陳海生　劉　暢　齊智平　中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所　北京　0090　中國(guó)科學(xué)院電工研究所　北京　0090

分布式儲(chǔ)能的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)*

陳海生1劉暢1齊智平2
1中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所北京100190
2中國(guó)科學(xué)院電工研究所北京100190

儲(chǔ)能技術(shù)是解決可再生能源間歇性和不穩(wěn)定性、提高常規(guī)電力系統(tǒng)和區(qū)域能源系統(tǒng)效率、安全性和經(jīng)濟(jì)性的迫切需要，是發(fā)展“安全、高效、低碳”的能源技術(shù)、占領(lǐng)能源技術(shù)制高點(diǎn)的“戰(zhàn)略必爭(zhēng)領(lǐng)域”，儲(chǔ)能在分布式可再生能源應(yīng)用與智能微網(wǎng)領(lǐng)域具有重大的戰(zhàn)略需求、重要的研究?jī)r(jià)值和巨大的發(fā)展?jié)摿ΑＮ恼路治隽朔植际絻?chǔ)能技術(shù)現(xiàn)狀、技術(shù)創(chuàng)新及其發(fā)展對(duì)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的帶動(dòng)，并結(jié)合分布式儲(chǔ)能的技術(shù)與產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)給出了發(fā)展儲(chǔ)能技術(shù)的政策建議。

儲(chǔ)能，分布式可再生能源，智能微網(wǎng)

1　儲(chǔ)能技術(shù)的戰(zhàn)略意義

我國(guó)能源生產(chǎn)和消費(fèi)總量均已居世界前列，且持續(xù)增長(zhǎng)［1］；同時(shí)，我國(guó)已向國(guó)際社會(huì)莊嚴(yán)承諾，2020 年非化石能源比重達(dá)到 15%，單位 GDP 的 CO2排放量比 2005 年降低 40%—45%［2］。既保障經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展中的能源安全，同時(shí)又兌現(xiàn)溫室氣體減排的國(guó)際承諾，是我國(guó)能源發(fā)展的重大戰(zhàn)略任務(wù)。但我國(guó)在能源供給和利用上還存在結(jié)構(gòu)不合理、利用效率不高、可再生能源開(kāi)發(fā)利用比例低、能源安全利用水平有待進(jìn)一步提高等問(wèn)題，發(fā)展“安全、高效、低碳”的能源技術(shù)勢(shì)在必行［2］。

儲(chǔ)能是指通過(guò)介質(zhì)或設(shè)備把能量存儲(chǔ)起來(lái)，在需要時(shí)再釋放出來(lái)的過(guò)程［3］。它是解決可再生能源間歇性和不穩(wěn)定性、提高常規(guī)電力系統(tǒng)和區(qū)域能源系統(tǒng)效率、安全性和經(jīng)濟(jì)性的迫切需要，是發(fā)展“安全、高效、低碳”的能源技術(shù)、占領(lǐng)能源技術(shù)制高點(diǎn)的“戰(zhàn)略必爭(zhēng)領(lǐng)域”［4，5］，對(duì)于保障電網(wǎng)安全、提高可再生能源比例、提高能源利用效率、實(shí)現(xiàn)能源的可持續(xù)發(fā)展均具有重大的戰(zhàn)略意義。

儲(chǔ)能是實(shí)現(xiàn)分布式可再生能源應(yīng)用的重要技術(shù)。利用儲(chǔ)能可以實(shí)現(xiàn)可再生能源平滑波動(dòng)、跟蹤調(diào)度輸出、調(diào)峰調(diào)頻等，使可再生能源發(fā)電穩(wěn)定可控輸出，滿足可再生能源電力的大規(guī)模接入并網(wǎng)的要求。儲(chǔ)能是實(shí)現(xiàn)分布式可再生能源大規(guī)模接入的必然選擇［7-9］。儲(chǔ)能也是智能微網(wǎng)的重要技術(shù)。智能微網(wǎng)的規(guī)模比大電網(wǎng)小，因此負(fù)荷波動(dòng)率和故障率相對(duì)較高，分布式儲(chǔ)能是提高其供電可靠性、提高電能質(zhì)量、負(fù)荷平衡和應(yīng)急電源等的必備關(guān)鍵技術(shù)［7-9］。儲(chǔ)能技術(shù)在分布式可再生能源應(yīng)用與智能微網(wǎng)領(lǐng)域具有重大的戰(zhàn)略需求、重要的研究?jī)r(jià)值和巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2　分布式儲(chǔ)能（儲(chǔ)電和儲(chǔ)熱）技術(shù)現(xiàn)狀

儲(chǔ)能的技術(shù)類(lèi)型有多種，適于可再生能源發(fā)電和智能微電網(wǎng)的電力儲(chǔ)能技術(shù)包括：抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、鉛酸電池、鋰離子電池、鈉硫電池、液流電池、超級(jí)電容器、飛輪儲(chǔ)能、超導(dǎo)儲(chǔ)能等。近年來(lái)，隨著可再生能源發(fā)電和智能電網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用的快速發(fā)展，電力儲(chǔ)能技術(shù)及其應(yīng)用也得到了快速發(fā)展。就當(dāng)前各類(lèi)電力儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展水平而言，總體上講，面臨兩方面的問(wèn)題：成本高和技術(shù)不夠成熟。因此，除了抽水蓄能，其他電力儲(chǔ)能技術(shù)還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。在分布式可再生能源應(yīng)用中，儲(chǔ)熱技術(shù)可以用于太陽(yáng)能熱儲(chǔ)存、微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電余熱儲(chǔ)存、電力調(diào)峰熱儲(chǔ)存等，通過(guò)儲(chǔ)熱實(shí)現(xiàn)能源的梯級(jí)利用，從而提高能源利用效率。根據(jù)儲(chǔ)熱原理可以把儲(chǔ)熱技術(shù)分為顯熱儲(chǔ)熱、潛熱儲(chǔ)熱和化學(xué)儲(chǔ)熱三大類(lèi)。

就現(xiàn)存的各種儲(chǔ)能技術(shù)而言，很難說(shuō)哪種儲(chǔ)能技術(shù)最好，每種儲(chǔ)能技術(shù)都有它的優(yōu)勢(shì)和不足，因此，各種儲(chǔ)能技術(shù)各有其適用場(chǎng)合，當(dāng)多種儲(chǔ)能技術(shù)在電網(wǎng)中互補(bǔ)應(yīng)用時(shí)，它們的潛力可以得到充分發(fā)揮，是更加理想的應(yīng)用方式，也是解決電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大、可再生能源發(fā)電大量接入、電網(wǎng)安全穩(wěn)定和電能質(zhì)量等問(wèn)題的有效技術(shù)路徑。隨著能源、環(huán)境問(wèn)題的日益突出，可再生能源發(fā)電接入電網(wǎng)的比例會(huì)越來(lái)越高，儲(chǔ)能技術(shù)將在電網(wǎng)中、用戶端、風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站等場(chǎng)合發(fā)揮重要的或者不可替代的作用，這將成為儲(chǔ)能發(fā)展應(yīng)用的新機(jī)遇。

近年來(lái)，世界各國(guó)都很重視對(duì)儲(chǔ)能領(lǐng)域的投資，截至 2014 年 8 月5日，全球累計(jì)實(shí)施儲(chǔ)能項(xiàng)目1 000 個(gè)，主要集中在北美、東亞和西歐等地區(qū)，設(shè)計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到 184 170 兆瓦。目前已有 60 個(gè)國(guó)家實(shí)施了儲(chǔ)能項(xiàng)目，儲(chǔ)能項(xiàng)目數(shù)量排名前10位的國(guó)家及其主要技術(shù)類(lèi)型如圖 1 所示。其中美國(guó)擁有的儲(chǔ)能項(xiàng)目最多，項(xiàng)目類(lèi)型涉及鋰離子電池、抽水蓄能、鉛酸電池、液流電池、飛輪儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能、超級(jí)電容器等技術(shù)。中國(guó)實(shí)施項(xiàng)目數(shù)量排名第 2，主要是鋰離子電池和抽水蓄能技術(shù)的應(yīng)用。

圖1　主要儲(chǔ)能項(xiàng)目類(lèi)型及國(guó)家分布

美國(guó)擁有全球近一半的儲(chǔ)能示范項(xiàng)目，2013 年投運(yùn)了幾個(gè)裝機(jī)規(guī)模較大的項(xiàng)目，如 AES（美國(guó)愛(ài)依斯電力公司）位于 Dayton 市的 40 兆瓦調(diào)頻項(xiàng)目、毛伊島 10 兆瓦風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目等，使其全球裝機(jī)規(guī)模首次超越日本，位居第1。歐洲近幾年計(jì)劃大力推動(dòng)可再生能源發(fā)電，德國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、西班牙等國(guó)相繼在 2013 年開(kāi)展了若干項(xiàng)目，涉及輸配、智能城市、海島微網(wǎng)等領(lǐng)域，特別是德國(guó)目前已有 30 兆瓦的儲(chǔ)能項(xiàng)目獲得補(bǔ)貼。日本儲(chǔ)能項(xiàng)目裝機(jī)容量?jī)H次于美國(guó)，僅 NGK 公司的裝機(jī)量就超過(guò)了300 兆瓦。

中國(guó)儲(chǔ)能項(xiàng)目近兩年發(fā)展較快，分別在可再生能源并網(wǎng)、分布式發(fā)電和微網(wǎng)以及電動(dòng)汽車(chē)等領(lǐng)域部署了一些儲(chǔ)能項(xiàng)目。從應(yīng)用上看，按裝機(jī)容量分，儲(chǔ)能在可再生能源并網(wǎng)領(lǐng)域的比例最高，占 51%，電力輸配、分布式發(fā)電及微網(wǎng)和輔助服務(wù)也是應(yīng)用的重點(diǎn)領(lǐng)域，分別占比 19%、8% 和 16%。隨著越來(lái)越多的示范項(xiàng)目在中國(guó)運(yùn)行，預(yù)計(jì)到 2020 年，中國(guó)儲(chǔ)能市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到約 136.97吉瓦，占 2020 年全國(guó)發(fā)電總裝機(jī)量 1 800 吉瓦的 7.6%。

儲(chǔ)能技術(shù)在分布式可再生能源接入與智能電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展領(lǐng)域仍具有一定的挑戰(zhàn)。從技術(shù)角度來(lái)看，關(guān)鍵材料、制造工藝、能量轉(zhuǎn)化效率是各種儲(chǔ)能技術(shù)面臨的共同挑戰(zhàn)，在規(guī)?；瘧?yīng)用中還需進(jìn)一步解決穩(wěn)定、可靠、耐久性問(wèn)題。一些影響儲(chǔ)能技術(shù)規(guī)?；瘧?yīng)用的重大技術(shù)瓶頸還有待解決。抽水蓄能技術(shù)進(jìn)一步的攻關(guān)重點(diǎn)在于大型抽水蓄能電站選址技術(shù)、高壩工程技術(shù)、高水頭大容量水泵水輪機(jī)、新型發(fā)電機(jī)技術(shù)、智能調(diào)度與運(yùn)行控制技術(shù)等。壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)的進(jìn)一步攻關(guān)重點(diǎn)在于高溫儲(chǔ)熱技術(shù)、新一代液化空氣儲(chǔ)能技術(shù)、超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)等。飛輪儲(chǔ)能的技術(shù)攻關(guān)重點(diǎn)在于高強(qiáng)度復(fù)合材料技術(shù)、高速低損耗軸承技術(shù)、高速高效發(fā)電/電動(dòng)機(jī)技術(shù)、飛輪儲(chǔ)能并網(wǎng)功率調(diào)節(jié)技術(shù)、真空技術(shù)等。化學(xué)電池儲(chǔ)能中關(guān)鍵材料制備與批量化和規(guī)?；柽M(jìn)一步取得突破，包括：電解液、離子交換膜、電極、模塊封裝、密封等。超級(jí)電容器高性能材料和大功率模塊化技術(shù)以及超導(dǎo)儲(chǔ)能中新型超導(dǎo)材料、液氮與 200K 溫區(qū)超導(dǎo)帶材技術(shù)、超導(dǎo)限流-儲(chǔ)能系統(tǒng)等裝備技術(shù)均尚需進(jìn)一步突破。儲(chǔ)熱技術(shù)中低品位熱能的儲(chǔ)存和利用比較成熟，如儲(chǔ)熱供暖、熱水供應(yīng)以及冰儲(chǔ)冷制冷等，高品位儲(chǔ)熱以及高效余熱回收利用是今后的發(fā)展方向。中高溫儲(chǔ)熱技術(shù)和深冷儲(chǔ)冷技術(shù)在可再生能源發(fā)電和節(jié)能中具有巨大應(yīng)用需求，目前這些技術(shù)還存在儲(chǔ)熱材料與儲(chǔ)熱器的相容性問(wèn)題、儲(chǔ)熱器的優(yōu)化傳熱問(wèn)題、成本及安全性問(wèn)題等。研究開(kāi)發(fā)新型寬溫域儲(chǔ)熱材料、新型高效儲(chǔ)熱裝置和儲(chǔ)熱系統(tǒng)的優(yōu)化配置與管理是解決這些問(wèn)題的關(guān)鍵。

圖2　各種儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域分析

圖3　各種大容量電力儲(chǔ)能技術(shù)的能量密度比較

圖4　各種儲(chǔ)能技術(shù)的效率和循環(huán)壽命分析

電力儲(chǔ)能技術(shù)用于大容量?jī)?chǔ)能場(chǎng)合，具有各自的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)特性，適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)合。圖 2—5 是美國(guó)儲(chǔ)能技術(shù)協(xié)會(huì)給出的對(duì)各種儲(chǔ)能技術(shù)從適用性、能量密度、功率密度、循環(huán)壽命、成本等方面的比較分析。

儲(chǔ)熱技術(shù)類(lèi)型較多，可按照儲(chǔ)熱溫度大致分成三類(lèi)：中高溫儲(chǔ)熱技術(shù)、低溫儲(chǔ)熱技術(shù)和深冷儲(chǔ)熱技術(shù)，各類(lèi)儲(chǔ)熱技術(shù)性能如表 1 所示。

低溫儲(chǔ)熱技術(shù)相對(duì)比較成熟，但能源轉(zhuǎn)換效率一般較低。高溫儲(chǔ)熱技術(shù)有利于提高能源綜合利用效率，但還存在一些技術(shù)瓶頸問(wèn)題，如熱交換器等。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)土壤源儲(chǔ)熱技術(shù)開(kāi)展了大量的研究，太陽(yáng)能-土壤源熱泵系統(tǒng)是其中的一種典型應(yīng)用，太陽(yáng)能地下存儲(chǔ)技術(shù)被認(rèn)為是跨季節(jié)儲(chǔ)熱的最佳方案之一。國(guó)內(nèi)外在相關(guān)理論和應(yīng)用方面都有了較大的進(jìn)展。

圖5　各種儲(chǔ)能技術(shù)的成本分析

3　分布式儲(chǔ)能的技術(shù)創(chuàng)新

在能源系統(tǒng)中應(yīng)用儲(chǔ)能，可以帶來(lái)多方面的效益，如提高能源的利用效率，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性、可靠性和電能質(zhì)量，有效提高可再生能源接入電網(wǎng)的比例等，儲(chǔ)能在未來(lái)智能電網(wǎng)中將發(fā)揮重要作用。然而，目前大多數(shù)儲(chǔ)能技術(shù)還存在技術(shù)、成本、環(huán)境、地理?xiàng)l件等制約，大規(guī)模應(yīng)用儲(chǔ)能還有一定困難。采用智能化的系統(tǒng)管理與控制，優(yōu)化儲(chǔ)能系統(tǒng)配置，對(duì)于建立可行的儲(chǔ)能的優(yōu)化解決方案十分重要。

3.1能量型和功率型儲(chǔ)能的互補(bǔ)應(yīng)用

電力儲(chǔ)能的應(yīng)用分為兩種典型形式：能量和功率的支撐。功率支撐是指短時(shí)間內(nèi)高功率輸出（秒到分鐘級(jí)）；能量支撐是指長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)以小于或接近額定功率輸出（分鐘到幾小時(shí)）。就現(xiàn)有儲(chǔ)能技術(shù)而言，通常，能量型儲(chǔ)能裝置的單位功率成本相對(duì)較高，而功率型儲(chǔ)能裝置的單位能量成本相對(duì)較高。在分布式儲(chǔ)能應(yīng)用中，一般儲(chǔ)能需提供多種服務(wù)，采用多種能量型和功率型儲(chǔ)能裝置互補(bǔ)應(yīng)用，可以提高儲(chǔ)能系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，獲得較高的投資效益。如將超級(jí)電容器與蓄電池互補(bǔ)可以形成具有高功率和高儲(chǔ)能容量的復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)，這種復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的儲(chǔ)能規(guī)?？梢苑植荚谇咧翑?shù)十兆瓦等級(jí)，由于所用的儲(chǔ)能技術(shù)成熟可靠，很可能會(huì)在許多場(chǎng)合得到率先應(yīng)用。不過(guò)，要實(shí)現(xiàn)二者的有效結(jié)合，需要在儲(chǔ)能類(lèi)型選擇、容量配置與協(xié)調(diào)控制等方面加強(qiáng)研究。

表1　各類(lèi)儲(chǔ)熱技術(shù)性能

3.2基于熱電聯(lián)供系統(tǒng)儲(chǔ)熱支撐可再生能源集成

在熱電聯(lián)供系統(tǒng)中，應(yīng)用儲(chǔ)熱可以實(shí)現(xiàn)供電和供熱的解耦，從而提高系統(tǒng)的運(yùn)行靈活性。此外，儲(chǔ)電和儲(chǔ)熱還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電力市場(chǎng)的更高參與度。在區(qū)域供熱的情況下，儲(chǔ)熱是把熱水儲(chǔ)存在罐子里。常壓下，熱水的溫度在 95oC—98oC 之間，在壓力罐中熱水一般穩(wěn)定在120oC—130oC，這種罐子一般在100 立方米—5 000 立方米，相應(yīng)的儲(chǔ)熱能力是每個(gè)負(fù)載循環(huán) 10 兆瓦時(shí)—2 吉瓦時(shí)。常壓儲(chǔ)熱相對(duì)成本較低，而壓力儲(chǔ)熱的單位體積可以提高 30%—40% 的儲(chǔ)熱量?，F(xiàn)今儲(chǔ)熱設(shè)施的運(yùn)行策略是減少峰值負(fù)荷的運(yùn)行，避免重復(fù)加熱。此外，在有熱網(wǎng)的情況下，采用熱電聯(lián)供可以降低供熱的價(jià)格。

3.3基于電動(dòng)汽車(chē)電池的分布式儲(chǔ)能（V2G）

電動(dòng)車(chē)的大規(guī)模推廣應(yīng)用可以緩解石油供給緊張、減少碳排放、改善城市環(huán)境，而間歇性可再生能源電源并網(wǎng)又使人們對(duì)其作為移動(dòng)儲(chǔ)能裝置充滿期待。插電式電動(dòng)車(chē)和混合動(dòng)力車(chē)的快速發(fā)展將給供電端的儲(chǔ)能提供新的解決方案。不管是用戶自己還是通過(guò)中間運(yùn)營(yíng)商，電動(dòng)車(chē)車(chē)載電池可以作為分布式電源或者可調(diào)度負(fù)荷，通過(guò)調(diào)度，合理有序充放電，參與系統(tǒng)調(diào)峰等輔助服務(wù)，這就是目前研究熱點(diǎn)之一——車(chē)輛入電網(wǎng)技術(shù)（Vehicle-to-Grid，V 2G）。在峰谷時(shí)給電動(dòng)汽車(chē)電池充電，這一方面可以減少峰谷時(shí)的儲(chǔ)能需求；另一方面，電動(dòng)汽車(chē)電池可以提供供電端儲(chǔ)能的多種服務(wù)（圖6）。這是電動(dòng)汽車(chē)充電的一種經(jīng)濟(jì)有效的方法，不僅獲得低電價(jià)的充電，還能從為電網(wǎng)提高儲(chǔ)能的服務(wù)中獲利。

圖6　丹麥EDISON項(xiàng)目中VPP結(jié)構(gòu)

3.4基于儲(chǔ)能的虛擬電廠

隨著分布式可再生能源和智能電網(wǎng)的快速發(fā)展，分布式電源（DG）將大量應(yīng)用。由于 DG 存在容量小、數(shù)量多、分布不均衡、單機(jī)接入成本高、對(duì)系統(tǒng)操作員常不可見(jiàn)乃至管理困難等問(wèn)題，大量 DG 的接入將給電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)許多技術(shù)難題，如潮流改變、線路阻塞、電壓閃變、諧波影響等。另外，目前“安裝即忘記”的操作方式以及電力市場(chǎng)容量的限制也阻礙了 DG 的大規(guī)模并網(wǎng)?！拔⒕W(wǎng)”和“主動(dòng)配電網(wǎng)”在一定程度上為上述問(wèn)題提供了解決方案。但“微網(wǎng)”以用戶側(cè) DG 就地應(yīng)用為主要控制目標(biāo)，受到地理區(qū)域的限制，對(duì)多區(qū)域、大規(guī)模 DG 的有效利用及在電力市場(chǎng)中的規(guī)?；б妫哂幸欢ň窒扌??！爸鲃?dòng)配電網(wǎng)”在更大范圍內(nèi)考慮 DG 的作用，能夠?qū)ε潆娋W(wǎng)實(shí)施主動(dòng)管理，但對(duì) DG 能夠呈現(xiàn)給大電網(wǎng)及電力市場(chǎng)的效益考慮不足?！疤摂M電廠”通過(guò)先進(jìn)的控制、計(jì)量、通信等技術(shù)聚合配電網(wǎng)中一定區(qū)域內(nèi)的 DG、儲(chǔ)能裝置、可控負(fù)荷（如電動(dòng)汽車(chē)等），使其優(yōu)化協(xié)調(diào)運(yùn)行，使資源的配置和利用更加合理，作為一個(gè)特殊電廠參與電網(wǎng)運(yùn)行和電力市場(chǎng)（圖 7）［10］。

圖7　西門(mén)子公司的基于DER的虛擬電廠概念

由于“虛擬電廠”可實(shí)現(xiàn)電源側(cè) DG 發(fā)電、儲(chǔ)能充放電和可控負(fù)荷的優(yōu)化管理，可以達(dá)到減少儲(chǔ)能需求的目的。

3.5風(fēng)光-壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)

風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)是利用當(dāng)?shù)仫L(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)組集成為一體的發(fā)電系統(tǒng)。利用風(fēng)能與太陽(yáng)能的互補(bǔ)性，同時(shí)為了緩解波動(dòng)性的風(fēng)光給電網(wǎng)造成的沖擊，現(xiàn)將風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)同壓縮空氣儲(chǔ)能整合（圖8）。系統(tǒng)中太陽(yáng)能集熱/蓄熱裝置采用拋物槽式太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)，蓄熱介質(zhì)采用導(dǎo)熱油，蓄熱溫度可達(dá) 500oC 左右。壓縮機(jī)采用級(jí)間冷卻結(jié)構(gòu)，利用風(fēng)電將空氣壓縮至80×105帕—200×105帕。高壓儲(chǔ)氣罐采用恒壓與恒容兩種結(jié)構(gòu)。圖 8中太陽(yáng)能和壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)中的壓縮熱，也可用于提供熱水或作為其他用途的熱源。

4　分布式儲(chǔ)能的發(fā)展及其對(duì)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的帶動(dòng)

近年來(lái)，分布式發(fā)電得到了快速發(fā)展，截至 2012 年5 月，國(guó)家電網(wǎng)公司經(jīng)營(yíng)區(qū)域內(nèi)的 35 千伏及以下分布式發(fā)電項(xiàng)目共有 9 776 個(gè)，裝機(jī)容量 3 384 萬(wàn)千瓦，占全國(guó)總裝機(jī)容量的 3.5%，按照國(guó)家能源規(guī)劃，到 2020 年分布式發(fā)電的裝機(jī)容量將到達(dá) 2.1 億千瓦，占全國(guó)總裝機(jī)的 11%。儲(chǔ)能作為分布式發(fā)電和微網(wǎng)關(guān)鍵支撐技術(shù)，應(yīng)用前景十分廣闊，這也將帶動(dòng)儲(chǔ)能技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

圖8　風(fēng)光互補(bǔ)的壓縮空氣儲(chǔ)能與發(fā)電一體化系統(tǒng)流程圖

儲(chǔ)能作為分布式可再生能源發(fā)電和智能微網(wǎng)的關(guān)鍵支撐技術(shù)，特別是在基于可再生能源的分布式發(fā)電和微網(wǎng)系統(tǒng)中，儲(chǔ)能更是不可或缺的。在分布式發(fā)電和微網(wǎng)系統(tǒng)中儲(chǔ)能的作用體現(xiàn)在：提高可再生能源發(fā)電和微網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性，提高供電可靠性，改善電能質(zhì)量，削峰填谷，提高調(diào)度靈活性，參與需求響應(yīng)等。儲(chǔ)能在分布式發(fā)電和微網(wǎng)系統(tǒng)中除了參與系統(tǒng)運(yùn)行控制，還可以產(chǎn)生相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益，在分時(shí)電價(jià)機(jī)制下，利用儲(chǔ)能實(shí)現(xiàn)盈利；利用儲(chǔ)能降低用戶受電變壓器容量費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)盈利；利用儲(chǔ)能提供用戶需求響應(yīng)能力，幫助用戶降低高峰負(fù)荷的用電量，賺取需求響應(yīng)服務(wù)費(fèi)等。

目前，在分布式發(fā)電和微網(wǎng)中應(yīng)用最多的化學(xué)電池是鋰離子電池。由于鉛酸電池價(jià)格相對(duì)便宜，技術(shù)成熟，應(yīng)用份額也比較高，約占現(xiàn)有應(yīng)用總?cè)萘康?27%。液流電池和鈉硫電池作為新興的、高效的大容量電力儲(chǔ)能電池，在規(guī)模較大的分布式發(fā)電和微網(wǎng)系統(tǒng)中有一定的應(yīng)用前景。此外，飛輪儲(chǔ)能和超級(jí)電容器儲(chǔ)能應(yīng)用分布式發(fā)電和微網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定控制具有明顯優(yōu)勢(shì)，小型先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)用于能量管理和削峰填谷，具有一定的應(yīng)用前景。由于儲(chǔ)能價(jià)格昂貴，大部分需求響應(yīng)項(xiàng)目只考慮蓄冷和蓄熱，未采用電池儲(chǔ)能技術(shù)。

根據(jù)對(duì)大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用需求的分析，結(jié)合規(guī)?；瘧?yīng)用所需的儲(chǔ)能技術(shù)指標(biāo)，預(yù)期各類(lèi)儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展路線圖如圖 9 所示。

隨著政策引導(dǎo)和市場(chǎng)需求的牽引，預(yù)期將發(fā)展形成一大批從事各類(lèi)型儲(chǔ)能技術(shù)研發(fā)、制造、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)的相關(guān)企業(yè)，并帶動(dòng)一系列新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

（1）新材料產(chǎn)業(yè)。大多數(shù)儲(chǔ)能技術(shù)的性能都與其所用的材料性能密切相關(guān)。如電池的電極和電解質(zhì)材料、超級(jí)電容器電極和電解質(zhì)材料、儲(chǔ)熱材料、飛輪轉(zhuǎn)子材料等，都對(duì)儲(chǔ)能的能量密度、功率密度、循環(huán)壽命、環(huán)境友好性等有著重要的影響。儲(chǔ)能技術(shù)及其市場(chǎng)的快速發(fā)展，將帶動(dòng)一大批各類(lèi)新材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

（2）特種零部件及其特種加工裝備產(chǎn)業(yè)。儲(chǔ)能系統(tǒng)是一種新型能源裝備，需要高速旋轉(zhuǎn)、高溫、高壓、真空等特殊運(yùn)行條件，要實(shí)現(xiàn)這些運(yùn)行條件，需要一些特殊零部件的支撐，如高速飛輪儲(chǔ)能用的磁懸浮軸承，先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的高溫、高壓裝置，鈉硫電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的高溫裝置等，因此，儲(chǔ)能技術(shù)及其市場(chǎng)的快速發(fā)展，將帶動(dòng)一批特種零部件及其特種加工裝備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

（3）專(zhuān)用控制裝備產(chǎn)業(yè)。儲(chǔ)能在智能電網(wǎng)、能源互聯(lián)網(wǎng)、分布式發(fā)電和微網(wǎng)系統(tǒng)中可以實(shí)現(xiàn)多方面的作用，如提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、改善電能質(zhì)量、削峰填谷、參與需求側(cè)響應(yīng)等，需要一系列專(zhuān)用控制設(shè)備的支撐，專(zhuān)用控制裝備將作為儲(chǔ)能技術(shù)的重要產(chǎn)業(yè)方向。

（4）各類(lèi)儲(chǔ)能系統(tǒng)研發(fā)、制造產(chǎn)業(yè)。在實(shí)際應(yīng)用中，儲(chǔ)能系統(tǒng)需根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的設(shè)計(jì)和研發(fā)。而儲(chǔ)能技術(shù)多種多樣，儲(chǔ)能用途多種多樣。優(yōu)選儲(chǔ)能技術(shù)，優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，需要專(zhuān)業(yè)化的機(jī)構(gòu)進(jìn)行儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)和研發(fā)與制造，這將催生一批專(zhuān)業(yè)化的儲(chǔ)能研發(fā)制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

圖9　各類(lèi)儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展路線圖

5　分布式儲(chǔ)能的政策保障和制度創(chuàng)新

中國(guó)分布式儲(chǔ)能支持政策的制定要符合中國(guó)的國(guó)情、體現(xiàn)中國(guó)電力系統(tǒng)的特點(diǎn)和發(fā)展方向、還要結(jié)合中國(guó)儲(chǔ)能技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用現(xiàn)狀以及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。綜合我國(guó)儲(chǔ)能政策的問(wèn)題，大規(guī)模儲(chǔ)能發(fā)展政策措施主要集中在建立主管職能部門(mén)、完善管理體制、出臺(tái)激勵(lì)政策 3 個(gè)方面。中國(guó)分布式儲(chǔ)能政策的創(chuàng)新主要從 4 個(gè)方面入手：宏觀政策、電價(jià)機(jī)制、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和推動(dòng)示范與應(yīng)用。

（1）宏觀政策。應(yīng)立刻著手制定儲(chǔ)能的短期和中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃，確立規(guī)模、發(fā)展目標(biāo)、資金投入、技術(shù)方向、應(yīng)用類(lèi)型的計(jì)劃并持續(xù)修正完善，使產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有序、有重點(diǎn)、有目標(biāo)。

（2）電價(jià)機(jī)制。首先應(yīng)該出臺(tái)全國(guó)的峰谷電價(jià)政策，適時(shí)出臺(tái)分布式儲(chǔ)能補(bǔ)貼電價(jià)、需求響應(yīng)補(bǔ)貼電價(jià)、風(fēng)電儲(chǔ)能補(bǔ)貼電價(jià)、調(diào)頻輔助服務(wù)電價(jià)等，使儲(chǔ)能的應(yīng)用價(jià)值得以合理的核算。儲(chǔ)能電價(jià)補(bǔ)貼應(yīng)該考慮設(shè)定一個(gè)電價(jià)激勵(lì)的要求細(xì)則，避免產(chǎn)能過(guò)剩，并隨著儲(chǔ)能的規(guī)?；瘧?yīng)用逐步降低直至退出。

（3）技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)是技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)，需要盡快制定各種儲(chǔ)能技術(shù)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；同時(shí)制定儲(chǔ)能的電網(wǎng)接入標(biāo)準(zhǔn)，明確儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)入電力系統(tǒng)的基本條件，為技術(shù)發(fā)展指明方向。

（4）推動(dòng)示范與應(yīng)用。出臺(tái)專(zhuān)門(mén)針對(duì)儲(chǔ)能的研發(fā)資金政策，對(duì)技術(shù)研發(fā)的系統(tǒng)化管理和引導(dǎo)；出臺(tái)儲(chǔ)能技術(shù)引導(dǎo)基金政策，將政府資金和風(fēng)投機(jī)構(gòu)的專(zhuān)業(yè)服務(wù)結(jié)合起來(lái)，扶持儲(chǔ)能技術(shù)向產(chǎn)業(yè)化發(fā)展；在儲(chǔ)能技術(shù)逐步成熟后，適時(shí)出臺(tái)創(chuàng)新技術(shù)研發(fā)資金政策，使我國(guó)在全球儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域能夠保持先進(jìn)性和領(lǐng)先地位。

1 國(guó)家能源局. 國(guó)家能源科技“十二五”規(guī)劃（2011—2015）. 2011.

2 溫家寶. 凝聚共識(shí)， 加強(qiáng)合作， 推進(jìn)應(yīng)對(duì)氣候變化歷史進(jìn)程. 溫家寶總理在哥本哈根聯(lián)合國(guó)氣候大會(huì)上的講話， 2009.

3 Energy Storage Council： http：//www.energystoragecouncil.org/.

4 國(guó)家科技部. 國(guó)家“十二五”科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃. 2012.

5 國(guó)務(wù)院. 國(guó)發(fā)〔2012〕28號(hào)“十二五”國(guó)家戰(zhàn)略性新型產(chǎn)業(yè)規(guī)劃. 2012.

6 國(guó)家能源局. 可再生能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃. 2012.

7 全國(guó)工商聯(lián)儲(chǔ)能專(zhuān)業(yè)委員會(huì). 儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)研究白皮書(shū)2012. 2012.

8 全國(guó)工商聯(lián)儲(chǔ)能專(zhuān)業(yè)委員會(huì). 儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)研究白皮書(shū)2013. 2013.

9 全國(guó)工商聯(lián)儲(chǔ)能專(zhuān)業(yè)委員會(huì). 儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)研究白皮書(shū)2014. 2014.

10 陳春武， 李娜， 鐘朋園， 等. 虛擬電廠發(fā)展的國(guó)際經(jīng)驗(yàn)及其實(shí).電網(wǎng)技術(shù)， 2013， 37 （8） ： 2258-2263.

陳海生中科院工程熱物理所副所長(zhǎng)、研究員、國(guó)家能源大規(guī)模物理儲(chǔ)能研發(fā)中心首席科學(xué)家、科技部“863”項(xiàng)目首席專(zhuān)家。1997年本科畢業(yè)于西安交通大學(xué)，2002年在中科院工程熱物理所獲博士學(xué)位。曾在比利時(shí)布魯塞爾自由大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、英國(guó)利茲大學(xué)工作，2009年入選中科院“百人計(jì)劃”，2012年入選“萬(wàn)人計(jì)劃——青年拔尖人才”，2013年入選“萬(wàn)人計(jì)劃——中青年科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才”，主要研究領(lǐng)域包括新型大規(guī)模物理儲(chǔ)能系統(tǒng)、限定空間尺度流動(dòng)與傳熱、葉輪機(jī)械內(nèi)部流動(dòng)及損失控制機(jī)理等。E-mail： chen_hs@mail.etp.ac.cn

Chen HaishengBEng PhD， is currently a professor w ith Institute of Engineering Thermophysics （IET） at Chinese Academy of Sciences（CAS）. He joined IET-CAS in 2009 as a “100-Talent Program” professor after previous em ployments w ith University of Leeds， IET-CAS，Vrije University of Brussels， and Beihang University. He has been elected to China National High-level Personnel of Special Support Program“10000-Talent Program”. He is now the deputy director of IET， director of National R&D Centre of Large Scale Physical Energy Storage and principal investigator of “863” project. He has been working on large scale physical energy storage system， flow & heat transfer in confined space， and fluid dynam ics and loss mechanism of internal flow of turbomachinery. E-mail： chen_hs@mail.etp.ac.cn

Developing Trend and Present Status of Distributed Energy Storage

Chen Haisheng1Liu Chang1Qi Zhiping2
（1Institute of Engineering Thermophysics， Chinese Academy of Sciences， Beijing 100190， China；2Institute of Electrical Engineering， Chinese Academ y of Sciences， Beijing 100190， China）

Energy storage technology is considered to be the urgent needs of solving instability and interm ittent of renewable energy， as well as improving the system efficiency， security， and economy of traditional power system and district energy systems. Its status can be regarded as the strategic location in developing safe， highly efficient， and low-carbon energy technology for seizing the energy technical commanding point. In the field of intelligent m icrogrid and application of distributed renewable energy， energy storage technology has significant strategic demands and research values， and an enormous potential for development. Many energy storage technologies have rapid developments w ith distributed renewable energy generation and intelligent microgrid technology， in the fields of which， energy storage technology encounter lots of problems such as high-cost and immaturity. Because of this， only pumped hydroelectric storage is applied in large-scale. However， the proportion of renewable energy connected with power system will increase w ith the issues of energy and environment， and energy storage technology w ill have an important and irreplaceable role to play in power grid， client terminal， w ind farm， and photovoltaic power station etc.， which provides a new opportunity for developing and applying energy storage technology. The area of innovation in energy storage technology includes complementary application of energy type and power type energy storage technologies， energy integration system based on CHP and thermal storage， vehicle-togrid （V 2G） technology， virtual power plant based on energy storage and compressed air energy storage w ith w ind-solar com plementary method. These energy storage technologies have their own features， advantages and application areas， and are gaining development rapidly. And some hi-tech and new industries， such as the new materials industry， specialized accessories and their processing equipment industry， special control equipment industry， and R&D and manufacturing industry， w ill be driven by them. At the same time， the development of energy storage technology in China cannot go w ithout the protection and innovation of energy storage policy which tightly linked w ith the national infrastructure. Building com petent functional department， im proving management system， and introducing incentive policy would be the leading political measures for developing energy storage technology and macro policy， electrical price mechanism， and the technologies & standards for upgrading the energy storage application to its maturity would be the focus of the policy innovation of distributed energy storage.

energy storage， distributed renewable energy， smart m icrogrid

10.16418/j.issn.1000-3045.2016.02.009

*資助項(xiàng)目：中科院學(xué)部咨詢項(xiàng)目“大力發(fā)展分布式可再生能源應(yīng)用和智能微網(wǎng)”修改稿收到日期：2016年1月11日