浅谈全球能源互联网创新 储能技术

杨 恒 陈忠辉

中共国网甘肃省电力公司党校（国网甘肃省电力公司培训中心） 甘肃 兰州 730070

中国石油天然气股份有限公司兰州石化分公司 甘肃 兰州 730070

Technology innovation of global energy internet: analysis of the energy storage of technology

Yang heng Chen zhong hui

Gansu power training center , Silver Beach Road of Lanzhou i of Gansu, 730000

ABSTRACT: Improve the capacity of the economy and the level of the energy storage device is the future of storage technology innovation to achieve critical commercial applications. Energy storage technology can increase electric energy storage links in the power system, improve grid operation safety, economy and flexibility.

KEY WORD: Energy storage technology；Potential of development；Global Energy

摘要：提高储能装置的经济性和容量水平是未来储能技术创新、实现商业化应用的关键。储能技术可以在电力系统中增加电能存储环节，提高电网运行的安全性、经济性、灵活性。

关键词：储能技术；发展潜力；全球能源

1 引言

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。含储能环节的电网结构示意图如下：图1所示。

图1

2 最新技术进展

电储能技术主要分为三大类：

图2

2.1 物理储能

2.1.1 抽水蓄能技术

抽水蓄能是目前最为成熟的储能技术，储能成本较低，已经实现大规模应用。中国的装机规模处于世界前三位，中国的广州抽水蓄能电站总装机容量240万千瓦，是世界上最大的抽水蓄能电站。全球水电资源丰富，通过合理利用地形，可以建设较大容量的抽水蓄能机组，更好地保障电网供电安全。

2.1.2 压缩空气储能

压缩空气储能是利用电力系统低谷时的剩余电量，带动空气压缩机，将空气压入大容量储气室，即将电能转化成可存储的压缩空气势能，当系统发电容量不足时，将压缩空气与油或天然气混合燃烧，推动燃气轮机做功发电，满足系统调峰需要。压缩空气储能具有容量大使用寿命长、经济性好等优点，但发电时需要消耗化石能源，产生污染和碳排放。目前，压缩空气储能基本处于实验室样机或小容量示范阶段。

2.1.3 飞轮储能

飞轮储能是利用电动机带动飞轮高速旋转，将电能转化成动能储存起来，放电时用飞轮带动发电机发电。飞轮储能的能量密度低，适合短时间储能，解决电能质量和脉冲式用电问题，不适合应用大规模储能。

2.2 电化学储能

电化学储能是目前最前沿的储能技术，发展潜力巨大，应用前景广阔，有望率先进入商业化发展阶段。未来需要在电池材料、制造工艺、系统集成及运行维护等方面实现技术突破，降低制造和运行成本。

图3

2.3 电磁储能

2.3.1 超级容电器

超级容电器是20世纪七八十年代发展起来的通过极化电解质储能的电化学元件，储能过程并不发生化学反应，因为储能过程可逆，超级电容器可以反复充放电数十万次。超级电容器功率密度高、充放电时间短。循环寿命长、工作温度范围宽，但储能容量低，不适用于电网大规模储能。

2.3.2 超导电磁储能

超导电磁储能是利用超导体电阻为零的特性制成的储能装置，具有瞬间功率大、质量轻、体积小、无损耗、反应快等优点，可用于提高电力系统稳定性、改善供电品质。但超导电磁储能能量密度低、容量有限，且受制于超导材料技术，未来前景上不明朗。

3 发展方向和前景

3.1 大型能量型储能可用于全球能源互联网调峰填谷

抽水蓄能、压缩空气储能等大型的、可长时间储能的设施，可用于大电网调峰。液流电池储能量大、循环次数多，寿命长，可作为电网调峰储能装置的补充。氢储能可用于存储富余的风能和太阳能，为燃料电池汽车提供动力。

3.2 大型功率型储能可用于平抑大规模清洁能源的波动性

超级电容器、超导电磁储能、飞轮储能、钠硫电池等功率型储能设备主要与大规模可再生能源联合运行，可迅速对风电、光伏发电的出力做出反应，平抑可再生能源波动，保障电网实时运行安全。

3.3 小型储能电池可用于电动汽车

锂电池、新型铅酸电池、金属空气电池等储能设备，能量和功率密度较高，但电池同一性较差，难以组成大容量电池组，不适用大型电站，主要用于电动汽车。随着电池使用寿命的延长和成本的降低，储能电池可满足电动汽车大规模发展需要。未来，电动汽车储能电池接入全球能源互联网，通过合理安排充电时间，辅助电网调峰，实现低估充电、高峰放电。

4 前沿技术展望

储能技术进步关键在于材料技术突破。随着储能新材料的不断创新发展，在储能元件延长使用寿命、提高能量密度、缩短充电时间和降低成本等方面有望取得重要突破。

4.1 电池使用寿命大幅提高

新型锂硫电池由美国能源部西北太平洋国家实验室研制，是将锂离子电池中的石墨与传统锂硫电池中的锂相结合，使电池使用寿命翻了两番，循环充放电次数达到2000次，锂硫电池属于固体电池，能量密度高，易于实现小型化应用。

4.2 能量密度显著提升

新型固态锂离子电池由丰田公司研发，能量密度达到400瓦·时/升，是目前市场上广泛使用的锂离子电池能量密度的2倍，并有望在2020年实现商业化应用。熔融盐空气电池是美国乔治·华盛顿大学开发的一种新型电池，在实验室中根据不同熔融盐的化学特性，三价铁、碳酸根离子和硼化钒三种熔融盐空气电池的能量密度分别可达到10、19、27千瓦·时/升，远高于锂空气电池6.2千瓦·时/升的能量密度。这种电池储能能力更强，成本更低。

4.3 充电时间大大缩短

锂电子电池利用锂离子在石墨烯表面大量快速穿梭运动的特性，极大提高充电速度，具有充电速度快、循环次数多、比能量高的特点。目前，装配石墨烯电池的电动汽车，续航里程可以达到1000千米，快速充满电只需8分钟。

5 结论

提高储能装置的经济性和容量水平是未来储能技术创新、实现商业化应用的关键。目前，储能设备成本仍然很高，除电动汽车电池外，电力储能尚未实现商业化应用，提高功率密度与能量密度、储能和可再生能源联合运行技术是储能技术创新的重点。

参 考 文 献

[1]李志国.浅析储能技术创新措施[J].科技与科学， 2013,20(8):81-82.

[2] 武文华.电网发展新格局[D].山东大学，2012，10.

[3] 唐利军.智能电网发展趋势研究[J].科技创业家，2013,10 (28):134.

作者简介：

杨恒（1983.9），性别：女，籍贯：甘肃，学历：硕士研究生，职称：中级职称，研究方向：信息通信及自动化、电力能源经济 陈忠辉（1982.4），性别：男，籍贯：甘肃，学历：硕士研究生，职称：中级职称，研究方向：信息通信