DQZHAN訊：前瞻儲能技術：6種儲能技術發展可期
儲能是涉及甚廣、影響甚深的基石產業。儲能使電能生產和消耗的時間變換,并可在離網或移動狀態使用,這里孕育著重量級應用:電力存儲和動力電池。

電力儲能在自身技術進步和新能源發電推動下,處于需求啟動初期。目前*成熟的是抽水蓄能技術,這是偏向發電端的技術;化學電池、超級電容具有效率上的優勢,但存在成本偏高的問題;液流技術系統需要較高維持費用,且應回避效率偏低的技術類型。目前看來更有希望的是循環壽命較高,成本較低的磷酸鐵鋰。國內的峰谷調節潛在需求年化為73GWH/ 年;快速的負荷平衡需求占3%的裝機總量,國內需求年化為5.2GWH/年;風能和太陽能發電輸出平滑的儲能需求,全球保守來看為8GWH/年。其中,后 2個市場在目前的價格水平應該就可以啟動,而調峰需求啟動條件是儲能成本下降到峰谷電價差以下,國內為0.60元/度(相當有挑戰性的目標),我們估計 2016年儲能成本下降到接近1元/度水平,屆時,可能會出現扶持政策,而啟動這一市場。全球來看,高電價國家的分布式發電+儲能應用正在興起,德國在儲能政策補貼下,2016年將到達普及條件,這是一個海量市場。這個市場的未來玩家是儲能單元廠商、如比亞迪和電子控制廠商,如陽光電源。

新能源汽車已經達到臨界經濟性,動力電池技術將在5-7年內走向大成。目前,從動力電池系統成本來看,在充分消耗使用的情況下,NCA和磷酸鐵鋰路線的價格已經達到了經濟性臨界水平。廣泛應用,則需要解決續航里程偏短和成本過高導致回收里程過長的問題,通過對于技術潛力和規模曲線的分析,我們預計5-7年這 2個問題將*終解決,屆時,續航里程可以達到500-600公里,靜態回收里程達到15萬公里,動力電池技術大成,預計這個市場的潛在容量在4萬億元。燃料電池汽車將在2015年取得重要進展。2015年豐田可望推出首款燃料電池汽車。燃料電池在長期可能成為電動汽車的一個有力競爭者,短期則是追趕者。新能源汽車的技術路徑尚難定論,鋰離子電池提供了一條能見度很高,或者是保底的技術演進場景,電驅動時代將來臨。

電力儲能與動力電池有融合可能,更充分地消耗使用儲能單元。家用轎車的續航里程和總里程要求存在矛盾,電池再利用或2合1融合使用是可能模式。

鋰離子電池性價比仍有大幅提升空間,全球市場未來5年復合增速50%。電池現場零排放,是典型的分布式儲能技術。動力電池領域以三元材料更有優勢,儲能領域磷酸鐵鋰因長壽而更適合。中國在電池領域具有比較強大的競爭力,在主要材料和電芯環節都有***公司,中國廠商通常更多在中低端、消費電子類應用上有競爭優勢。需求動力主要來自電動交通工具和儲能,預計全球市場未來5年復合增長率為50%。
燃料電池技術處于即將成熟的時期。燃料電池本身是發電技術,現場零排放,有明顯能源轉化效率優勢,適合大型電站和分布式發電,但并非儲能技術。燃料電池依托于化石能源提供氫氣。目前,固定裝置的成本已經大幅度下降,并開始應用于各類電站,2015年豐田計劃推出首款燃料電池車,將改變市場對于該技術在汽車上應用前景的評價。該技術仍需降低成本,并發展基于煤或天然氣的高效率、低成本制氫技術。

超級電容具有優良的功率特性,在調功類的利基市場應用。電容器性能在理論上仍具有巨大潛力。近年來,超級電容和化學電池技術融合,獲得了兼具功率密度和能量密度的產品特性,如鋰離子超級電容和鉛碳電池。超級電容性價比提升,主要目標市場是工作頻次較高的電力調功應用和機械能量回收裝置中,如混合動力車、電梯和港機等,另外,超級電容和電池搭配也用于風光儲能中。

電驅動時代將來臨,廣義能源產業的格局改變將在10年內隨之改變。電動車存在多種技術路徑,鋰離子電池提供一個能見度較高,保底的演進場景。汽油相對于電能、煤炭等能源產品的定價明顯偏高,這是為什么電動車整車效率提升不足1倍,電費消耗卻只有汽油車的1/10到1/5。

儲能技術的高度進步將促使各個能源部門之間的要素更通暢的流動。無論電動車還是煤氣化氫燃料電池大成,都將轉向更便宜的基礎能源產品。

電動車在減少現場排放的同時,產業化初期將增加總排放,并集中在生產環節,碳捕捉及其它環保措施需要加強。新技術會加強分布式發電和儲能的地位,這需要更市場化、更智慧的電網。

投資策略:鋰電投龍頭、燃料電池投主題、超級電容投態度。鋰離子電池是目前*成熟的技術,中國在該領域具有強大的產業競爭力,在材料和電池環節都不乏***公司,投資已融入全球產業鏈的龍頭企業,建議關注比亞迪、萬向錢潮、杉杉股份、陽光電源、均勝電子、新宙邦、中國寶安、欣旺達、德賽電池。燃料電池2015年將是元年,國內技術能力有待提高,具有主體投資機會,關注有研發布局的公司,如長城電工、南都電源。超級電容性價比快速提升,將導致應用領域的擴展,電容器技術有相通性,但應考慮的是態度積極的公司,如江海股份。

技術多樣性和廣闊市場空間,導致大儲能產業正經歷資本市場的盛宴期。下面小編針對*近炒得比較熱的6種儲能技術發展現狀進行對比。

儲能技術在包括電力系統在內的多個領域中具有廣泛的用途，近年來世界范圍內的電力工業重組給各種各樣的儲能技術帶來了新的發展機遇，采用這些技術可以更好地實現電力系統的能量管理，尤其是在可再生能源和分布式發電領域，這種作用尤為明顯，在傳統的發電和輸配電網絡中，這些新技術同樣可以得到應用。以下簡要介紹各種儲能技術的基本原理及其發展現狀。

1 抽水儲能

抽水蓄能電站在應用時必須配備上、下游兩個水庫。在負荷低谷時段，抽水儲能設備工作在電動機狀態，將下游水庫的水抽到上游水庫保存。在負荷高峰時，抽水儲能設備工作于發電機的狀態，利用儲存在上游水庫中的水發電。一些高壩水電站具有儲水容量，可以將其用作抽水蓄能電站進行電力調度。利用礦井或者其他洞穴實現地下抽水儲能在技術上也是可行的，海洋有時也可以當作下游水庫用，1999年日本建成了**座利用海水的抽水蓄能電站。
抽水儲能*早于19世紀90年代在意大利和瑞士得到應用，1933年出現了可逆機組(包括泵水輪機和電動與發電機)，現在出現了轉速可調機組以提高能量的效率。抽水蓄能電站可以按照任意容量建造，儲存能量的釋放時間可以從幾小時到幾天，其效率在70%至85%之間。

抽水儲能是在電力系統中得到*為廣泛應用的一種儲能技術，其主要應用領域包括能量管理、頻率控制以及提供系統的備用容量。目前，全世界共有超過90GW的抽水儲能機組投入運行，約占全球總裝機容量的3%。限制抽水蓄能電站更廣泛應用的一個重要制約因素是建設工期長，工程投資較大。

2 先進蓄電池儲能

據估計，全球每年對蓄電池的市場需求大約為150億美元，在工業用蓄電池方面，如：用于UPS、電能質量調節、備用電池等，其市場總量可達50億美元。在美國、歐洲以及亞洲，正在組建生產電力系統儲能用的高性能蓄電池企業。在過去的12至18個月里，已有生產能力達每年300MW的蓄電池生產線投入運行。

鉛酸電池是*古老、也是*成熟的蓄電池技術。它是一種低成本的通用儲能技術，可用于電能質量調節和UPS等。然而，由于這種蓄電池壽命較短，因此限制了其在能量管理領域中的應用。ZnBr電池在20世紀70年代早期由Exxon開發成功，經過多年的研究和發展，已經建成了很多容量為數千瓦時的ZnBr電池儲能系統并經過試驗，其凈效率為75%。20世紀80年代初期澳大利亞新南威爾士大學率先研制，j出VRB(Vanadium Redox Flow Battery)電池，目前，在日本已安裝了一套500kW/5MW•h的VRB儲能系統，其凈效率高達85%。

近年來，各種新型的蓄電池被相繼開發成功，并在電力系統中得到應用。英國的Regenesys Technologies正在采用PSB(Polysulfide Broe Flow Battery)電池建設一座15MW/120MW•h的儲能電站，其凈效率約為75%。NaS電池具有較高的儲能效率(約89%)，同時還具有輸出脈沖功率的能力，輸出的脈沖功率可在30s內達到連續額定功率值的六倍，這一特性使NaS電池可以同時用于電能質量調節和負荷的削峰填谷調節兩種目的，從而提高整體設備的經濟性。在日本，目前采用NaS電池技術的儲能示范工程有30多處，總儲能容量超過20MW，可用于8h的日負荷峰谷調節。

與其他蓄電池相比，鋰離子電池的主要優點是儲能密度高

(300～400kW•h/m3,130kW•h/t)，儲能效率高(接近100%)和使用壽命長(每次放電不超過儲能的80%時可充3000次)。

由于具有上述優點，鋰離子電池得到快速發展。但是，盡管在幾年之內鋰電池已經占有小型移動設備電源市場份額的50%，生產大容量鋰離子電池仍然有一些挑戰性的工作要做，主要的障礙在于其居高不下的成本，這主要是由于它需要特殊的包裝和配備必要的內部過充電保護電路。

在所有的蓄電池中，Metal-air電池結構*為緊湊，并且可望成為成本*低的蓄電池，這是一種對于環境無害的蓄電池。其主要的缺點是這種電池的充電非常困難而且效率很低。
3 飛輪儲能

大多數現代飛輪儲能系統都是由一個圓柱形旋轉質量塊和通過磁懸浮軸承組成的支撐機構組成。采用磁懸浮軸承的目的是消除摩擦損耗，提高系統的壽命。為了保證足夠高的儲能效率，飛輪系統應該運行于真空度較高的環境中，以減少風阻損耗。飛輪與電動機或者發電機相連，通過某種形式的電力電子裝置，可進行飛輪轉速的調節，實現儲能裝置與電網之間的功率交換。

飛輪儲能的一個突出優點就是幾乎不需要運行維護、設備壽命長(20年或者數萬次深度充放能量過程)且對環境沒有**的影響。飛輪具有優良的循環使用以及負荷跟蹤性能，它可以用于那些在時間和容量方面介于短時儲能應用和長時間儲能應用之間的應用場合。

在實現飛輪儲能裝置時，可采用固體鋼結構飛輪，也可采用復合材料飛輪，具體采用何種飛輪需要進行經濟技術比較，在系統成本、重量、尺寸以及材料性能等指標之間進行折衷。采用高密度鋼材料，其邊緣線速度可達200～375m/s，

而采用重量更輕、強度更高的復合材料，其邊緣線速度可達600～1000m/s。飛輪實際可輸出的能量取決于其速度變化范圍，它不可能在很低的轉速下輸出額定功率。

目前，已經開發出大功率飛輪儲能系統，并應用于航空以及UPS領域。以Beacon Power為**水平的研究機構正在致

力于飛輪儲能的優化設計，以便將其用于長過程儲能服務(多達幾個小時)，同時降低其商用成本。目前已有2kW/6kW•h的飛輪儲能系統用于通信設備供電，采用飛輪組(Flywheel Farm Approach)可以實現輸出功率為兆瓦級、持續時間為數分鐘或者數小時的儲能裝置。

4 超導磁儲能

盡管早在1911年人們就發現了超導現象，但直到20世紀70年代，才有人**提出將超導磁儲能作為一種儲能技術應用于電力系統。超導磁儲能由于具有快速電磁響應特性和很高的儲能效率(充/放電效率超過95%)，很快吸引了電力工業和軍方的注意。SMES在電力系統中的應用包括：負荷均衡、動態穩定、暫態穩定、電壓穩定、頻率調整、輸電能力提高以及電能質量改善等方面。

SMES單元由一個置于低溫環境的超導線圈組成，低溫是由包含液氮或者液氦容器的深冷設備提供的。功率變換/調節系統將SMES單元與交流電力系統相連接，并且可以根據電力系統的需要對儲能線圈進行充放電。通常使用兩種功率變換系統將儲能線圈與交流電力系統相連：一種是電流源型變流器;另一種是電壓源型變流器。
和其他的儲能技術相比，目前SMES仍很昂貴，除了超導體本身的費用外，維持低溫所需要的費用也相當可觀。然而，如果將SMES線圈與現有的柔性流輸電裝置(FACTS)相結合可以降低變流單元的費用，這部分費用一般在整個SMES成本中占*大份額。已有的研究結果表明，對輸配電應用而言，微型(<0.1MW•h)和中型(0.1～100MW•h)SMES系統可能更為經濟。使用高溫超導體可以降儲能系統對于低溫和制冷條件要求，從而使SMES的成本進一步降低。目前，在世界范圍內有許多SMES工程正在進行或者處于研制階段。

5 超級電容器儲能

電容是電力系統中廣泛應用的一種設備。與常規電容器相比，超級電容器具有更高的介電常數、更大的表面積或者更高的耐壓能力。例如，陶瓷超級電容器具有相當高的耐壓水平(大約1kV)和絕緣強度，這使它們成為未來儲能應用的很好候選方案。

目前，超級電容大多用于高峰值功率、低容量的場合。由于能在充滿電的浮充狀態下正常工作十年以上，因此超級電容器可以在電壓跌落和瞬態干擾期間提高供電水平。超級電容器安裝簡單，體積小，并可在各種環境下運行(熱、冷和潮濕)，現在已經可為低功率水平的應用提供商業服務。

6 壓縮空氣儲能

壓縮空氣儲能不是象電池儲能那樣的簡單儲能系統，它是一種調峰用燃氣輪機發電廠，對于同樣的電力輸出，它所消耗的燃氣要比常規燃氣輪機少40%。這是因為，常規燃氣輪機在發電時大約需要消耗輸入燃料的2/3進行空氣的壓縮，而CAES則可利用電網負荷低谷時的廉價電能預先壓縮空氣，然后根據需要釋放儲存的能量加上一些燃氣進行發電。壓縮空氣常常儲存在合適的地下礦井或者溶巖下的洞穴中。通過溶巖建造這樣的洞穴大約需要1年半到兩年的時間。

**個投入商用運行的CAES是1978年建于德國Hundorf的一臺290MW機組。美國1991年在Alabama的McIntosh建成了**臺商用CAES，機組功率為110MW，整個建設耗時30個月，耗資6500萬美元，這臺機組能夠在14min之內并網。第三臺商業運行CAES，也是目前世界上*大容量的CAES，計劃建在Ohio州的Norton，整個電站裝機容量為2700MW，共有9臺機組，

壓縮空氣儲存在一個現有的位于地下2200ft深的石灰石礦井里。

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