2016年6月24日，為推進(jìn)北京全國科技創(chuàng)新中心建設(shè)，深入實(shí)施《北京技術(shù)創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃(2014-2017年)》，加快我市能源互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)集聚發(fā)展，北京市科委面向社會公開征集能源互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域科技儲備項(xiàng)目。
 

項(xiàng)目征集方向?yàn)椋?一)面向能源互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的電力電子技術(shù)及裝備，新型儲能及智能電網(wǎng)(微網(wǎng))。(二)多能源協(xié)同優(yōu)化的智能分布式發(fā)電系統(tǒng)及裝備。(三)供需聯(lián)動(dòng)預(yù)測及調(diào)度，智能運(yùn)行控制與能量管理系統(tǒng)。(四)類型：包括具有重大創(chuàng)新突破的前沿技術(shù)研究、關(guān)鍵技術(shù)和高端裝備研發(fā)、集成技術(shù)與工程技術(shù)攻關(guān)、利用能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)解決城市建設(shè)管理中熱點(diǎn)問題等。
 

儲能技術(shù)發(fā)展是保障清潔能源大規(guī)模發(fā)展和電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵。儲能技術(shù)可以在電力系統(tǒng)中增加電能存儲環(huán)節(jié)，使得電力實(shí)時(shí)平衡的“剛性”電力系統(tǒng)變得更加“柔性”，特別是平抑大規(guī)模清潔能源發(fā)電接入電網(wǎng)帶來的波動(dòng)性，提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性、靈活性。儲能技術(shù)一般分為熱儲能和電儲能，未來應(yīng)用于全球能源互聯(lián)網(wǎng)的主要是電儲能。
 

儲能技術(shù)應(yīng)用廣泛，市場需求潛力巨大，是能源互聯(lián)網(wǎng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)：儲能技術(shù)的潛在需求很大，第一、光伏與風(fēng)電等間歇性電源出力不穩(wěn)定，當(dāng)其發(fā)電占比達(dá)到較高比例時(shí)，會對電網(wǎng)造成一定的沖擊，從而需要配套一定比例的儲能來穩(wěn)定風(fēng)光電站的出力。第二、用電價(jià)格相對上網(wǎng)電價(jià)較高的地區(qū)，波峰波谷電價(jià)差異很大的地區(qū)，分布式配套儲能往往很容易具經(jīng)濟(jì)性;微網(wǎng)、離網(wǎng)對于儲能的需求也很直接。第三、儲能應(yīng)用于電力系統(tǒng)中將改變電能生產(chǎn)、輸送和使用同步完成的模式，彌補(bǔ)電力系統(tǒng)中缺失的“儲放”功能，以達(dá)到優(yōu)化電力資源配置、提高能源利用效率之目的。第四、儲能技術(shù)進(jìn)步還帶動(dòng)了電動(dòng)汽車的迅速發(fā)展。第五、在日漸興起的能源互聯(lián)網(wǎng)中，由于可再生能源與分布式能源在大電網(wǎng)中的大量接入，結(jié)合微網(wǎng)與電動(dòng)車的普及應(yīng)用，儲能技術(shù)將是協(xié)調(diào)這些應(yīng)用的至關(guān)重要的一環(huán)，儲能環(huán)節(jié)將成為整個(gè)能源互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn);能源互聯(lián)網(wǎng)的興起將顯著拉動(dòng)儲能的需求，助推儲能產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。
 

在能源互聯(lián)網(wǎng)背景下，電化學(xué)儲能、儲熱、氫儲能、電動(dòng)汽車等儲能技術(shù)或設(shè)備圍繞電力供應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)、交通網(wǎng)、天然氣管網(wǎng)、供熱供冷網(wǎng)的“互聯(lián)”，儲能和能源轉(zhuǎn)換設(shè)備共同建立了多能源網(wǎng)絡(luò)的耦合關(guān)系。在未來的能源互聯(lián)網(wǎng)中，部分新能源發(fā)電將通過制氫、制熱等方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，或以電化學(xué)儲能等雙向電力儲能設(shè)備存儲并適時(shí)返回電網(wǎng)。在各電力儲能技術(shù)的支撐下，新能源發(fā)電與熱電聯(lián)供機(jī)組、燃料電池、熱泵等轉(zhuǎn)換設(shè)備協(xié)調(diào)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了在新能源高效利用目標(biāo)下，以電能為核心的多能源生產(chǎn)和消費(fèi)的匹配。
 

儲能從技術(shù)原理上主要可分為適合能量型應(yīng)用的電化學(xué)儲能、壓縮空氣儲能、熔融鹽蓄熱、氫儲能以及適合功率型短時(shí)應(yīng)用的飛輪、超導(dǎo)和超級電容器儲能等。
 

抽水蓄能是目前技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的大規(guī)模儲能技術(shù)，具有規(guī)模大、壽命長、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，目前效率可達(dá)70%左右，建設(shè)成本大致為3500元/kW~4000元/kW。缺點(diǎn)主要是電站建設(shè)受地理資源條件的限制，并涉及上、下水庫的庫區(qū)淹沒、水質(zhì)的變化以及庫區(qū)土壤鹽堿化等一系列環(huán)保問題。
 

鈉硫電池具有能量密度大，無自放電，原材料鈉、硫易得等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)主要是倍率性能差、成本高，以及高溫運(yùn)行存在安全隱患等。未來發(fā)展趨勢主要是提高倍率性能、進(jìn)一步降低制造成本、提高長期運(yùn)行的可靠性和系統(tǒng)安全性。
 

目前主要的液流電池體系有：多硫化鈉/溴、全釩、鋅/溴、鐵/鉻等體系，其中全釩體系發(fā)展比較成熟，已建成多個(gè)MW級工程示范項(xiàng)目，具有壽命長、功率和容量可獨(dú)立設(shè)計(jì)、安全性好等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)主要是效率和能量密度低、運(yùn)行環(huán)境溫度窗口窄。發(fā)展趨勢主要是選用高選擇性、低滲透性的離子膜和高導(dǎo)電率的電極提升效率，提高工作電流密度和電解質(zhì)的利用率以解決高成本問題等。
 

鉛碳電池是在傳統(tǒng)鉛酸電池的鉛負(fù)極中以“內(nèi)并”或“內(nèi)混”的形式引入，具有電容特性的碳材料而形成的新型儲能裝置。相比傳統(tǒng)鉛酸電池具有倍率高、循環(huán)壽命長等優(yōu)點(diǎn)。但是碳材料的加入易產(chǎn)生負(fù)極易析氫、電池易失水等問題，發(fā)展趨勢主要是進(jìn)一步提高電池比能量密度和循環(huán)壽命，同時(shí)開發(fā)廉價(jià)、高性能的碳材料。
 

鋰離子電池的材料種類豐富多樣，其中適合作正極的材料有錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳鈷錳酸鋰;適合作負(fù)極的材料有石墨、硬(軟)碳和鈦酸鋰等。鋰離子電池的主要優(yōu)點(diǎn)是：儲能密度和功率密度高，效率高，應(yīng)用范圍廣;關(guān)注度高，技術(shù)進(jìn)步快，發(fā)展?jié)摿Υ?。主要缺點(diǎn)是：采用有機(jī)電解液，存在安全隱患;壽命和成本等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)仍待提升。
 

近年來以美國和日本為代表的發(fā)達(dá)國家對儲能電池的發(fā)展路線進(jìn)行了探索，在實(shí)現(xiàn)電池的長壽命、低成本、高安全方面取得了一定的進(jìn)展。以零應(yīng)變材料為代表的長壽命電池材料、能夠擺脫鋰資源束縛的鈉系電池體系、基于固態(tài)電解質(zhì)的全固態(tài)電池等是目前主要的研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢。
 

壓縮空氣儲能具有規(guī)模大、壽命長、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。目前傳統(tǒng)使用天然氣并利用地下洞穴的壓縮空氣儲能已經(jīng)比較成熟，效率可達(dá)70%。近年來，國內(nèi)外學(xué)者相繼提出了絕熱、液態(tài)和超臨界等多種新型壓縮空氣儲能技術(shù)，擺脫了對地理和資源條件的限制，但目前基本還處于技術(shù)突破或小規(guī)模示范階段，效率基本低于60%。發(fā)展趨勢主要是通過充分利用整個(gè)循環(huán)過程中的放熱、釋冷來提高整體效率，同時(shí)通過模塊化實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?。
 

熔融鹽蓄熱是利用熔融鹽使用溫區(qū)大、比熱容高、換熱性能好等特點(diǎn)，將熱量通過傳熱工質(zhì)和換熱器加熱熔融鹽存儲起來，需要利用熱量時(shí)再通過換熱器、傳熱工質(zhì)和動(dòng)力泵等設(shè)備，將儲存的熱量取出以供使用，目前已在太陽能熱發(fā)電中實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。其優(yōu)點(diǎn)主要是規(guī)模大，可方便配合常規(guī)燃汽機(jī)使用等。但目前還存在成本高、效率和可靠性低等缺點(diǎn)，發(fā)展趨勢主要是突破工質(zhì)選擇和關(guān)鍵材料。
 

氫儲能是通過電解把水分解成氫氣和氧氣，實(shí)現(xiàn)電能到化學(xué)能的轉(zhuǎn)化，被認(rèn)為是未來能源互聯(lián)網(wǎng)的重要支撐，日趨成為多個(gè)國家能源科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)支持的焦點(diǎn)。目前存在的問題主要是能量轉(zhuǎn)換效率低(總效率低于50%)、生產(chǎn)過程能耗大，需配套建立氫氣輸送管線、加氫站等相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施。在氫儲能的各環(huán)節(jié)中，制氫的主要發(fā)展趨勢是減少能耗、降低成本、提高轉(zhuǎn)化效率，儲氫主要是發(fā)展新型高效的儲氫材料、提高儲氫容器的耐壓等級，輸氫主要是發(fā)展抗氫脆和滲透的輸氫管道材料及研究氫與天然氣混合輸送的技術(shù)、建設(shè)及完善相關(guān)配套設(shè)施，用氫主要是發(fā)展低成本的氣體重整技術(shù)、降低氫燃料電池的成本、提高性能穩(wěn)定性。
 

飛輪儲能具有功率密度高、使用壽命長和對環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)主要是儲能密度低和自放電率較高，目前主要適用于電能質(zhì)量改善、不間斷電源等應(yīng)用場合。
 

超導(dǎo)儲能和超級電容器儲能在本質(zhì)上是以電磁場儲存能量，不存在能量形態(tài)的轉(zhuǎn)換過程，具有效率高、響應(yīng)速度快和循環(huán)使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，適合在提高電能質(zhì)量等場合應(yīng)用。超導(dǎo)儲能的缺點(diǎn)是需要低溫制冷系統(tǒng)、系統(tǒng)構(gòu)建復(fù)雜、成本較高等。超級電容器在大規(guī)模應(yīng)用中面臨的主要問題是能量密度低，其發(fā)展趨勢主要是開發(fā)高性能電極及電解液關(guān)鍵材料技術(shù)，以提高儲能密度、降低成本。
 

全釩液流電池儲能技術(shù)因其具有儲能規(guī)模大(可達(dá)百兆瓦級)、充放電切換應(yīng)答速度快，儲能介質(zhì)為水溶液、安全可靠，電池均勻性好、使用壽命可達(dá)15年以上，生命周期的性價(jià)比高，材料和部件可循環(huán)利用，環(huán)境友好等突出的優(yōu)勢，已經(jīng)成為大規(guī)模儲能的首選技術(shù)之一，成為國際高技術(shù)競爭的新熱點(diǎn)。
 

大連化物所首席科學(xué)家張華民掛帥的全釩液流電池研發(fā)團(tuán)隊(duì)與融科儲能一起，共申請了專利150余項(xiàng)，國際專利6項(xiàng)，形成了完整的自主知識產(chǎn)權(quán)體系，領(lǐng)軍國內(nèi)外液流電池標(biāo)準(zhǔn)的制定。目前已成功實(shí)施了近30項(xiàng)應(yīng)用示范工程，其中包括2012年實(shí)施的當(dāng)時(shí)全球最大規(guī)模的5MW/10MWh遼寧臥牛石風(fēng)電場全釩液流儲能系統(tǒng)，在國內(nèi)外率先實(shí)現(xiàn)了該技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。當(dāng)前正在實(shí)施的、由大連市政府支持的200MW/800MWh全釩液流電池儲能項(xiàng)目，也已被國家能源局確定為國家儲能示范項(xiàng)目。
 

國網(wǎng)遼寧電力公司運(yùn)行管理的遼寧臥牛石風(fēng)電場全釩液流電池儲能系統(tǒng)自2013年3月投運(yùn)以來，在削峰填谷和減少棄風(fēng)上發(fā)揮了重要作用，截至2015年底，該系統(tǒng)共減少棄風(fēng)近760萬千瓦時(shí)，獲得直接經(jīng)濟(jì)效益逾460萬元。此后，國網(wǎng)遼寧電力公司又陸續(xù)投運(yùn)了兩座儲能電站，分別為和風(fēng)楊家店儲能電站(鋰電池和全釩液流電池)和黑山龍灣儲能電站(全釩液流電池)。“從2015年的運(yùn)行數(shù)據(jù)看，這三個(gè)風(fēng)電廠的利用小時(shí)數(shù)都在2100小時(shí)以上，遠(yuǎn)高于全網(wǎng)平均利用小時(shí)數(shù)1780小時(shí)。”國網(wǎng)遼寧電力有限公司副總經(jīng)理王芝茗指出。
 

國家發(fā)改委氣候戰(zhàn)略與國際合作中心主任李俊峰認(rèn)為，通過電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度削峰填谷，包括將燃煤電廠改為調(diào)峰電廠，將是未來幾年政策上的首選。“‘十三五’期間，儲能還只能維持在技術(shù)研發(fā)、示范工程和產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)階段，國家應(yīng)鼓勵(lì)在適宜的地方優(yōu)先選擇液流電池技術(shù)，不再鼓勵(lì)鉛酸電池。”
 

目前，液流電池技術(shù)已在國際市場得到認(rèn)可。美國在其2011年儲能發(fā)展規(guī)劃中已將液流電池作為首要支持發(fā)展的電池技術(shù)。美國2012年資助的22個(gè)儲能項(xiàng)目中液流電池占到12個(gè)，且規(guī)模最大的也是液流電池。加拿大安大略省2015年招標(biāo)的5個(gè)儲能項(xiàng)目中，液流電池技術(shù)中標(biāo)了4個(gè)。