中国新能源大发展在即,对储能产业有更急迫的现实需求。预计到2020年风电和太阳能发电装机会突破1.7亿千瓦,占全国发电装机总量的比例会超过15%。但由于目前我国电力系统煤电比例较高,在部分地区又主要是调峰能力差的供热机组,核电发展很快但却不能参与调峰,水电、燃气发电等调峰性能优越的电源所占比例过低,导致现有电力系统接纳新能源的能力很弱。再加上我国能源资源所在地多远离负荷地,不得不实施风电、光电的“大规模集中开发、远距离输送”,这更进一步加大了电网运行和控制风险。随着国内新能源发电规模的快速扩大,电网与新能源的矛盾越来越突出,对储能的需求更为迫切。
大容量储能还可提高能源利用效率,为国家节约巨额投资。为应对城市尖峰负荷,电力系统每年都要新增大量投资用于电网和电源后备容量建设,但利用率却非常低。以上海为例,2004—2006年间,为解决全市每年只有183.25小时的尖峰负荷,仅对电网侧的投资每年就超过200亿元,而为此形成的输配电能力的年平均利用率不到2%。同样是为了应对尖峰负荷,转而采用大容量储能技术,不仅投资会成倍减少,而且由于储能设施占地少、无排放,其节地、节能、减排的效果是其他调峰措施无法比拟的。
全球储能技术主要有物理储能(如抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等)、化学储能(如钠硫电池、液流电池、铅酸电池、镍镉电池、超级电容器等)和电磁储能(如超导电磁储能等)三大类。物理储能中最成熟也是世界应用最普遍的是抽水蓄能,主要用于电力系统的调峰、填谷、调频、调相、紧急事故备用等。其能量转换效率在70%—75%左右。目前世界范围内抽水蓄能电站总装机容量9000万千瓦,约占全球发电装机容量的3%。压缩空气技术早在1978年就实现了应用,但由于受地形、地质条件制约,没有大规模推广。飞轮蓄能的特点是寿命长、无污染,但能量密度较低,一直是作为蓄电池系统的补充。电磁储能技术现在仍很昂贵,还没有商业化。
目前技术进步最快的是化学储能,其中钠硫、液流及锂离子电池技术在安全性、能量转换效率和经济性等方面取得一定突破,产业化应用的条件日趋成熟。钠硫电池的充电效率已可达到80%,能量密度是铅酸蓄电池的3倍,循环寿命更长。日本在此项技术上处于国际领先地位,2004年日本在本国Hitachi自动化工厂安装了当时世界上最大的钠硫电池系统,容量是9.6MW/57.6MWh。液流钒电池的基础材料是钒,该电池具有能量效率高、蓄电容量大、能够100%深度放电、寿命长等优点,已进入商业化阶段。锂离子电池的基础材料是锂,已开始在电动自行车、电动汽车等领域应用,近年来由于磷酸亚铁锂、纳米磷酸铁锂等新材料的开发与应用,大大改善了锂离子电池的安全性能和循环寿命,大容量锂电池储能电站正逐渐兴起。
我国企业已掌握大规模储能的关键技术,拥有自主知识产权。如北京普能公司通过收购加拿大VRB POWER公司,已拥有世界钒电池50%以上的核心发明专利,其中15项核心专利可覆盖全球24个国家和地区。在电池关键材料方面国内企业也呈现出强大的创新能力,屡屡突破国外产品垄断和专利封锁。北京金能燃料电池公司利用自创的树脂溶解铸膜法已批量生产出全氟离子膜,打破了长期以来美国杜邦公司的市场垄断。深圳星源材料公司通过近5年的自主研发,目前已掌握了生产锂离子电池所用关键材料隔膜的核心技术和生产工艺,并已利用国内生产成本低的特殊优势,迅速打破了日、美等国少数公司对我国隔膜材料的垄断。深圳方德纳米科技公司利用纳米技术已成功研制出纳米磷酸铁锂正极材料,主要技术指标全球领先。
储能技术正朝着大容量、高转换率和应用低成本的方向发展,这为同时拥有自主知识产权和低成本生产优势的中国企业提供了难得的领先机遇。如果政策到位,我国储能产业既可快速成长为在全球有重要影响的新兴战略性产业,又会极大地促进国内新能源的规模化发展。