進(jìn)分布式可再生能源消納方面的應(yīng)用情況，并從應(yīng)用技術(shù)、評(píng)估技術(shù)和本體技術(shù)層面對(duì)其未來發(fā)展方向進(jìn)行了探討。

1　儲(chǔ)能技術(shù)的特點(diǎn)及發(fā)展現(xiàn)狀

儲(chǔ)能技術(shù)包含本體技術(shù)與應(yīng)用技術(shù)，本體技術(shù)是儲(chǔ)能技術(shù)的基礎(chǔ)。儲(chǔ)能本體形式按照能量?jī)?chǔ)存形式，可以分為機(jī)械儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能、化學(xué)儲(chǔ)能和相變儲(chǔ)能?；瘜W(xué)儲(chǔ)能目前來看主要有電化學(xué)儲(chǔ)能、氫儲(chǔ)能等；電化學(xué)儲(chǔ)能又包括鋰離子電池、液流電池、鉛酸電池、鈉硫電池等典型的二次電池體系，以及新興的二次電池體系（鈉離子電池、鋰硫電池、鋰空氣電池等）。

對(duì)于電力系統(tǒng)應(yīng)用而言，儲(chǔ)能系統(tǒng)的基本技術(shù)特征體現(xiàn)在功率等級(jí)及其作用時(shí)間上，儲(chǔ)能的作用時(shí)間是區(qū)別于電力系統(tǒng)傳統(tǒng)即發(fā)即用設(shè)備的顯著標(biāo)志，是儲(chǔ)能技術(shù)價(jià)值的重要體現(xiàn)，是特有的技術(shù)特征。儲(chǔ)能所擁有的這一獨(dú)特技術(shù)特征將改變現(xiàn)有電力系統(tǒng)供需瞬時(shí)平衡的傳統(tǒng)模式，在能源革命中發(fā)揮重要作用。

儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用涉及發(fā)輸配用各個(gè)環(huán)節(jié)［3，4］，在促進(jìn)集中式和分布式可再生能源消納領(lǐng)域的應(yīng)用已備受關(guān)注。其中在集中式可再生能源領(lǐng)域應(yīng)用的項(xiàng)目數(shù)、裝機(jī)容量占比均最大，增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)最明顯，在分布式可再生能源領(lǐng)域應(yīng)用的項(xiàng)目數(shù)占比增長(zhǎng)速率較快。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，近 10年來全球MW級(jí)以上規(guī)模的儲(chǔ)能示范工程約190個(gè)，其中超過120個(gè)與電化學(xué)儲(chǔ)能相關(guān)，主要儲(chǔ)能類型項(xiàng)目數(shù)占比如圖1所示。這些項(xiàng)目均以電池作為主要裝置載體，采用的電池類型包括鈉硫、液流、鋰離子、鉛酸等，國(guó)際上各示范工程對(duì)儲(chǔ)能本體的選型表明現(xiàn)階段電化學(xué)儲(chǔ)能的技術(shù)基礎(chǔ)積累優(yōu)于其他類型的儲(chǔ)能技術(shù)。從電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)容量方面分析，MW級(jí)儲(chǔ)能項(xiàng)目中主要類型儲(chǔ)能總裝機(jī)增長(zhǎng)趨勢(shì)如圖 2所示。圖2顯示：鋰離子電池儲(chǔ)能前期裝機(jī)容量小，自2012年后，其裝機(jī)容量得到大幅提升，在電池儲(chǔ)能中位列最高。鉛酸電池自 2012年后處于停滯狀態(tài)，鈉硫裝機(jī)容量在2011年之后位居第一，之后增長(zhǎng)緩慢，從圖2中可看出，在電化學(xué)儲(chǔ)能示范項(xiàng)目中，以鋰離子電池儲(chǔ)能示范項(xiàng)目數(shù)、裝機(jī)容量占比最高，達(dá) 48%，增長(zhǎng)幅度也最快，可以預(yù)見鋰離子電池仍將是應(yīng)用最廣的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)。

目前，各種儲(chǔ)能的技術(shù)發(fā)展水平各有不同，在集成功率等級(jí)、持續(xù)放電時(shí)間、能量轉(zhuǎn)換效率、循環(huán)壽命、功率/能量密度及成本等方面均有差異，主要儲(chǔ)能技術(shù)參數(shù)見附表1［5-14］。

圖1　主要儲(chǔ)能類型項(xiàng)目數(shù)占比Fig.1　The proportion of main type energy storage projects

圖2　MW級(jí)儲(chǔ)能項(xiàng)目中主要類型儲(chǔ)能總裝機(jī)增長(zhǎng)趨勢(shì)Fig.2　The growth trends of installed capacity in the MW energy storage projects

2　分布式可再生能源領(lǐng)域中的儲(chǔ)能應(yīng)用現(xiàn)狀

分布式電源的接入促進(jìn)了電能與其他能源的融合和轉(zhuǎn)換，促進(jìn)了多種能源的互補(bǔ)和高效利用。電力、天然氣、熱能、氫能、生物質(zhì)能等多種一次和二次能源將在用戶側(cè)得到綜合利用，聯(lián)合提供用戶所需的終端用能服務(wù)。

而分布式電源的接入使配電網(wǎng)變成有源電網(wǎng)，對(duì)配電網(wǎng)規(guī)劃、并網(wǎng)管理、運(yùn)行、經(jīng)營(yíng)服務(wù)等提出了很大的挑戰(zhàn)［15，16］。主動(dòng)配電網(wǎng)（Active Distribution Network， ADN）有機(jī)整合先進(jìn)信息通信、電力電子及智能控制等技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)分布式可再生能源大規(guī)模并網(wǎng)與高效利用提供了一種有效解決方案［17］。而儲(chǔ)能技術(shù)作為主動(dòng)配電網(wǎng)的必要環(huán)節(jié)，通過與分布式電源一同并入電網(wǎng)，對(duì)電網(wǎng)起到支撐作用，圖 3為儲(chǔ)能技術(shù)促進(jìn)分布式發(fā)電并網(wǎng)的典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在促進(jìn)分布式可再生能源發(fā)電靈活接入和高效利用［18］中的作用主要有：①抑制分布式電源的功率波動(dòng)，減少分布式電源對(duì)用戶電能質(zhì)量的影響［19，20］；②為未來可能出現(xiàn)的直流配電網(wǎng)及直流用電設(shè)備的應(yīng)用提供支持；③增強(qiáng)配電網(wǎng)潮流、電壓控制及自恢復(fù)能力，提高配電網(wǎng)對(duì)分布式發(fā)電的接納能力［21，22］；④提供時(shí)空功率和能量調(diào)節(jié)能力，提高配電設(shè)施利用效率，優(yōu)化資源配置。

圖3　基于直流母線方式的分布式發(fā)電系統(tǒng)Fig.3　Distributed generation system based on DC bus mode

圖4　經(jīng)典微網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.4　Classical micro network topology

微網(wǎng)將分布式發(fā)電裝置、負(fù)荷、儲(chǔ)能以及控制裝置有機(jī)結(jié)合接入中低壓配電系統(tǒng)中。既可與電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，也可在電網(wǎng)故障或需要時(shí)與主網(wǎng)斷開單獨(dú)運(yùn)行，是分布式可再生能源有效利用的重要形式［23，24］。

圖4為典型的微網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括微型燃?xì)廨啓C(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、光伏電池、燃料電池和蓄電池等多種微電源形式。儲(chǔ)能是微電網(wǎng)中的必要元件［25］，在微電網(wǎng)的運(yùn)行管理中發(fā)揮如下重要作用：①實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)與電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率控制，滿足電網(wǎng)的管理要求；②作為主電源，維持微電網(wǎng)離網(wǎng)運(yùn)行時(shí)電壓和頻率的穩(wěn)定［26］；③為微電網(wǎng)提供快速的功率支持，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)并網(wǎng)和離網(wǎng)運(yùn)行模式的靈活切換；④參與微電網(wǎng)能量?jī)?yōu)化管理，兼顧不同類型分布式電源及負(fù)荷的輸出特性，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行。

不同工況提出的儲(chǔ)能技術(shù)需求不同，應(yīng)結(jié)合儲(chǔ)能本體的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行儲(chǔ)能選型。按照放電時(shí)間尺度劃分，儲(chǔ)能技術(shù)可分為功率型儲(chǔ)能和能量型儲(chǔ)能。功率型儲(chǔ)能適用于短時(shí)間內(nèi)對(duì)功率需求較高的場(chǎng)合，如微電網(wǎng)離網(wǎng)運(yùn)行時(shí)暫態(tài)支撐。能量型儲(chǔ)能適用于對(duì)能量需求較高的場(chǎng)合，如抑制分布式電源的功率波動(dòng)、提升分布式能源匯聚效應(yīng)等，見表1。

表1　儲(chǔ)能技術(shù)劃分Tab.1　Energy storage technology division

國(guó)際上，美國(guó)、日本、歐洲很多國(guó)家和地區(qū)都在儲(chǔ)能提高分布式能源利用率、新型智能用電等方面展開了積極的示范，驗(yàn)證了儲(chǔ)能在調(diào)峰、調(diào)頻、應(yīng)急供電的作用。從國(guó)內(nèi)的應(yīng)用情況來看，示范應(yīng)用場(chǎng)景主要包括用于新能源的并網(wǎng)發(fā)電、配電網(wǎng)的削峰填谷、分布式電源以及電能質(zhì)量改善等。目前這些項(xiàng)目還處于儲(chǔ)能系統(tǒng)功能驗(yàn)證的示范運(yùn)行階段。從國(guó)內(nèi)外應(yīng)用示范所展示或驗(yàn)證的應(yīng)用功能來看，儲(chǔ)能系統(tǒng)在融合分布式電源方面主要取得的成果包括以下幾個(gè)方面：

（1）儲(chǔ)能融合多能源接入能力應(yīng)用。國(guó)際上，日本、美國(guó)、韓國(guó)等利用儲(chǔ)能平滑風(fēng)電場(chǎng)或光伏出力波動(dòng)，抑制可再生發(fā)電爬坡率，提高可再生能源的利用率。韓國(guó)濟(jì)州島風(fēng)/光/儲(chǔ)/柴聯(lián)合應(yīng)用項(xiàng)目最具代表性，該項(xiàng)目配置了0.1MW/2h的全釩電池儲(chǔ)能系統(tǒng)［17］，借助儲(chǔ)能系統(tǒng)雙向功率調(diào)節(jié)能力實(shí)現(xiàn)了多能有效互補(bǔ)應(yīng)用，提出了相應(yīng)的協(xié)調(diào)控制策略，但能源類型相對(duì)較少，未能反映儲(chǔ)能技術(shù)在主網(wǎng)與微網(wǎng)互動(dòng)中的作用。在國(guó)內(nèi)，位于舟山海島的風(fēng)/ 光/儲(chǔ)/海/柴項(xiàng)目配置了多類型儲(chǔ)能系統(tǒng)［17］，包括200kW/120F的超級(jí)電容器儲(chǔ)能與1MW/500kW·h的鋰離子電池儲(chǔ)能。通過研究多類型儲(chǔ)能系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制策略實(shí)現(xiàn)平抑風(fēng)光功率波動(dòng)及負(fù)荷調(diào)平功能，提升了風(fēng)電或光伏跟蹤日前調(diào)度計(jì)劃能力，但在應(yīng)對(duì)多類型負(fù)荷及新型用電方式情況下的功能未展開示范驗(yàn)證。

（2）儲(chǔ)能提高用戶新型用電能力應(yīng)用。國(guó)際上，美國(guó)、日本、法國(guó)等國(guó)示范項(xiàng)目使用戶有機(jī)會(huì)管理其電能消耗及預(yù)算，成為“生產(chǎn)消費(fèi)者”或利用移動(dòng)式儲(chǔ)能參與負(fù)荷用電管理。其中尤以美國(guó)夏威夷大學(xué)智能電網(wǎng)和能量存儲(chǔ)示范項(xiàng)目為最［17］，其將1MW/1MW·h鋰離子電池系統(tǒng)被安裝于變電站中，用以減少變壓器的高峰負(fù)荷。并實(shí)施分布式電源/儲(chǔ)能裝置/微網(wǎng)/不同特性用戶（含電動(dòng)汽車等移動(dòng)電力用戶）接入和統(tǒng)一監(jiān)控，用以展示儲(chǔ)能系統(tǒng)在配網(wǎng)的協(xié)同調(diào)度，通過基于儲(chǔ)能相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)提高用戶新型用電能力。在國(guó)內(nèi)，最具代表性的為中新天津生態(tài)城，它利用儲(chǔ)能系統(tǒng)參與用電側(cè)電能管理，將負(fù)荷分為不可控負(fù)荷、可控負(fù)荷和可切負(fù)荷不同級(jí)別，并配以不同功率等級(jí)的儲(chǔ)能系統(tǒng)。將源-荷有機(jī)地整合在一起，使之變?yōu)殡娋W(wǎng)中的一個(gè)可控單元，滿足不同用戶的特定需求。通過儲(chǔ)能系統(tǒng)使負(fù)荷變?yōu)橛押眯陀秒娯?fù)荷，提升了用電靈活互動(dòng)能力，降低了大量分布式電源接入對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行的復(fù)雜程度，提升了供電可靠性和供電質(zhì)量。

（3）提升分布式能源匯聚效應(yīng)能力應(yīng)用。國(guó)際上，美國(guó)、日本、意大利等國(guó)利用分布式儲(chǔ)能減少可再生能源發(fā)電引起的潮流變化，使變電站與上級(jí)電網(wǎng)進(jìn)行可控的能量交換，或通過熱儲(chǔ)能為用戶提供供冷、供熱綜合服務(wù)。其中基于車網(wǎng)（Vehicle to Grid， V2G）融合技術(shù)的理念，日本東京電力公司提出的“BESS SCADA”，對(duì)分布在配電網(wǎng)和用戶側(cè)的儲(chǔ)能單元進(jìn)行集中的管理和控制。通過對(duì)大量?jī)?chǔ)能單元的統(tǒng)一管理和控制，形成大規(guī)模的儲(chǔ)能能力，但控制上還有欠缺，未充分體現(xiàn)雙向互動(dòng)。目前國(guó)內(nèi)針對(duì)儲(chǔ)能匯聚效應(yīng)的工程還未開展，在薛家島電動(dòng)汽車工程示范中基于V2G理念做了類似的嘗試，配套建設(shè)的集中充電站可同時(shí)為360輛乘用車電池充電。在儲(chǔ)放功能上，可實(shí)現(xiàn)低谷時(shí)存儲(chǔ)電能，在用電高峰和緊急情況下向電網(wǎng)釋放電量，峰谷調(diào)節(jié)負(fù)荷7 020kW，最大可達(dá)10 520kW。但是切入點(diǎn)單一，缺乏基于能源互聯(lián)系統(tǒng)層面的實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能匯聚效應(yīng)的統(tǒng)一規(guī)劃和全面部署。

綜上所述，國(guó)內(nèi)外示范工程中，接入新能源種類局限在1～2種，儲(chǔ)能主體以能量型居多，其中又以電化學(xué)儲(chǔ)能為主導(dǎo)。現(xiàn)有示范工程中儲(chǔ)能系統(tǒng)在提供電網(wǎng)輔助服務(wù)、平抑風(fēng)電波動(dòng)、實(shí)現(xiàn)風(fēng)光多能互補(bǔ)、提高分布式系統(tǒng)供電可靠性等方面都得到了運(yùn)用。但兼具幾種功能的綜合演示鮮見報(bào)道，與能源互聯(lián)網(wǎng)概念結(jié)合不夠，未充分利用儲(chǔ)能的聚合效應(yīng)和雙向調(diào)節(jié)能力，不能完全適應(yīng)源-荷協(xié)同管理、終端用戶和電網(wǎng)的靈活互動(dòng)，且儲(chǔ)能功能較為單一。局限在單純的新能源接入、參與新型用戶用電、分散式能源匯聚等各種單項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行研究和工程示范，鮮有在一個(gè)區(qū)域中進(jìn)行集成多種分布式能源和多種儲(chǔ)能技術(shù)，并且對(duì)其能源的管理，缺乏自上而下的總體設(shè)計(jì)。

國(guó)內(nèi)與國(guó)外相比，雖在儲(chǔ)能本體的原創(chuàng)技術(shù)上總體落后于國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家，但在儲(chǔ)能應(yīng)用技術(shù)特別是化學(xué)電池儲(chǔ)能示范應(yīng)用方面處于國(guó)際先進(jìn)水平?！笆濉逼陂g由國(guó)家電網(wǎng)公司主導(dǎo)，在儲(chǔ)能領(lǐng)域取得了顯著成績(jī)，建成了天津生態(tài)城綜合示范、上海世博園、張北風(fēng)光儲(chǔ)綜合示范工程等具有影響力的項(xiàng)目。但這些技術(shù)也只是一個(gè)區(qū)域內(nèi)實(shí)施了單項(xiàng)技術(shù)，缺少系統(tǒng)性的多種能源接入與分布式儲(chǔ)能應(yīng)用技術(shù)的集成。在技術(shù)推廣過程中也暴露出一些不足。第一，我國(guó)能源互聯(lián)網(wǎng)儲(chǔ)能基礎(chǔ)理論研究落后于應(yīng)用技術(shù)研究，缺乏從第三次工業(yè)革命儲(chǔ)能支柱性角度進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)，多數(shù)應(yīng)用利用已有經(jīng)驗(yàn)來指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)，沒有形成系統(tǒng)化的理論體系做支撐。第二，對(duì)分布式儲(chǔ)能關(guān)鍵控制技術(shù)的研究多以工程實(shí)用為導(dǎo)向，原理上的研究不夠深入，與信息物理融合技術(shù)的發(fā)展并不緊密。第三，儲(chǔ)能關(guān)鍵裝置的研究應(yīng)該以需求為導(dǎo)向，開發(fā)相應(yīng)的儲(chǔ)能接入裝置，與能源互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合的力度有待提升。第四，儲(chǔ)能系統(tǒng)與能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)智能用電的交互影響及作用方面，研究尚不充分。這些問題與不足都應(yīng)在“十三五”期間加以重視。

3　儲(chǔ)能在分布式可再生能源領(lǐng)域中的發(fā)展趨勢(shì)

3.1本體技術(shù)選擇依據(jù)及對(duì)策

3.1.1評(píng)價(jià)要素

基于近幾年來關(guān)于儲(chǔ)能技術(shù)的研究工作，歸納出大容量?jī)?chǔ)能技術(shù)推廣應(yīng)用的關(guān)鍵因素，并提出規(guī)模等級(jí)、技術(shù)水平、經(jīng)濟(jì)成本以及技術(shù)形態(tài)這四項(xiàng)指標(biāo)，用于判斷適于規(guī)模化發(fā)展的儲(chǔ)能技術(shù)類型。

未來廣泛用于電力系統(tǒng)的儲(chǔ)能技術(shù)，至少需要達(dá)到MW級(jí)、MW·h級(jí)的規(guī)模，而對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展水平來說，抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能和電池儲(chǔ)能、熔融鹽蓄熱、氫儲(chǔ)能具備MW級(jí)或MW·h級(jí)的規(guī)模，而飛輪、超導(dǎo)及超級(jí)電容器儲(chǔ)能很難達(dá)到MW·h量級(jí)。

安全與可靠始終是電力系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求，MW級(jí)、MW·h級(jí)規(guī)模的儲(chǔ)能系統(tǒng)將對(duì)安全與可靠性提出更高的要求。儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全問題，與儲(chǔ)能系統(tǒng)本身的材料體系、結(jié)構(gòu)布局以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所考慮的安全措施等因素相關(guān)。尤其對(duì)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)而言，由于在應(yīng)用過程中往往需要通過串并聯(lián)成組設(shè)計(jì)將電池單體組成電池模塊及電池系統(tǒng)才能滿足應(yīng)用需求，所以電池系統(tǒng)內(nèi)部各單體電池的性能一致性問題，也成為影響電池系統(tǒng)安全性與可靠性的又一個(gè)因素。

在技術(shù)水平方面，首先，轉(zhuǎn)換效率和循環(huán)壽命是兩個(gè)重要指標(biāo)，它們影響儲(chǔ)能系統(tǒng)總成本。低效率會(huì)增加有效輸出能源的成本，低循環(huán)壽命因?qū)е滦枰哳l率的設(shè)備更新而增加總成本。其次，在具體應(yīng)用中，影響儲(chǔ)能系統(tǒng)比能量的儲(chǔ)能設(shè)備體積和質(zhì)量也是考慮因素。體積能量密度影響占地面積和空間，質(zhì)量能量密度則反應(yīng)了對(duì)設(shè)備載體的要求。

在經(jīng)濟(jì)成本方面，現(xiàn)有電價(jià)機(jī)制和政策環(huán)境下，單就儲(chǔ)能技術(shù)的成本來講遠(yuǎn)不能滿足商業(yè)應(yīng)用的需求。以風(fēng)電應(yīng)用為例，配套的儲(chǔ)能設(shè)施單位kW投資成本幾乎都超出了風(fēng)電的單位投資成本，同時(shí)大規(guī)?；膬?chǔ)能系統(tǒng)還要考慮相應(yīng)的運(yùn)行維護(hù)成本。因此，所關(guān)注的規(guī)?；茝V的儲(chǔ)能技術(shù)必須具備經(jīng)濟(jì)前瞻性，也就是說應(yīng)該具備大幅降價(jià)空間，或者從長(zhǎng)時(shí)期來看具有一定顯性的經(jīng)濟(jì)效益，否則很難推廣普及。

衡量一種儲(chǔ)能技術(shù)能否得到大規(guī)模推廣運(yùn)用的第四項(xiàng)指標(biāo)應(yīng)是儲(chǔ)能系統(tǒng)能否以設(shè)備或工程形態(tài)（批量化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，便于安裝、運(yùn)行與維護(hù)）運(yùn)用在電力系統(tǒng)中。在眾多儲(chǔ)能方式中，電池儲(chǔ)能是契合設(shè)備形態(tài)需求較好的儲(chǔ)能技術(shù)類型。

就目前儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展水平而言，實(shí)現(xiàn)在電力系統(tǒng)的大規(guī)模應(yīng)用，期望儲(chǔ)能效率大于95%，充放電循環(huán)壽命超過 10 000次，儲(chǔ)能系統(tǒng)規(guī)?？蛇_(dá)到10MW·h以上，并具有較高的安全性。在上述基準(zhǔn)下，當(dāng)前各類儲(chǔ)能技術(shù)現(xiàn)狀如圖5所示。從對(duì)比效果來看，各種儲(chǔ)能技術(shù)互有短板，距期望值有一定差距，其中鋰電池與應(yīng)用指標(biāo)差距最大的是壽命和成本，液流電池與應(yīng)用指標(biāo)差距最大的是效率和成本。

圖5　儲(chǔ)能技術(shù)現(xiàn)狀雷達(dá)圖Fig.5　The status of energy storage technology in radar chart

在促進(jìn)新能源消納領(lǐng)域，單一儲(chǔ)能配置，從技術(shù)角度可以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能的多種功能應(yīng)用。但是從經(jīng)濟(jì)性角度，并非優(yōu)化方案，需要在實(shí)際配置中考慮各類型儲(chǔ)能的工況適應(yīng)性，采用多元復(fù)合儲(chǔ)能方案，使不同的儲(chǔ)能技術(shù)之間可以取長(zhǎng)補(bǔ)短，以達(dá)到投資和運(yùn)行成本最優(yōu)。到2020年，各項(xiàng)儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展期望如圖6所示。

圖6　儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展期望雷達(dá)圖Fig.6　The development of energy storage technology in radar chart

3.1.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展路線

我國(guó)提出了在2020年之前，針對(duì)鋰離子電池、全釩液流電池等的研究方向、預(yù)期目標(biāo)。日本NEDO［27］發(fā)布的關(guān)于鋰離子電池至 2030年技術(shù)發(fā)展路線圖中，詳細(xì)說明了鋰離子電池在未來20年內(nèi)的發(fā)展趨勢(shì)與技術(shù)指標(biāo)，并明確列出研發(fā)時(shí)間節(jié)點(diǎn)，為我國(guó)相關(guān)電池技術(shù)的發(fā)展提供了良好的參考依據(jù)。美國(guó)DOE于2010年底發(fā)布的關(guān)于儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用研究的最新報(bào)告中，也針對(duì)各種儲(chǔ)能技術(shù)，詳細(xì)提出在未來5～20年中的技術(shù)發(fā)展方向與投資成本目標(biāo)等，并確定超級(jí)鉛酸與先進(jìn)鉛酸電池、鋰離子電池、硫基電池、液流電池、功率型儲(chǔ)能電池以及金屬空氣電池、液金屬電池、鋰硫電池、先進(jìn)壓縮空氣等作為其重點(diǎn)關(guān)注的儲(chǔ)能技術(shù)類型。

3.1.3本體技術(shù)攻關(guān)對(duì)策

目前儲(chǔ)能應(yīng)用對(duì)本體技術(shù)的特征需求（規(guī)模、壽命、安全、成本和效率）與目前的本體技術(shù)水平還有一定差距，儲(chǔ)能技術(shù)尚未得到廣泛應(yīng)用。因此，一方面要提升現(xiàn)有本體技術(shù)水平，挖掘其技術(shù)潛力，逐步縮短與儲(chǔ)能應(yīng)用需求之間的差距；另一方面要探索研究新型的儲(chǔ)能技術(shù)，關(guān)注發(fā)展前景好、技術(shù)潛力大、具有相對(duì)技術(shù)優(yōu)勢(shì)的新型一代本體技術(shù)。結(jié)合國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有儲(chǔ)能技術(shù)研究水平、國(guó)內(nèi)外關(guān)于電池技術(shù)的發(fā)展規(guī)劃及資源條件等幾個(gè)方面的因素，應(yīng)該將鋰離子電池作為重點(diǎn)攻關(guān)方向。重點(diǎn)關(guān)注并開展液流和鉛炭電池相關(guān)研究，積極關(guān)注并適時(shí)切入熔融鹽蓄熱和氫儲(chǔ)能，跟蹤并把握鈉硫電池、壓縮空氣、飛輪等技術(shù)的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)。

3.2應(yīng)用技術(shù)

（1）儲(chǔ)能支撐多能源高效融合效應(yīng)日益顯現(xiàn)。能源生產(chǎn)者、消費(fèi)者和二者兼具的能源生產(chǎn)消費(fèi)者，分層分散接入，種類繁多，構(gòu)成城市能源局域網(wǎng)。能源管理和控制運(yùn)行呈現(xiàn)出分散自治和集中協(xié)調(diào)相結(jié)合的模式。

（2）儲(chǔ)能系統(tǒng)功能由單一走向多元。儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景日益豐富，作用時(shí)間覆蓋從s級(jí)到h級(jí)，由單一功能向融合多能源+新型用電等多元復(fù)合功能過渡。緊湊型、模塊化和響應(yīng)快是儲(chǔ)能裝置的發(fā)展方向。

（3）分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)促進(jìn)終端用戶用電方式多樣化。隨著用電需求多樣化，不同電壓等級(jí)下交直流用戶共存，通過儲(chǔ)能實(shí)現(xiàn)終端用戶供用電關(guān)系轉(zhuǎn)換、用能設(shè)備的能量緩沖、靈活互動(dòng)以及智能交互是技術(shù)主流。

（4）分散式儲(chǔ)能系統(tǒng)匯聚效應(yīng)進(jìn)一步發(fā)揮。儲(chǔ)能系統(tǒng)匯聚效應(yīng)在電動(dòng)汽車 V2G運(yùn)行模式已得到初步顯現(xiàn)，隨著分散式儲(chǔ)能系統(tǒng)的規(guī)模化普及，在新能源接入、用戶互動(dòng)等方面的聚合作用會(huì)逐步凸顯。

（5）動(dòng)力電池梯次利用試點(diǎn)逐步展開。隨著動(dòng)力電池篩選、重組技術(shù)、電池管理技術(shù)的進(jìn)步［28，29］及梯次利用電池的適應(yīng)工況研究，退役動(dòng)力電池在融合分布式可再生能源領(lǐng)域的作用將得到進(jìn)一步發(fā)展。

4　結(jié)論

伴隨清潔能源大量分散接入和終端用戶雙向互動(dòng)，儲(chǔ)能系統(tǒng)的作用已開始由簡(jiǎn)單的友好接入向以能源互聯(lián)為導(dǎo)向過渡，并傾向于基于高效協(xié)同管理統(tǒng)一規(guī)劃開展全面研究和技術(shù)示范。以儲(chǔ)能作為核心承載技術(shù)的多能互補(bǔ)、雙向互動(dòng)一體化示范工程將全方位勾勒第三次工業(yè)革命的發(fā)展愿景。

附錄

附表1　儲(chǔ)能技術(shù)參數(shù)［5-14］App. Tab.1　Energy storage technology parameters

（續(xù)）

（續(xù)）

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Present Development Condition and Trends of Energy Storage Technology in the Integration of Distributed Renewable Energy

Li JianlinMa HuimengHui Dong
（China Electric Power Research InstituteBeijing100192China）

This paper summaries the application scale and the key parameters of the main energy storage technologies in the power system. According to the characteristics of the energy storage equipment and the demands for energy storage in power systems， this paper analyzes the advantages and disadvantages of various energy storage technologies， and then proposes the possible breakthrough directions and expected developments. Subsequently， due to the problems caused by a large amount of distributed renewable energy integrated into power grid， this paper summarizes the application models of energy storage technologies， and analyzes the application status and shortages at home and abroad. Finally， the future development directions of large scale energy storage technologies are discussed.

Energy storage technology， distributed， renewable energy， evaluation index

TM61

李建林男，1976年生，教授級(jí)高工，主要從事電能存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換技術(shù)方面的研究工作。

E-mail： dkylil@163.com（通信作者）

馬會(huì)萌女，1985年生，碩士研究生，主要從事電能存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換技術(shù)方面的研究工作。

E-mail： mahuimeng@epri.sgcc.com.cn

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）（2014AA052004）和國(guó)家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目（KY-SG02016-204-JLDKY）資助。

2016-02-29改稿日期 2016-04-29