报告 | 《全球工程前沿2018》：电力与能源技术领域-第3页-北极星火力发电网

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• 先进储能技术

截至2017 年年底，全球已投运储能项目累计装机规模达 175.4 GW，同比增长 4%。其中抽水储能的累计装机规模依旧占据最大比重，为96%，但较上一年下降 1 个百分点；电化学储能的累计装机规模紧随其后，规模为2926.6 MW，同比增长 45%，占比1.7%，较上一年增长0.5 个百分点。在各类电化学储能技术中，锂离子电池的累计装机占比最大，超过 75%。 2017 年，全球新增投运化学储能项目装机规模为914.1 MW，同比增长23%。新增规划、在建的电化学储能项目装机规模为 3063.7 MW，预计短期内全球电化学储能装机规模还将保持高速增长。截至2017 年年底，我国已投运储能项目累计装机规模为28.9 GW，同比增长19%。2017 年中国储能市场新增投运储能项目总规模为121 MW，涉及集中式可再生能源并网、辅助服务、用户侧三个领域。其中在集中式可再生能源并网领域，2017 年储能项目开始在技术示范应用的基础上寻求商业化突破。以青海直流侧光伏储能示范项目、吉林风电场热电混合储能项目为代表。光储领域加快商业化进程，电储能与储热的综合应用成为解决电力系统调峰和可再生能源消纳的新探索方向。新能源快速发展带来的电力系统灵活性和消纳问题，暴露了传统电力运行和调度机制存在的瓶颈，也进一步提高了储能在集中式可再生能源并网领域的应用价值和发展潜力。目前大规模储能技术中只有抽水储能技术相对成熟，但由于受地理因素制约，其广泛使用受到制约。而其他储能方式还处于实验示范阶段或者初期研究阶段，储能装置的可靠性、使用寿命、制造成本以及应用能力等方面还有待突破。总体来看，我国储能技术研究尚处于发展初步阶段，还不适于在电网全面推广应用，同时还存在着诸如研发体系不健全、经济性收益有待提高、缺乏运行数据支撑等一系列问题。目前储能技术研究的关键技术领域主要分布在以下几个方面。在储能系统规划方面，主要包括：①广域布局的储能系统与常规电源、新能源发电的协同调度方法；百兆瓦级储能系统在新能源发电、输电和配电等各环节中的规划布局方法。②新型技术与供电商业模式下储能的选型配置方法、分布式储能系统的汇聚效应及在电网中的运行模式和管理策略。③储能技术实现市场化应用的政策和制度需求，包括促进储能发展的电价机制、市场准入制度及电力市场机制；研究多种类电力市场交易下储能与其他能源的协调运作机制等。

在储能设备研究方面，主要关键技术方向包括： ①针对现有体系下锂离子、铅炭、液流等储能电池的关键材料改性、低成本化制备、能量密度提升和产业化技术；基于离子液体、固态电解质的高安全性电池材料体系和液流电池低成本高可靠膜制备技术。②超级电容器多孔石墨烯电极、高耐压电解质盐和电解液、纤维素隔膜等材料的研制。③空气压缩机和膨胀机技术；高转化效率和低成本的储冷储热和储气技术。④针对下一代储能技术，研究锂硫、锂空气等新型高比能量电池技术；研制高效制氢及氢发电装备，突破低成本、高效率和规模化储氢技术；研发大容量高能量密度储热储冷技术装备，突破热相变储能关键材料技术。在储能系统集成及工程应用方面，主要关键技术包括：①适用于百兆瓦级储能电站集成与控制技术研究及工程示范。②包含储能电池组（BP）、电池管理系统（BMS）、储能变流器（PCS）、中央控制系统（MGCC）和能量管理系统（EMS）的电池储能系统架构；规模化梯次利用电池的重组、集成和热疏导等安全管理技术。③基于新型器件、拓扑及控制方法的储能变流器研制；储能变流器的控制、储能电池管理、以及系统能量监控与调度系统。④储氢系统、相变储能和飞轮储能的系统集成和工程应用技术；海水抽水蓄能和深冷储能系统集成与试验技术等。物理储能依旧占据主导部分。根据国家 “十三五”水电规划，到2020 年年底，我国抽水蓄能的累计装机量为40 GW。截至2017 年年底，抽水蓄能在运规模为 28.49 GW，在建规模为38.71 GW，预计到 2020 年将完成规模目标。电化学储能将保持稳定增长。电动汽车等高密度分布式储能系统将使电网形态发生根本改变，随着新能源汽车得到规模化的推广和应用，电池系统的性能和成本逐渐成为影响行业快速发展的主要瓶颈问题。未来电化学储能将围绕高能量密度、低成本、高安全性、长寿命的电池系统作为发展目标。

储能技术与可再生能源系统深度融合。储能技术能够实现可再生能源平滑功率波动、削峰平谷、调频调压，是满足可再生能源大规模接入电网的重要手段。随着智能微电网与能源互联网的发展，市场对灵活性的电力调峰资源和促进可再生能源并网的需求将越发迫切，储能技术在该领域有着广阔的发展前景。（3）重点研究国家/ 地区和机构以及之间的对比及合作情况分析根据表1.2.5 可知，该研究方向的核心论文产出数量最多的国家是美国、中国、伊朗、印度。其中，美国、中国占据前两位，核心论文比例分别为 26.78% 和 19.51%，印度和伊朗的核心论文比例均超过 6%。由表1.2.6 可知，该研究方向的核心论文产出数量最多的机构分别是MIT、Imperial Coll Sci Technol & Med、Univ Malaya、Chinese Acad Sci、 Huazhong Univ Sci & Technol，核心论文产出数均超过 10 篇。根据图1.2.3 可知，较为注重该领域国家或地区间合作的有中国、美国、澳大利亚、英国、德国。中国的发表论文数量较多，主要是与美国、澳大利亚和英国进行合作发表。根据图 1.2.4 可知，Imperial Coll Sci Technol & Med 和 Univ Malaya 有合作。表 1.2.7 中，施引核心论文数产出最多的国家为中国，施引论文比例为33.96%，美国将近达到 20%；印度、英国、伊朗、西班牙、澳大利亚、德国和意大利的施引核心论文比例均超过 5%。表 1.2.8 中，施引核心论文产出最多的机构是 Chinese Acad Sci，比例达到将近25%。Tsinghua Univ 和 North China Elect Power Univ 的施引核心论文比例均超过 10%。通过以上数据分析可知，美国和中国在可再生发电的核心论文产出及施引数量处在世界前列，中国内地机构的施引核心论文数量较多。