电力储能技术的崛起和发展

在人类现代文明的发展中，电网是迄今为止建造的最复杂的系统工程之一，从发电，输电，配电直到用电，电网与国民经济和我们普通百姓的日常生活无不息息相关。但目前实际状况是：一方面传统电网存在智能化程度低、运行效率低等诸多亟待解决的问题，另一方面又面临全球范围内气候变暖、能源短缺的窘况。2003年，美国能源部组织相关专家对电力工业的现状和未来进行反思和展望，提出了“智能电网”的概念。2010年中国国家电网公司也明确提出了在2020年之前分三个阶段实施智能电网建设的具体规划。

发展智能电网的目标是建设节能、环保、高效、可靠、稳定的现代化电网，其中与之相配套的一个很重要的核心环节就是发展大规模的电力储能技术。

首先建立大容量电力储能装置对电网的合理使用能起“削峰填谷”作用，即通过储存电网夜间用电低谷时充足的闲余电能，然后到白天用电高峰时反馈输出平抑，这样可大大提高发电设备的利用效率，为国家节约巨额投资。我们知道为应对因城市发展出现的用电快速递增而造成电网不堪负荷的状况，电力系统每年都要新增大量投资用于为电网扩充容量的基本建设，但实际利用率却非常低。以上海2004—2006年间统计数据为例，为解决全市每年约200小时的高峰用电负荷，仅对电网侧的投资每年就超过200亿元之多，而为此形成的输配电能力的年平均利用率却不到2％，造成了很大的浪费。

其次大容量电力储能装置的建立和发展还对提高供电可靠性和电能质量起了关键作用。我们知道随着煤、石油等天然能源的日益枯竭和环境污染日趋恶化，极大地促进了世界各国竞相开发新能源，其中最具代表性的风能、太阳能等清洁能源发展极为迅速，但风能和太阳能发电受季节、气象和地域条件的影响，具有明显的不连续、不稳定性，发出的电力波动较大，可调节性差。这给传统电网带来了不少的麻烦。经测算，如果风力发电装机占电网容量比例达20%以上，则电网的调峰能力和安全运行将面临巨大挑战，而电力储能技术恰恰就是在很大程度上解决了风力发电和太阳能发电的随机性、间隙性和波动性等问题，可以实现其发电的平滑输出，并能有效调节因发电引起的电网相关参数波动，使大规模风力发电和太阳能发电能方便可靠地并入常规电网。

眼下世界上储能技术发展归纳起来主要有物理储能（如抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等）、电化学储能（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）这三大类。我们知道物理储能是目前世界上相对较成熟也是实际应用较早的一种储能方式，其能量转换效率可达70-75％左右，但因受地形和地质方面的条件限制，不具备大规模推广应用前景。电磁储能技术则很昂贵，现在还没有提到商业化的议事日程上来。相比之下，当今储能技术发展最快的要数电化学储能，其中钠硫电池是电力储能技术发展中崛起的一枝新秀。

钠硫电池是美国福特（Ford）公司于1966年首先发明公布的，至今才40多年的历史。作为新型储能电池，钠硫电池具备许多诱人之处：一是比能量高，可达100WhKg-1以上，是铅酸电池的3倍；二是可制备成大容量电池，单体电池容量达600安时以上，能满足储能需求；三是充放电转换效率高，可达到80%；四是循环寿命长，预计将超过15年。当然，钠硫电池也有不足之处，其工作温度是300-350℃，需一定的加热保温，但采用真空绝热保温技术，已完全可解决这一问题。目前钠硫电池产业化应用的条件日趋成熟，日本在2002年率先开始将钠硫电池纳入商品化实施阶段，已建成运行包括世界上最大规模（9.6MW）的储能钠硫电池装置在内的大小不等的100多座储能电站，2009年NGK钠硫电池海内外订单量已达600MW。中国是继日本之后第二个进行研制大容量储能用钠硫电池国家，中国科学院上海硅酸盐研究所集过去几十年研制钠硫电池的技术储备与上海电力公司合作，于2006年底自行研制成功具有自主知识产权的650安时大容量储能用的钠硫单体电池，并于2010年上海世博会期间示范运行了100KW/800KWh的钠硫电池储能装置（见图示）。目前中国储能用的钠硫电池发展已正在进入产业化的前期准备阶段。

综上所述，大力发展电力储能技术，为智能电网配套建设大规模高效储能装置，这既可以缓解发电与用电的时差矛盾，又可以解决风能和太阳能等间歇式可再生能源发电直接并网对电网的冲击，调节电能质量。很明显电力储能技术的重要性不容置疑。没有电力储能，智能电网的实现是根本不可能的，并且随着可再生能源发电技术的快速发展，电力储能技术必将成为电网安全、稳定、高效运行必不可少的技术支撑，具有非常巨大的潜在市场。

当然电力储能现还存在着需要解决的这样那样问题，在技术上还有待于进一步地完善和提高，尤其对储能电池来说，其性能提高和成本降低将是影响储能产业发展的最为关键因素。我们深信前途是光明的，道路是曲折的，只要我们坚持不懈地去为之努力，电力储能应用的辉煌明天就一定会早日到来。