陈海生 等：2023年中国储能技术研究进展

摘 要 本文对2023年度中国储能技术的研究进展进行了综述。通过对基础研究、关键技术和集成示范三方面的回顾和分析，在综合分析的基础上，总结得出了中国储能技术领域的主要进展，包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能、铅蓄电池、锂离子电池、液流电池、钠离子电池、超级电容器、储能新技术、集成技术和消防安全技术等。结果表明，2023年中国储能技术在基础研究、关键技术和集成示范方面均取得了重要进展，保持了全球基础研究、技术研发和集成示范最为活跃的国家地位，中国在储能领域发表SCI论文数、申请专利数、装机规模继续保持世界第一。展望2024年，中国储能技术有望继续高速发展，同时总体上需要向高质量发展转变。

关键词储能；技术；进展

在碳达峰碳中和目标引领下，我国加快构建清洁低碳安全高效的新型能源体系，积极发展清洁能源，推进新型电力系统建设。储能是能源革命的关键技术，是支撑新能源发挥主体电源作用，实现电力系统安全稳定运行的重要保障，也是催生国内能源新业态、抢占国际战略新高地的重要领域。

当前，我国储能行业整体上正在经历由商业化初期向规模化发展实质性转变的阶段，在技术研发、工程示范、商业模式、政策机制等方面均高速发展。2021年和2022年，笔者对中国的主要储能技术的年度研究进展进行了综述，得到了学术界和产业界的广泛关注。2023年，中国储能政策支持力度加大；各种储能技术研究取得重要进展；储能装机规模快速发展；资本持续投入；产能快速增加。总体上，中国储能技术和产业经历了高速发展的一年，学术界和产业界朋友建议笔者继续撰写一篇综述性文章，对中国2023年储能技术的研究进展进行系统地回顾和分析。

本文是受《储能科学与技术》期刊邀请，依托中国化工学会储能工程专业委员会和中国能源研究会储能专委会的专家，拟对2023年中国的主要储能技术的研究进展进行综述，包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能、铅蓄电池、锂离子电池、液流电池、钠离子电池、超级电容和新型储能技术等，希望能够通过对储能技术基础研究、关键技术和集成示范的回顾和分析，总结2023年中国储能技术领域的主要进展，为储能领域的研究生、科研工作者和工程技术人员提供参考。

本文共分14节，其中前言由陈海生撰写，第1节抽水蓄能由陈满、徐德厚、周学志、彭煜民、马一鸣撰写，第2节压缩空气储能由周学志、徐玉杰、郭欢、王星、周鑫撰写，第3节储热储冷由王亮、胡傲伟、张驰、徐玉杰撰写，第4节飞轮储能由胡东旭、戴兴建撰写，第5节铅蓄电池由阎景旺、相佳媛、张浩、刘为撰写，第6节锂离子电池由李泓、岳芬撰写，第7节液流电池由李先锋、张长昆、俞振华撰写，第8节钠离子电池由胡勇胜、谢飞撰写，第9节超级电容由安仲勋、刘语、夏恒恒、杨重阳撰写，第10节新型储能技术由肖立业、周学志、邱清泉(重力储能)、王亮、艾巍(热泵储电)、蒋凯、李浩秒(液态金属)、宋振撰写，第11节集成技术由钟国彬、刘轩、宋振撰写，第12节消防安全技术由王青松、梅文昕、李煌撰写，第13节综合分析由陈海生、张宇鑫、李臻撰写，第14节结论由陈海生撰写，全文由陈海生统稿。由于作者水平有限，加之时间仓促，文中不足和不妥之处，敬请读者批评指正。

1 抽水蓄能

抽水蓄能是目前大规模储能的主流技术，具有储能容量大、系统效率高、运行寿命长、技术成熟等优点。2023年，国家发改委和国家能源局出台了《关于进一步做好抽水蓄能规划建设工作有关事项的通知》《关于抽水蓄能电站容量电价及有关事项的通知》等重要文件，进一步明确了发展规划、容量电价和保障措施等，有力促进了抽水蓄能的快速发展。目前，我国抽水蓄能技术总体向“高、宽、大、变”方向发展，即高水头(800 m以上)、高海拔(4300 m)；低水头(100 m以下)；宽水头变幅、宽负荷；大容量(400 MW)、大直径(叶轮直径6 m)；可变速等方向发展。目前，水泵水轮机流动特性、运行控制技术、系统调度和优化等是基础研究的重点方向；关键技术研发重点包括大型电站工程建设技术、机组设计制造技术和变速抽水蓄能技术等。

1.1 基础研究

在水泵水轮机流动特性方面，杨小龙等将一维管路和三维机组相结合，得到了水轮机工况下启动过程中内部流动特征和外特性曲线。Shen等揭示了可逆混流泵中的流动不稳定性，阐明了马鞍形区域的形成机理。管子武等通过转轮修型以降低无叶区压力脉动，改善了高水头抽水蓄能机组振动和噪声超标问题。Hu等通过转轮优化，扩大了水泵水轮机运行的负荷范围。Fu等通过研究回流涡和空化之间的相互作用机制及其对抽水蓄能过渡过程的影响，为控制振动提供重要的理论依据。Guo等提出一种模拟间隙引起的振动位移的计算方法。Liu等定量分析了可压缩无界水中的空化泡和水泵水轮机中的空化空腔对不同脉动压力的响应，揭示引起水柱分离的压力脉动。Zhao等基于熵产理论研究了不同参数仿生导叶对水泵水轮机驼峰特性的抑制效果。Jin等开展了水轮机工况启动过程中能量耗散的可视化研究，指出了水泵水轮机各部件中的高流动能量耗散的位置。Lei等给出了抽水蓄能导叶关闭规律优化与决策，提高了复杂工况下的适应性。

在机组控制方面，Ma等分析和总结了抽水蓄能机组振动产生与传播机理并提出了解决措施。Zheng等提出一种基于等效电路建模的离散阻抗方法来解决传统连续阻抗法很难直接得到频率响应解析解的问题。Guo等分析了具有上下游调压室的抽水蓄能电站负荷调整和一次调频控制的稳定性。衣传宝等提出一种含抽水蓄能的新型电力系统惯性增强分布式控制方法。张慧中等通过放松转子侧直流电压限制来扩大转差率的调节范围，改善了机组的功率调节能力。庄凯勋等提出一种基于附加转速修正量的频率响应特性优化控制策略，显著提高了双馈电机转子动能的调整范围，改善了机组动态调频特性。井浩然等建立了双馈变速抽水蓄能机组全工况转换模型，实现对机组工况转换过程暂态模型的分析，可用于双馈变速抽水蓄能源网协调策略的研究。

在系统调度和优化方面，文献[22-24]分别研究了抽蓄-火电-新能源、抽蓄-新能源、抽蓄-储氢-新能源、混合抽水蓄能-火电-新能源等混合能源系统的联合运行与优化调度。罗彬等提出一种混合式抽水蓄能与风电联合运行短期调度模型，为常规水电站的融合改造提供借鉴。罗胤等给出了抽蓄-火电联合运营的动态效益和静态效益的具体计算方法。王毅等量化设备全生命周期成本分析并形成基于数据驱动的成本计算与预测。倪晋兵等采用基于时序生产模拟的方法对抽水蓄能在促进新能源消纳和减少碳排放的作用进行了量化研究。黄莉等初步测算了贵州35个抽水蓄能规划站点的容量价格，并研究了容量费用的疏导方式对输配电价的影响程度。Chen等提出了一套抽水蓄能调峰的效用评估方法，能够准确评估抽水蓄能以各种方式参与调峰市场的效用。

市场和价格机制方面，谢道清等建立抽水蓄能电价解析数学模型，确定成本疏导的3个原则和成本分摊的6种方式。王进等提出抽水蓄能电站保留容量电费、以价格接受者身份不报量不报价的市场化运行机制。林毅等构建了一种电能量、调频和备用联合市场出清优化模型，实现储能对联合市场所带来运行价值的量化。Zhang等建立了按需调用模式下现货市场抽水蓄能机组的盈利模型，对抽水蓄能调用盈亏与电价变化趋势关系进行了总结。

在新型抽水蓄能技术方面，研究重点为变速抽水蓄能技术，Li等研究了孤立电力系统中变速抽水蓄能电站一次调频性能，证实了变速机组在调节过程中的优越性。Huang等研究了变速抽水蓄能电站水力扰动中的有功功率波动与控制，并提出解决有功功率波动的有效对策。Xu等提出了基于自适应模型预测控制的变速抽水蓄能机组发电模式下的一次频率控制策略。Yang等指出了变速抽水蓄能相比定速机组在与风电互补运行方面的优势。程其云等将变速抽水蓄能机组投入到含有风、光、火电的电力系统日前优化调度中，有效提升了机组运行效益。在其他新型抽水蓄能技术方面，朱军辉等对海水抽水蓄能与海上光伏一体化项目的经济性进行了分析。Yin等开发了海上风电和抽水蓄能互补运行的协同设计框架。Zhou等研究了地下抽水蓄能双弯曲巷道流场特性和能量损失随巷道结构和角度的变化规律。Sun等从可持续发展的视角，提出了一个全新的评价黄河流域地下抽水蓄能发展潜力的框架。Ge等提出的压缩空气调压地下抽水蓄能系统，通过不同的运行模式提高了蓄能系统对地下洞室的适应性。

1.2 关键技术

大型电站工程建设技术方面，国产首台大直径大倾角斜井隧道掘进机“永宁号”顺利完成掘进任务，国际首台超大倾角可变径斜井硬岩隧道掘进机“天岳号”应用于湖南平江项目。“800 m级水头抽水蓄能电站超高压钢筋混凝土压力管道建设关键技术”通过鉴定，标志着我国钢筋混凝土衬砌高压水道技术从600 m级跃升至800 m级。新疆阜康抽水蓄能电站首次采用全库盆一体式防渗结构设计，克服上水库高海拔、高寒等不利因素，减少冰冻对防渗材料和防渗设施的破坏；采用曲面滑动模板技术，减少土石方开挖和节约了2/3浇筑时间等。河南天池等项目引入无人机自动喷涂、无人驾驶振动碾压技术、管道测量机器人等智能技术，大幅提升施工效率。

在机组设计制造技术方面，抽水蓄能机组四大类核心控制子系统(计算机监控、调速、励磁、继电保护)均成功实现了全面国产化。“国产抽水蓄能机组成套开关设备”通过鉴定，可以批量生产并在抽水蓄能电站推广应用。“抽水蓄能电站多维度智能巡维关键技术研究及应用”通过鉴定，满足巡维“看得懂”“听得清”“摸得透”和“分析准”需求。

在变速抽水蓄能技术方面，Liu等针对国内外已有的大型变速抽水蓄能工程可行性研究经验，提出了变速抽蓄机组设计研究的重点与方案。海水可变速抽水蓄能机组全景物理模拟技术、新型海水抽蓄机组防污防腐技术达到国际领先水平。国内首套10 MW可变速机组主机及变流器工程样机，首次完成发电电动机与三种不同型式变流器的联调并网试验。提出了大型可变速机组研制成套技术方案。

1.3 集成示范

2023年，丰宁、清原、阜康、蟠龙、厦门、天池、文登和永泰等抽水蓄能电站均有机组投产发电。其中，丰宁抽水蓄能电站装机容量、储能能力、地下厂房规模和地下洞室群规模均为世界第一，2023年定速机组(1～10号机组)实现全部投产发电，国内首台大型交流励磁变速抽蓄机组(12号机组)并网发电成功。辽宁清原抽水蓄能电站为东北地区最大的抽水蓄能电站；阜康抽水蓄能电站为西北地区最大的抽水蓄能电站；蟠龙抽水蓄能电站是西南地区首座大型抽水蓄能电站，也是首次在红层砂岩地区建设的抽水蓄能电站；厦门抽水蓄能电站从主体工程开工到首台机组投产发电用时47个月，创造了国网地区抽水蓄能电站建设新速度；文登抽水蓄能电站首次在抽水蓄能领域应用全断面硬岩隧道掘进机施工技术；天池抽水蓄能电站实现一年4个机组投运；永泰抽水蓄能电站是福建省属企业自主建设、自主运营的首个抽水蓄能电站。潘家口抽水蓄能电站升级改造项目首台机组顺利投产发电，标志着目前国内在运单机容量最大的双转速变速抽水蓄能机组升级改造取得成功。

此外，道孚抽水蓄能电站正式开工建设，该电站装机容量6×35万千瓦，具有高寒、高海拔、高地震烈度、超高水头的复杂建设条件以及高转速、高电压、大容量发电机组的复杂建造难度，为目前世界上海拔最高(4300 m)的大型抽水蓄能电站。叶巴滩抽水蓄能电站顺利通过技术审查，该电站装机容量18×25万千瓦，是全球装机规模最大、机组台数最多、距高比最大、压力管道及钢岔管尺寸最大、洞室群效应最显著的抽水蓄能电站，也是我国首个以两座季调节水库作为上下库建设的抽水蓄能电站。

2 压缩空气储能

压缩空气储能(CAES)技术具有储能容量大、储能周期长、系统效率高、运行寿命长、比投资小等优点，被认为是最具有广阔发展前景的大规模储能技术之一。2023年，我国CAES技术总体上从单机100 MW级向300 MW级推进，在系统总体特性、核心部件关键技术、系统集成示范等方面均取得了重要进展。

2.1 基础研究

在系统总体特性与参数优化方面，Guo等研究了CAES优化设计，从系统分析和优化方法、变工况特性和考虑系统变工况特性的系统设计方法三个方面，综合性地给出了系统优化的研究方向。Li等提出了采用预压缩和液体活塞的近等温压缩空气储能系统，在液体活塞的最佳入口压力下，可提升系统循环效率和㶲效率。杨大慧等提出AA-CAES系统释能发电阶段控制策略，发现投入安全减出力控制回路，能够有效延长系统释能发电时间。Gao等建立了液滴喷射的I-CAES系统的热力学模型，揭示了气液质量比(ML)和转速对等温压缩/膨胀效率、等温性、循环效率和能量密度等性能的影响。肖旻逾等研究了新型恒压绝热压缩空气储能系统，在输入功率低于压气机启动功率时，通过单独运行储热系统可实现储能功率大范围连续可调。尹斌鑫等设计了一种集中-分布式混合压缩空气储能电站的基本架构。潘文等提出将近等温压缩与绝热压缩融合的复合压缩空气储能，分析表明其㶲效率可高于传统绝热压缩空气储能。

在压缩机内流特性及变工况调控方面，Li等研究了高负荷离心压缩机，分析了不同工况下叶轮内部二次流结构，通过调整叶轮内部的二次流结构可以控制不同的损失。刘小明分析了齿轮组装式压缩机结构特点和关键技术。An等对跨声速压缩机进行了数值模拟，研究叶尖泄漏流场的非定常演化特征。Zhang等通过不同的冷凝模型对压缩机内部均匀冷凝流进行了数值研究。结果表明，杂质颗粒促进了非均匀凝结，而均匀凝结减弱。Ma等建立了压缩机损失模型，将其应用于绝热压缩空气储能系统，生成了单级和多级压缩机在速度和可变进口导叶调节下的性能图谱。Li等采用数值方法研究了轴流压缩机的IGV调节特性，研究发现通过IGV调节可显著扩大压缩机的稳定工作范围。杨小亮等对无油空气涡旋压缩机开展研究，结果发现：增大转速，不但可以增加涡旋压缩机的质量流量，而且还可以减小切向泄漏量，进而提高压缩机工作效率。

在膨胀机内流特性和变工况调控方面，Xiong等研究了CAES系统中两级轴流式膨胀机的内流性能，并对叶片稠度进行了优化，有效提高了膨胀机等熵效率。Xiao等提出了AA-CAES定容放电过程的操作模式，通过节流和补充空气来实现恒定的输出功率。Guan等针对CAES膨胀过程的喷嘴配气调节方式开展研究，得到了不同工况下的最优喷嘴调节方法，并进一步研究了不同喷嘴调节配气方式下的膨胀机性能特性，发现与节流调节相比，膨胀机平均比功增加6.8%。陈辉等建立了CAES释能过程动态仿真模型，对启动过程、并网过程、变工况过程进行仿真。Sun等建立了无油涡旋膨胀机热力学模型，并与实验研究结合，研究了吸入压力等参数对系统工作性能和膨胀机流程的影响。余海鹏等分析了储罐对膨胀机进气压力和负荷能力的影响。王丹等分析了CAES常规定速发电特点，提出了基于全控器件励磁的定速恒频同步储能机组控制策略，提升了机组辅助服务能力。赫广迅等对A-CAES滑压运行参数进行研究，得出了滑压范围内压力、流量等重要参数变化规律。

在蓄热(冷)换热器传蓄热特性方面，Qu等研究了填充床蓄热器内部非定常流体流动和换热特性，研究了驱动力对蓄热颗粒周围流体流动的影响。Lin等建立了喷淋式填充床蓄热试验台，结果表明，较高的加料温度和流速会导致较高的液体-颗粒传热系数。Fan等提出了基于流化床传热的新型LAES，研究了换热器设计条件和流化参数对系统性能的影响。Qu等对LAES系统中低温储能装置特性开展实验研究，提出了存储不同温度范围内的低温能量蓄冷装置，以减小传热流体间的温差，提高能量和㶲效率Chen等分析了基于喷雾喷射的近I-CAES系统液气传热特性。结果表明喷雾喷射可以有效抑制空气温度的变化。Ai等推导了隔热材料瞬态热传导方程解析解，获得了典型运行模式下平均㶲损失率表达式。刘云汉采用熔融搅拌法制备了SAT-DSP-CMC/EG复合相变材料，结果显示，膨胀石墨可以提升复合相变材料的导热系数和黏度。Han等采用甲基纤维素和四种常见生物质材料作为氧化物蜂窝的成孔剂，发现生物质强化的Co3O4基蜂窝体具有更高的总孔体积和渗透率。

在储气室热力学和气密性研究方面，Guo等采用多域流固耦合方法研究了储气装置运行特性，结果表明，储气装置的内部对流传热系数在运行过程中是时间的线性函数。Liu等提出了热干燥岩石储气压缩空气储能系统，对系统热力学性能进行了评价。Sun等研究了圆顶形含水层和水平含水层中压缩空气储能的热力学和岩土力学的特征。Miao等研究了利用衬砌岩洞技术在地下矿山隧道中进行CAES储气，揭示了其温度和压力等热力学特性。Ma等研究表明，考虑渗流效应的预测结果更接近试验结果，于欣平等研究了对应力渗流耦合作用下硐室围岩和库端密封特性。Qin等研究了云冈矿以丁基橡胶为密封材料的储气硐室泄漏特性，结果表明泄漏量能够满足密封要求。Liu等研究了超高性能混凝土的疲劳特性，建立了疲劳损伤本构模型。Li等研究了含水层中压缩空气储能储气室的潜在泄漏影响。Liu等分析了盐穴储气，包括利用盐穴存储压缩空气的发展前景。赵同彬等分析了废弃煤矿地下空间CAES系统研究进展与存在挑战等。

在压缩空气储能系统与其他系统耦合研究方面，Guo等提出了燃煤热电联产机组与CAES集成系统，该系统可通过强化供热和强化出功模式，实现大范围热电输出调节。Wang等提出了CAES和火电厂热电联产机组耦合系统，将CAES充电过程中产生的压缩热由热电联产机组回收，而CAES释能过程中需要的热量由一次区域供热网络提供。文献[90-95]研究了CAES系统与太阳能耦合系统，研究表明，将太阳能转化为热源，同压缩热共同加热进入膨胀机的空气，可提升CAES系统性能；引入太阳能可以使液态空气储能系统的LCOS明显降低。Ren等以太阳能作为斯特林机热源，提出了具有解耦充电和放电过程的太阳能斯特林机-LAES系统。Yu等研究了集成地热和绝热压缩空气储能技术，该系统采用双压和单压有机朗肯循环，通过共沸混合物进行升级，以回收废热。Li等研究了CAES耦合制冷系统，给出了冷冻水供应、冷空气供应和混合供应系统三种模式。Lu等提出了一种与液化天然气冷能、太阳能和基于水合物的海水淡化相结合LAES系统。Cheng等研究了CAES和超级电容(SC)耦合运行特性，研究表明，SC子系统在空载启动模式下的容量需求比可变负载启动模式下高出约8%等。

2.2 关键技术

2023年，我国CAES技术总体上从单机100 MW级向300 MW级推进，在系统总体设计技术、压缩机技术、蓄热(冷)换热器技术、膨胀机技术、系统集成与控制技术等方面均有重要进展。在总体设计方面，中国科学院工程热物理所攻克了300 MW级先进压缩空气储能系统总体设计技术，提出了基于负荷-概率因子的系统全工况设计方法，完成了考虑环境参数和负荷特征的300 MW系统全工况总体设计，系统额定设计效率达到70%以上。在压缩机和膨胀机方面，攻克了300 MW级先进压缩空气储能系统宽工况轴流-离心组合式压缩机技术，研制出国际首套压缩机样机；攻克了300 MW级先进压缩空气储能系统高负荷轴流透平膨胀机技术，研制出国际首台套膨胀机样机，并完成了集成测试，各项测试结果均达到或超过设计指标，具有集成度高、效率高、启停快、寿命长、易维护等优点，被《光明日报》评为2023年度重大科技创新成果；在蓄热换热器方面，突破了多流程小流道蓄热换热技术，攻克了低温差、小压损、变工况运行、阵列化调控等技术难题，研制出300 MW先进压缩空气储能系统阵列化高效紧凑式蓄热装置，单体容积达8000 m3，蓄热阵列总储热量达8.3 TJ。在系统集成与控制方面，攻克了压缩空气储能系统总体集成与控制技术，解决了CAES非线性强耦合的并网调节特性问题，研制出了300 MW储能与电力系统耦合控制系统等。

2.3 集成示范

继2022年我国压缩空气储能取得重要进展后，2023年压缩空气储能集成示范方面又取得了多项突破性进展。山东肥城10 MW先进压缩空气储能示范项目积极参与电力现货市场交易，全年接受电网调度300余次。河北张家口100 MW先进压缩空气储能示范项目完成全部核心设备第三方检测，系统额定运行效率70.2%，全年累计调度运行190余次，有效参与了2023年电网迎峰度夏。

在建项目中，山东肥城300 MW先进压缩空气储能国家示范电站完成了系统设计和核心设备研发工作，示范电站已于2023年12月建成，并完成系统调试(已于2024年4月并网发电)，该项目是我国新型储能试点示范项目和国家重点研发计划项目。宁夏中宁100 MW项目由大唐集团投资建设，于2023年10月全面开工，目前正在开展厂房主体工程及地下储气库施工、核心设备加工，预计于2024年底完成主体工程建设，2025年投入使用。新疆阜康100 MW项目、河南信阳300 MW项目、湖北应城300 MW项目等项目也在抓紧建设中。

2023年，我国压缩空气储能示范项目大幅增加，中储国能、大唐集团、华能集团、中国电建、中国能建、三峡集团等企业已启动多个压缩空气储能示范项目，包括宁夏中宁、河南信阳、江西铅山、新疆阜康、青海海西、河北赤城、河南平顶山、陕西安塞、甘肃玉门、江苏淮安等，总规模超过8000 MW，总投资将超过500亿元，预计将于未来3年内陆续建成，压缩空气储能技术与产业发展已进入快车道，产业化及应用推广进行将进一步加速。

3 储热储冷

储热储冷技术是将热能或冷能以显热、潜热、热化学能储存起来，并在需要时释放的技术。储热储冷技术具有成本低、效率高、规模大等特点，在能源、工业、建筑等领域有广泛的应用场景。2023年，我国学者在储热储冷领域的基础研究、关键技术和集成示范方面取得了重要的进展，其中，材料的物性及制备、过程能量损失机理及控制、系统控制与优化技术等方面是目前的研究热点。

3.1 基础研究

在储热储冷材料制备方面，制备出相变温度变化小、焓损失低的相变复合材料。盛楠等以金属Sn为相变材料，采用溶胶–凝胶包覆法和高温热处理制备出具有良好循环热稳定性的相变储热微胶囊。Xu等制备了可以在25～45 ℃的温度范围内吸收和释放热能且具有良好的光热转换效率的储能微胶囊。胡定华等研究了密度差作用下，石蜡固液相变沉降特性对储热过程的影响。其中针对热化学储热技术，Liu等研究了不同尺寸和比例的膨胀石墨对复合相变材料的影响。Han等研究了Al和Cr的掺杂率对纯Co3O4/CoO体系的热化学性能和耐烧结性能的影响。Zheng等采用球磨法制备了一种具有水滑石结构的钙基材料，该材料在650～850 ℃具有较好的储热和CO2捕集性能。Jing等研究揭示了磁性多壁碳纳米管、泡沫金属、磁场等对冰蓄冷凝固/融化的协同强化机理。Li等提出了考虑解离动力学、多相流、传热、表面反应等参数的晶格波尔茨曼模型，阐明了与潜热和浮力的影响机理。

在储热单元传热特性方面：Wu等研究了机械振动对潜热储能装置中对流换热的影响。Wang等研究了应用椭圆翅片的蓄热机组，分析了不同长径比椭圆翅片的相变材料熔化/凝固特性和充放热能性能。Wang等通过对采用平板热管和平板翅片充能的潜热储热装置的研究，获得了不同板翅对相变材料的熔化和传热的影响。Lin等研究了喷雾式填料床储热技术中充注温度和流量等参数的影响，揭示了喷雾式填料床蓄热的流动传热机理。Qu等揭示了级联填充床在液态空气储能系统低温储能过程中的特性和能量损失机理。Huang等利用场协同原理，获得了季节性蓄冰罐在产冰阶段的换热特性，测定了其用于建筑夏季制冷的性能。Xu等通过热力学分析，揭示了各热力学参数对级联相变材料最小入口耗散热阻的影响，用于优化建筑节能中级联相变材料的性能。Liang等研究了平板尺寸、排列方式和翅片结构等关键因素对相变材料型储冷罐储释能过程的影响。Chen等对比研究了翅片结构和翅片泡沫结构两种结构的储冷装置的换热性能、温度分布和热效率；还研究揭示了应用于储冷的金属泡沫复合相变材料的物理参数和结构参数对在融化过程中的影响机理。范肖雅等通过数值模拟的方法，计算了可用于冷链运输的储冷介质的乙醇浆体在水平直管内的流动特性参数。

3.2 关键技术

在新型储热材料物性优化方面：建立了多参数电化学-热耦合优化模型，获得膨胀石墨和不同熔点的石蜡构成相变材料的储热效率。研究了不同质量分数石蜡复合相变材料对电池热管理系统的散热性能，揭示了复合相变材料的体积分数和热物性参数对电池模块散热性能的综合影响。获得了不同烧结温度对骨架支撑材料含量、导热系数和抗压强度的影响机理，实现了相变材料在宽温度范围内的热能储存。使用甲基纤维素和生物质材料作为孔重整剂，优化了金属氧化物热化学储热蜂窝的孔隙结构和储能性能。开展了多种应用场景下新型储冷材料的制备，使用MgCl2处理13x沸石，研制出新型吸附式热电池，具有大功率、高储能密度和冷热一体储能的特点。针对超临界压缩空气储能系统，对多种的储冷材料进行了分析对比，选择氯化钠作为合适的储冷材料并测定了其热力学性能。制备了适用于冷链运输的CUNS3-FS5-TDN2相变储冷材料和DSSNK5-SAP相变凝胶。获得了以冰为相变组分，聚醚基三位网络为骨架的新型形态稳定型储冷相变材料，适用于食品冷链物流。

在储热单元传热特性优化方面：针对分型鳍模型中月桂酸的熔化热行为的研究，得到了不同鳍位比、鳍长比和鳍数对相变材料熔化的影响。研究了五种不同孔隙率的金属泡沫对储热罐蓄能的影响，优化了不同金属材料的填充率并获得了填充率和孔隙率对熔化性能的影响。发展了新型的倾斜角度环形翅片来增强换热器的换热性能，采用液相分数、温度分布、熔点、储能密度和蓄热率等参数对环形翅片的结构参数进行了比较和优化。提出并研究了考虑相变材料熔化温度、胶囊直径和填充体积比的填料床储热系统双层填充结构，对胶囊尺寸、容积填充率等参数进行了优化。通过数值模拟与实验，研究了卧式管壳潜热储冷装置在夜间储冷时的性能。设计并制造了可扩展吸附式热电池，通过诱导吸附式气液相变策略，实现了高能量密度和高功率密度的储冷。开展了隧道衬砌地热换热器与相变材料板的耦合传热模型研究，分析了基于隧道衬砌地热换热器的相变材料储冷的可行性。通过仿真模拟的方法，优化了自然冷源食品冷藏陈列柜，并分析了系统运行特性。提出了由变密度多层绝热材料和蒸汽冷却屏蔽材料组成的具有对-邻位氢转化的复合绝热系统，用于液态氢的长期储存；提出了新型能源系统为多栋建筑的社区提供电力和冷能，采用基于长短期记忆的预测算法实现日前调度。

3.3 集成示范

在储热系统集成示范方面，2023年我国在熔盐储热技术应用示范方面取得较大进展。辽宁省辽河油田世界首台电热熔盐储能注气试验站建成投产，总储热规模15 MW。国内首套660 MW煤电机组耦合蒸汽熔盐储热调峰调频示范项目在华能魏家峁煤电公司成功投运，储热容量为80 MWh。全国首个GWh级熔盐储热耦合煤电机组热电解耦项目在安徽宿州开工建设。

在储冷集成示范方面，分布式储热储冷产品已应用于火电厂储热调峰项目，可根据客户需求定制供暖制冷的整体解决方案。我国首个液化天然气冷能养殖示范项目在广东大鹏LNG接收站正式运行。

4 飞轮储能

飞轮储能是高频次、高效率、长寿命、低循环成本的分秒级物理储能技术，适用于数百千瓦至数十兆瓦、持续数秒至数分钟、频次10万次以上的电储能应用场景，是实现电压稳定、频率调节的重要技术。2023年，我国学者在飞轮、电机、单机及阵列控制研究以及储能系统集成示范应用方面均有重要进展。

4.1 基础研究

在基础研究方面，我国学者在飞轮及电机的结构力学、电机损耗及散热、阵列协同控制、混合储能管理等方面取得了进展。

在飞轮及电机的结构力学方面，王泽峥等以大尺寸的复合材料飞轮转子为对象，基于应力叠加原理推导出复合材料轮缘与金属轮毂过盈配合下的应力解析解。Hu等对飞轮结构和材料进行了总结梳理，分析了各种方案的优缺点和应用前景；还比较分析了内置式和表贴式两种结构飞轮电机转子的结构力学，并开展了轴系的动力学特性分析。

在电机损耗及散热方面，焦渊远等阐述了飞轮储能电机转子发热的原因及危害，分析了转子涡流损耗、电机温度场的计算方法。王成等针对飞轮储能用永磁同步电机散热困难的问题，利用磁热耦合的方法，研究永磁同步电机的损耗及电机温度分布；利用热仿真模型，研究电机关键部件散热的影响因素。在阵列协同控制方面，菅春等为了优化气隙磁通密度波形的幅值与正弦畸变率两个关键指标，提出了一种基于Kriging模型与差分进化算法(differential evolution algorithm, DEA)相结合的多目标优化方法。

魏乐等基于飞轮储能系统运行的小样本数据，提出了一种结合Logistic混沌麻雀优化算法和卷积神经网络的飞轮损耗计算模型。Lei等为了提高飞轮储能装置的控制效果，对模型预测控制算法进行了改进，并利用模型预测控制方法配置飞轮储能装置，实现风电场平稳输出功率。Xiao等提出了一种分布式功率分配策略，设计了一个分布式估计器来估计分配策略中每个飞轮单机所需的全局状态信息。在混合储能管理方面，李晓峰等提出采用钛酸锂电池、飞轮储能和超级电容这3种不同的新型功率型储能技术构成的一次调频储能系统，对功率型储能技术在新能源场站一次调频中的作用和功能进行了验证等。

4.2 关键技术

在飞轮转子技术方面，利用1000 MPa级屈服强度的高强合金钢，研制出储能高达125 kWh的中等转速飞轮，能以功率500 kW放电持续15分钟，实现在电力系统中的二次调频应用。

在电机技术方面，多家机构研制了500～1000 kW的飞轮储能电机，其速度范围为5000～9500 r/min。转速10000 r/min以上的飞轮储能电机的功率要超过1000 kW，其面临的挑战主要一是转子长径比、飞轮大质量、强陀螺效应所引出的转子动力学问题；二是真空运行条件下，电机转子的散热极其困难。

在控制技术方面，国内学者的研究主要集中在针对不同应用场景下的控制技术领域。梁志宏等结合工程实践提出了火电机组耦合大规模飞轮储能群组协同调频的控制方案。目前，该技术已成功应用在灵武电厂2台600 MW亚临界火电机组，火储联合系统一次调频合格率提升了21.26%。王云辉等采用矩阵变流器作为飞轮储能系统的控制变流器，避免了传统背靠背变流器中直流环节及电解电容带来的问题。梁璐等提出了一种多模态下飞轮阵列的双层自治控制技术，实现对阵列内飞轮功率输出以及电量的优化管理。仿真效果验证了控制方法的有效性，相比于虚拟下垂控制，系统频率偏差减少了20.34%。金都等提出一种改进飞轮储能辅助风电场一次调频的控制策略，采用虚拟惯性控制参与一次调频，结合模糊规则防止飞轮转速越限，从而弥补风电场在一次调频中的功率缺额。李月明等为缓解大功率脉冲负载投切造成的船舶燃气轮机发电系统功率波动，将由飞轮储能和蓄电池组成的混合储能系统应用于船舶燃气轮机发电系统，提出一种采用变分模态分解(VMD)和模糊控制策略的船舶微型燃气轮机发电系统混合储能功率分配策略，可使脉冲负载投切所造成的直流母线电压最大波动减小6.4%。

4.3 集成示范

集成示范方面，国内主要在电网调频领域开展了飞轮储能的集成示范应用。由坎德拉新能源提供技术支撑的5 MW/175 kWh飞轮储能项目通过了河南省电力科学研究院一次调频现场试验。由中海油新能源二连浩特风电有限公司牵头，联合北京泓慧、中国科学院、清华大学等单位共同实施的内蒙古自治区科技重大专项“MW级飞轮储能关键技术研究”项目示范工程在二连浩特市成功并网。该项目由3台1 MW级飞轮阵列与3 MW锂电组成混合储能系统，为二连浩特99 MW的风电场提供调频辅助服务支持。“飞轮储能和百万千瓦级中间二次再热火电机组联合调频”项目在华能莱芜电厂正式投运，该项目采用北京奇峰聚能研制的10台单体600 kW飞轮储能装置。

5 铅蓄电池

铅蓄电池具有技术成熟、产业链体系健全、成本较低等优点，但存在能量密度较低、循环寿命短和充放电倍率小等不足。近年来铅蓄电池的研发重点在铅炭电池，主要通过在负极添加高活性炭材料和在正极使用添加剂的方式，有效抑制部分荷电态下因负极硫酸盐化引起的容量快速衰减，促进正极活性物质中的电荷传递及改善反应动力学，从而有效提升循环寿命，并提高电池的快速充放电能力，在电源侧和用户侧储能场景有广泛应用前景。

5.1 基础研究

在负极用碳材料研发方面，浙江大学开发出单原子铅/还原氧化石墨烯(PbSAs@rGO)和石墨化氮化碳/还原氧化石墨烯(g-C3N4@rGO)两种复合材料。通过在rGO表面锚定单原子铅或g-C3N4，使复合材料的工作电位范围和Pb/PbSO4氧化还原电对相匹配，在延缓负极活性物质硫酸盐化的同时，使析氢反应得到有效抑制。负极掺加PbSAs@rGO的铅炭电池在高倍率部分荷电状态(HRPSoC)下的循环寿命达到16097次(50% SOC)和22606次(75% SOC)。安徽建筑大学制备出氮掺杂的寡聚糖基碳材料，并将其作为负极添加剂应用于铅炭电池，显著提高了电池的循环寿命。

在正极用添加剂研发方面，昆明理工大学将MnO2作为正极添加剂，通过促进正极活性物质中的电荷传递及改善PbSO4/PbO2电对的氧化还原反应动力学，显著提高了铅炭电池的容量和循环寿命。此外，昆明理工大学开发出用于铅炭电池正极的二氧化铅纳米颗粒修饰的氧化石墨烯(nano-PbO2/GO)双功能添加剂。该添加剂在正极活性物质中起到导电剂和成核剂的双重作用。正极掺加nano-PbO2/GO的铅炭电池2C放电倍率下的HRPSoC循环寿命达到15000次以上。

5.2 关键技术

在铅炭电池绿色制造技术方面，浙江工业大学与天能集团合作，在铅炭电池绿色制造、耦合烟气制酸直接熔池侧吹炼铅、再生铅多污染源协同治理、铅蓄电池-再生铅闭路循环等技术取得进展，建成年产1500万kVAh铅炭电池绿色制造线。在大容量铝基铅炭电池技术方面，昆明理工恒达科技股份有限公司攻克铝基铅合金板栅制造关键技术，在云南陆良县建设年产40万吨铅炭储能电池用铝基铅合金复合材料项目。开发出电极板栅原位陶瓷膜制备和多孔炭添加剂抑制铅活性物质盐化新技术，大幅度提升了铅炭电池容量、能量密度和浅充放循环寿命。使用栅栏型铝基铅合金复合材料阳极，使铅合金用量减少30%，显著降低了电池整体重量。在胶体铅炭电池隔板方面，中国科学院大连化学物理所公开了一种基于无机二维材料的羟磷灰石隔膜及其制备方法，该复合隔膜同时具有避免酸分层和耐热耐火等特点。在双极性铅炭电池技术方面，恒丰国能(山东)能源科技有限公司开发出水平层叠双极性固态铅炭电池关键技术，显著提高了铅炭电池的比能量、比功率和循环寿命。

5.3 集成示范

2023年，江苏长强钢铁公司用户侧储能电站顺利并网投运，该电站装机规模为25.3 MW/243.3 MWh，总投资2.24亿元，是国内用户侧单体最大的铅炭电池储能项目。此外，国家电投煤山用户侧共享铅炭电池储能项目完成招标，建设规模为5.04 MW/48.66 MWh，吉洋绿储200 MW/400 MWh共享铅炭电池储能电站项目和中卫市塞上江南200 MW/400 MWh共享铅炭电池储能示范项目完成招标。昆工科技发布了年产2000万kVAh新型铅炭长时储能电池生产基地项目，该项目计划投资24亿元。目前，铅炭电池已经进入商业化应用阶段，由于其安全性较高，有望进入人口密集地区和工业园区周边的商业储能市场，市场规模的有望得到提升。

6 锂离子电池

锂离子电池具有储能密度高、充放电效率高、响应速度快、循环寿命较长等优点，是目前发展最快的新型储能技术。2023年，我国在液态电解质锂离子电池研究保持活跃，并继续向大容量、长寿命、高密度方向发展；半固态固态锂离子电池、磷酸锰铁锂电池、锰基储能锂离子电池等新型锂电池技术也取得重要进展。

6.1 基础研究

在高能量密度锂电池方面，短期内主要通过对现有材料体系的迭代升级和电池结构革新来实现。其中，锂电池材料体系的迭代升级包括正负极材料、电解液和隔膜的迭代升级；电池结构革新包括电芯、模组、封装方式等的结构改进和精简。从长期来看，由于磷酸铁锂电池能量密度上限较低，并且为了应对不同应用场景下的不同需求，锂电池技术路线将朝多元化方向发展。除了磷酸铁锂电池和三元锂电池之外，固态锂离子电池、磷酸锰铁锂电池、锰基储能锂离子电池等新型锂电池技术路线的发展趋势向好。

在正极材料方面，Zhang等合成了不含Co的LiNi0.5Mn0.43Ti0.02Mg0.02Nb0.01Mo0.02O2正极，软包电池1000次循环后容量保持率达95%，为低成本长寿命锂离子电池的开发提供了思路；Fu等采用镁晶格掺杂和硒表面处理的协同调控策略，显著地稳定了LiCoO2在高电压下(≥4.6 V)的层状结构，实现了长寿命循环；Xu等通过硫辅助表面修饰方法增强了负离子氧化还原反应的稳定性，有效提升了富锂锰基正极的高压稳定性。

在负极材料方面，Chen等使用Mg、Al对Li进行掺杂得到锂合金，使用该超薄锂合金预锂化后，磷酸铁锂||石墨体系电池循环寿命从500次提高到1500次；Dressler等对比了单壁碳纳米管(SWCNTs)和多壁碳纳米管在Si基负极中的应用，发现利用SWCNTs和活性物质离子的交联复合可以有效提升电极稳定性。

在电解质和隔膜方面，Yang等设计了一种基于环醚的电解质，该电解质与硅负极具有很高的兼容性，使得硅/石墨-磷酸铁锂全电池在600次循环后可保持80%以上的容量；Cui等采用含有30%(质量分数)氟代碳酸亚乙酯的电解液，同时对Fe掺杂LiNi0.5Mn1.5O4正极进行预锂化，为实现长寿命石墨-LNMO全电池提供了一种新策略；Qin等基于聚合物电解质提出了一种新型的无隔膜双固化策略，在保持离子导电性的同时可以有效改善界面性能。

同时，在新材料新体系、长寿命锂离子电池、新型高比能锂电池、电池测试技术等方面取得了重要进展。Song等通过引入局部晶格畸变来解决卤化物固体电解质的高压限制，这种高熵卤化物电解质使得全固态电池在500次循环中容量保持率达88.9%(0.5C)；Zhu等提出了一种延长锂离子电池寿命的方法，即当电池达到不一致的非线性容量衰减阈值时，将下截止电压提高到3 V，不仅可以延长电池寿命，而且可以提高电池的一致性；点新中国采用固态电解质以及固态电解质涂层隔膜，显著提高了电池的安全性，特别是组串过充不起火不燃烧；卫蓝新能源推出了280～315 Ah的固态锂离子储能电池，已开始在户用、工商业、大储方面获得应用示范。

6.2 关键技术

在电池技术方面，储能锂电池进一步向大容量电池方向发展。多家电池厂商先后推出了应用于储能领域的300+ Ah大容量电芯产品，大容量电池设计和加工技术都已经从280 Ah进入到300 Ah时代，其中314 Ah的代表电池厂商有宁德时代、中创新航、欣旺达、天合储能、赣锋锂电等，320 Ah的代表电池厂商有瑞浦兰钧、鹏辉能源、海辰储能等。亿纬储能和海辰储能更是推出了560 Ah和1130 Ah的超大容量电池。大圆柱电池将进一步加速渗透储能领域，比如已经批量运用的工商业储能、户用储能、便携式储能细分场景。

电池加工技术方面，超高效浆料制备、高速涂布、高精度装配等核心工艺设备技术的普及，电池一致性得到明显提升。正负极高压实材料加工技术、超薄集流体和复合集流体的引入，磷酸铁锂电池能量密度提升到190～200 Wh/kg。储能应用场景对锂电池循环寿命提出更高要求。当前，总体上我国锂电储能电池单体电芯循环寿命约为6000次(80%SOH，100%DOD)；受益于正负极补锂等技术的进步，2023年多家企业发布的储能电芯寿命达到12000次。

在热管理技术方面，目前，磷酸铁锂电池储能热管理主流技术路线是风冷和液冷。但风冷由于占用体积大、散热不均等劣势限制了储能系统的性能及安全性，效率更高的液冷技术方案逐步占据主导地位，如金昌20 MW/40 MWh液冷储能电站项目、三峡能源庆云储能二期示范项目等均采用了液冷技术。液冷储能系统正在快速成为市场的主流技术路线。另外，浸没式液冷随着冷却液的价格下降，渗透率有进一步提升的可能。另外，随着芯片算力、电池能量密度、充放电功率的不断提升，设备单位时间产热量大幅提升，温控系统热交换效率的提升是行业大趋势。

另外，随着单体电芯容量不断增加，更高装电量的储能集装箱也应运而生，宁德时代等多家电池厂家都推出了20尺5 MWh+储能系统产品，将单舱电量从3 MWh提升到了5 MWh。为了提升储能系统安全，浸没式消防系统、高阻燃云母片等阻燃材料、大数据结合AI智能识别预防技术等用于锂电池储能系统。

6.3 集成示范

2023年，多个“最大”“首个”示范储能项目顺利并网。例如，国内最大的光储融合治沙电站“甘肃武威500 MW+103.5 MW/207 MWh新能源示范项目”完成了一期并网。国内燃煤电厂最大电化学储能辅助调频项目，国家能源投资集团有限责任公司广东台山电厂60 MW电化学储能项目正式投入生产运营。新疆首座电网侧新型独立储能电站哈密十三间房90 MW/180 MWh储能调峰调频电站并网投运。全球单机功率最大(单机20 MW)电化学储能系统-华能上都35千伏高压直挂储能系统实现满功率运行。全国最大电网侧共享储能电站-三峡能源山东庆云储能电站全面投入商业运行，总装机规模达到301 MW/602 MWh。华能上都百万千瓦级风电基地配套储能项目(200 MW/400 MWh)在内蒙古自治区锡林郭勒盟正蓝旗上都电厂内实现全容量并网，是目前全球装机容量最大的单层站房式储能电站。江苏省容量最大的独立共享储能项目-江苏丰储200 MW/400 MWh储能电站在南通市如东县正式并网。国能龙源火储联合调频项目#2机组储能(配置10 MW/10 MWh调频储能)顺利试运行，标志着海南省第一个火储联合调频项目正式投运。

7 液流电池

液流电池储能技术具有安全性高、寿命长、功率和容量单元配置灵活等特点，在大规模长时储能领域极具优势。2023年，我国液流电池储能技术取得了快速发展，100 MW/400 MWh全钒液流电池储能调峰电站稳定运行超过一年。液流电池产业快速发展，已公布的规划产能超过80 GWh。同时，我国学者在液流电池基础研究和关键技术等方面均取得了重要进展。

7.1 基础研究

在离子传导膜方面，中国科技大学研究团队利用含疏水框架和亲水功能侧链的自支撑微孔框架离子膜，为离子传递提供了刚性微孔限域环境，降低离子在膜内传递能垒，在中性和碱性电解液中离子电导率显著提高。Wu等通过金属离子与聚苯并咪唑的配位构建了具有可控离子传输通道的膜材料，并用于碱性锌铁液流电池。

在流场结构设计方面，南方科技大学发展针对液流电池传质死区检测与调控的新方法，以机器学习方法作为研究基础，综合三维多物理场数值仿真和实验验证，迭代式优化流道深度降及局部活性物质传输通量，实现了现有流场中传质死区检测与调控。

在液流电池新体系方面，西湖大学研究团队报道了一类吩嗪衍生物1,8-ESP，利用其在水系液流电池电化学储能，即充-放电中，发生的质子耦合氧化还原反应，在储能的同时实现了二氧化碳的富集与释放。相较于传统胺吸收技术，该电化学过程能耗低且安全友好。香港中文大学报道了一种分子催化方式，将缓慢的多硫化物还原反应转化为FMN-Na的快速氧化还原反应，催化的多硫化物-碘化物液流电池在40 mA/cm2下循环1300次，容量没有任何衰减。大连化学物理研究所将电化学反应与铁/铁氰化物偶对在自制镍电极上的化学反应相结合，制备了能量密度为208.9 Wh/L，能量效率为84.7%的碱性锌-铁/镍混合液流电池，并在kW级电堆进行了验证。

7.2 关键技术

全钒电解液方面，2023年大连融科储能技术发展有限公司、中国科学院过程工程研究所、兴欣钒科技公司、新筑股份等企业相继布局全钒电解液短流程开发，并进行了试产。国内全钒电解液租赁模式已逐渐走向实际应用，大连融科与海螺融华推出的钒电池电解液租赁模式已在枞阳海螺6 MW/36 MWh全钒液流电池储能项目中应用。

电堆设计方面，大连化物所开发70 kW级高功率密度全钒液流电池单体电堆。该单体电堆体积功率密度由目前的70 kW/m3提高至130 kW/m3，在体积保持不变的条件下功率由30 kW提高至70 kW，成本较目前的30 kW级电堆降低40%。四川天府储能推出128 kW全钒液流电池电堆技术。

新体系方面，大连化物所开发出面向用户侧的100 kWh锌溴液流电池系统。该系统由电解液循环系统、4个单堆容量为30 kWh级的电堆以及与其配套的电力控制模块组成，设计放电总能量为100 kWh。巨安储能发布首台250 kW全铁液流储能系统，并进行3000小时稳定性认证。宿迁时代开发出20 kW水系有机液流电池电堆。

7.3 集成示范

2023年，国内液流电池储能招标项目和容量相比2022年增速明显，涉及全钒、铁铬、锌基、全铁等多种技术路线，其中全钒液流电池储能项目40多个，产业实现了前所未有的高速增长。项目投运方面，全球首套100 MW级全钒液流电池储能调峰电站自2023年起接受辽宁省电网调度指令运行，系统实现毫秒级快速响应，电站一次调频功能投入使用。自2023年度迎峰度夏以来，全年完成调度超过240次，有效支撑了电网的电力需求和清洁能源消纳，完成了保供任务。我国首个MW级铁-铬液流电池储能示范项目在内蒙古成功试运行，共安装34台国家电投公司研发的“容和一号”铁-铬液流电池堆。据悉，该项目刷新了该技术全球最大容量纪录。察布查尔县250 MW/1 GWh全钒液流电池储能项目一期光伏储能系统施工总承包开标。

8 钠离子电池

随着新型储能技术的高速发展，由于其资源丰富、低温性能好、充放电速度快等优点，钠离子电池受到了高度关注与广泛研究。但相比锂离子电池，钠离子半径大、质量重，应变大等，影响钠离子电池的能量密度、充放电倍率、循环性能；研发重点在于新型正负极材料、电解质及界面材料等，以实现长寿命、宽温域和高密度的性能。2023年，钠离子电池在基础研究和关键技术方面取得了丰富成果，诸多企业推出了钠离子电池相关产品和应用示范。随着新型储能技术的高速发展，由于其资源丰富、低温性能好、充放电速度快等优点，钠离子电池受到了高度关注与广泛研究。相比锂离子电池，钠离子半径大、质量重，应变大等，影响钠离子电池的能量密度、充放电倍率、循环性能；研发重点在于新型正负极材料、电解质及界面材料等，以实现长寿命、宽温域和高密度的性能。2023年，我国钠离子电池在基础研究和关键技术方面取得了丰富成果，诸多企业推出了钠离子电池相关产品和应用示范。

8.1 基础研究

在钠离子电池的关键材料中，正极材料是决定电池性能和成本的主要因素之一，基于正极材料不同发展为层状氧化物、聚阴离子化合物、普鲁士蓝类化合物三大技术路线，目前的研究重点是层状氧化物材料和聚阴离子材料。Ding等通过低价阳离子(Li+)取代过渡金属离子(TM)和氟离子取代氧离子分别调控氧化物正极NaxCu0.11Ni0.11Fe0.3Mn0.48O2(CNFM)的电子结构和晶体结构，实现了高熵氧化物Na0.89Li0.05Cu0.11Ni0.11Fe0.3Mn0.43O1.97F0.03(LCNFMF)正极材料的稳定合成。Chu等通过Ru/Ti共掺杂提升了NaCrO2正极材料的电化学性能。聚阴离子正极方面，Liu等揭示了Na3MnTi(PO4)3材料电压滞后的原因，并探索了一种Mo掺杂策略以实现该材料容量和循环稳定性的显著提升。普鲁士蓝方面，Zhang等提出了一种钾离子辅助策略，通过调控主晶面和增加空位，制备了高电压普鲁士蓝类正极材料。

在负极材料方面，Chen等开发了一种空间限域化学气相沉积法(SC-CVD)，将类石墨碳畴填充到商用活性炭的微孔中，并实现碳层间距、石墨微晶尺寸和微孔大小的可调控，最终得到了435.5 mAh/g的高可逆比容量。Li等通过硬碳储钠行为的深入研究，提出了平台段类金属欠电位沉积的机制，并阐明楔形纳米孔尺寸调控是实现良好动力学的关键，最终在26700电芯中实现了高倍率6.5C/6.5C下3000周的循环寿命。

在电解质及界面方面，Zhang等通过调整两种常规线性醚溶剂的配比制备了复合电解液，构筑了稳定的正极/负极-电解液界面，可适应高电压层状氧化物正极，并实现负极集流体上金属钠的平整、无枝晶生长。Ji等利用各类先进表征手段，全方位表征了钠金属负极的界面信息和动态演化过程。在固态钠电池方面，Dai等发现了一种无机玻璃电解质材料具有聚合物的黏弹性，通过向NaAlCl4中引入氧，获得了具有无定形结构和低玻璃化转变温度的固体电解质材料，使其兼具了高离子电导率和黏弹性。

8.2 关键技术

由于三大技术路线优劣各异，且市场需求及响应速度不同，产业化进度也存在差异。从三种钠离子电池技术性能指标对比来看，层状过渡金属氧化物在能量密度、循环寿命、倍率性能、物料成本等方面在三种技术路线中综合表现最好，已率先实现产业化；聚阴离子化合物稳定性高，具备最长的理论循环寿命，但需要进一步提升储钠容量从而提升能量密度，降低成本；普鲁士蓝类化合物尽管能量密度、物料成本等方面具备优势，但由于制备结晶化及热失控后产生有毒气体、循环寿命较短等问题亟待解决，目前发展进度相对较慢。

2023年，中国科学院物理研究所和中科海钠结合高容量正负极材料，在圆柱电芯中实现了180 Wh/kg的能量密度，实现了钠离子电池长寿命、宽温域和高安全/功率的性能。国内诸多企业发布了钠离子电池新技术和新产品。中科海钠针对不同应用场景需求，发布了3款钠离子电芯，其中12 Ah圆柱形电芯拥有140 Wh/kg的能量密度，循环寿命2000～3000次；50160118和73174207方形电芯能量密度分别为145 Wh/kg(80 Ah)和155 Wh/kg(240 Ah)，循环寿命可达6000次以上。湖南立方新能源推出了应龙1号钠离子软包电芯，采用聚阴离子正极技术路线，可实现良好的倍率和低温性能。兴储世纪开发了72174207方形钠离子电芯，采用磷酸焦磷酸铁钠正极材料，容量达到160 Ah，能量密度约110 Wh/kg，循环寿命可达5000次以上。

8.3 集成示范

2023年，广西电网公司联合南网储能公司、中科海钠和中国科学院物理研究所等多家单位联合攻关的全球首套电力储能电站用钠离子电池储能系统成功研制。该系统能量达到10 MWh，能量转换效率超过92%，这是我国大容量钠离子电池储能系统的研制方面的一个重要里程碑。兴储世纪于四川自贡成功投运了50 kW/105 kWh钠离子电池储能示范项目，该项目是500 kW/1 MWh光储充一体化示范项目的一期工程。中科海钠联合江淮钇为推出了A00级的钠电版花仙子电动汽车示范，该车搭载了中科海钠钠离子圆柱电芯，并应用了思皓新能源自主研发的蜂窝电池技术，续航里程约252 km。该车已于年底通过工信部整车公告，并于2024年初开始正式批量向用户交付。

9 超级电容器

超级电容器是一种介于传统电容器和二次电池之间的一种新型储能装置，具有功率密度高、充放电速度快、循环寿命长、安全性能好、使用温度范围宽、维护成本低等优点。2023年，我国在超级电容器领域取得了显著的技术进展。通过不断进行技术创新，我国超级电容器储能技术在基础研究、关键原材料国产化、单体制备和系统集成、示范应用等方面取得了重要进展，超级电容器产业链得到完善，形成了一定规模的产业体系。这些创新不仅提高了超级电容器的能量密度和功率密度，还拓展了其应用领域，涵盖了智能电网、轨道交通、电动汽车等高新技术领域。

9.1 基础研究

在电极材料方面，主要包含碳基材料、导电聚合物和金属氧化物等材料研究。其中，在碳基材料方面，Xu等采用乙酸盐对MXene进行处理，使得MXene片层发生膨胀，较大的层间距有利于离子在层间快速扩散，并形成多孔结构，增强离子在垂直于片层的方向上的移动，从而提高了材料的插层赝电容。该多孔电极在100 A/g的高电流密度下，具有超十万次的循环性能。国家纳米科学中心的韩保航团队提出了一种多孔Ti3C2 MXenes衍生的复合材料(pTi3C2/C)，改善了动力学特性。他们通过减少表面基团和扩大平面间距增加了活性位点，加速了锂离子扩散，实现了优异的电化学性能。浙江理工大学的武观团队采用微流控纺丝技术构建了NCDs-Ti3C2Tx/SNFs复合纤维，具有各向异性结构、增大基元层间距、丰富多孔通道、降低离子吸附能垒、加快电荷迁移动力学和提高机械强度/柔性等优点，在1 mol/L H2SO4液态电解质中具有大容量和可逆充放电稳定性。湘潭大学的阳梅团队报道了利用废面膜合成N/S共掺杂的独立式碳布，可用于高比电容和良好倍率能力的电极。在导电聚合物方面，戴李宗等提出了一种以铵离子为载流子的二硫化钼和聚苯胺(MoS2@PANI)复合电极，结果表明氢键的有效生成/断裂是控制NH4+插入/脱插入速率的机制，硫空位有效地提高了NH4+的吸附能，提高了整个复合材料的导电性。此外，金属有机骨架材料(MOFs)具有比表面积高、孔隙率可调、晶体结构有序、耐受性等优点被广泛研究。Song等通过精准调控该MOF衍生中空多孔碳管的微纳结构，制备了具有高比容量可调控的多孔中空碳纳米管(PHCNT-x)。由于其独特的中空结构和合适的微孔/介孔含量，在超级电容器和钠离子电池的应用中表现出优异的比电容和倍率性能，为进一步开发超高能量和功率密度碳材料提供了新策略。

在电解质方面，主要涉及到水系电解质和有机系电解质。水系电解液由于低成本、高离子电导率、安全、环保等优点被广泛研究和关注。Huang等在低盐浓度(1 mol/L Na2SO4)水系电解液中以乙二醇(EG)作为添加剂与阳离子配位来抑制多余水分子在电极表面的分解，EG的添加降低了电极表面的水分子含量，将器件工作电压提高至3.2 V，在-40～90 ℃下仍然保持稳定的电化学性能。Liang等提出一种兼容商用电解液的新型有机铁电盐电解液添加剂(高氯酸二异丙胺，DIPAP)来调控和提升非法拉第电容。解离的DIPA+更接近碳电极表面，压缩界面双电层中有效电介质层的厚度，减缓其相对介电常数的衰减。仅添加质量分数1%的DIPAP可获得21.6%～45.8%的电容增量，同时保持理想的倍率性能。山西煤炭化学研究所Chen等发现在乙腈基电解液中一些涉及气体生成的副反应是由水和电极表面含氧官能团引起的，导致电极孔结构的坍塌和堵塞，集流体腐蚀和电解质分解，最终表现为电化学性能衰减，因而在3.0 V下控制体系中水和含氧官能团含量非常重要。

新型超级电容器件方面，阎兴斌等融合了离子二极管的整流特性和赝电容器的快速充放电特性，提出了“赝电容器二极管”的概念。该器件内部通过碳电极表面的离子物理吸附以及ZnCo2O4电极/电解液界面的法拉第反应来存储电荷，而整流功能是基于ZnCo2O4在KOH水系电解液中发生的离子选择性表面氧化还原效应来实现，能够有效地阻挡反向偏置电流，表现出较高的整流比。

9.2 关键技术

在新型集流器研制方面，北京大学李彦教授团队采用浮动催化剂化学气相沉积法成功制备了具有三维互连多孔结构的独立式单壁碳纳米管薄膜(SWCNFs)，并将其应用于柔性超级电容器的集流体。这些SWCNF具有高质量负载效率、出色的机械坚固性和卓越的防腐蚀性能，相比传统的金属箔集流体，具有明显的优势。在负载氢氧化碳酸钴(II)赝电容材料方面，其负载效率高达75%，在比电容、倍率能力和循环性能方面表现出优异的电化学性能。

在电极结构设计方面，西安交通大学李祥明教授团队研究了在石墨烯薄膜中制备微裂纹阵列，作为快速离子扩散通道，将曲折扩散转化为直接扩散，同时保持0.92 g/cm3的高堆积密度。优化微裂纹阵列的薄膜离子扩散系数提高了六倍，体积电容高达221 F/cm2(240 F/g)，代表了优化离子扩散向紧凑型储能的关键突破。

在界面工程优化方面，西北工业大学郭威课题组通过界面调制与Kirkendall效应的协同耦合，成功构建了具有完全暴露活性位点的高纵横比MnO2异质结构(Heter-MnO2)的原位拓扑结构重组。该结构易于组装成具有抗自聚集的自支撑高质量负载薄膜(30 mg/cm2)，在1 mA/cm2时具有4762 mF/cm2的优异面电容。基于Heter-MnO2电极的准固态对称微型超级电容器(MSC)具有181 mF/cm2的显著比电容和10.3 MWh/cm3的可观体积能量密度。贵州大学的葛翔团队通过构建基于预锂化氧化铌的共轭超级电容器，阐明了载流子固相扩散能垒在自放电过程中的关键作用。他们建立了具有不同扩散能垒的超级电容器，验证了固相扩散能垒对自放电的影响。

在新型超级电容器二极管技术方向，兰州大学兰伟教授课题组开发了基于氧化钼电极的电容式离子二极管。氧化钼电极通过致密的二维层状晶体结构和带负电的层间离子传输通道，对电解液阴阳离子表现出尺寸和电荷双重离子筛分效应。氧化钼电极表现出136的超高整流比，配合插层赝电容的电荷存储机制和优化匹配的电解液体系，表现出448 F/g的高比电容和20000次循环的优异循环稳定性。这种优异的整流特性和电化学性能使电容式离子二极管可以在逻辑运算电路中高效稳定地工作，展示出巨大的潜力。

在器件和系统开发方面，上海奥威提出了增效技术，提升了超级电容器的能量密度。今朝时代成功研发新一代方形混合电容，能量密度可达50~100 Wh/kg，循环寿命在100%DOD条件下达到50000次。合众汇能提出“超级电容+”概念，推出了大容量、大功率的智能化超级电容储能包，针对大型储能系统进行开发。

9.3 集成示范

2023年，我国在超级电容器领域取得了显著的技术进展，不仅提高了超级电容器的能量密度和功率密度，还拓展了其应用领域，总体上我国超级电容储能已进入工程示范阶段。

在材料规模化制备方面，山西煤炭化学研究所推动淀粉基电容炭料-材-器-用技术，启动了500吨电容炭产业化项目，已进入量产阶段。河南省大潮炭能科技有限公司开工年产3000吨超级电容炭项目，提升了碳材料自主科研和产业水平。山东圣泉采用“圣泉生物溶剂法”生物质精炼技术，提高了硬碳的可控性和一致性，并将硬碳压实密度提高到1.1 g/cm³。佰思格利用生物质材料制备满足快充性能的硬碳，实现了千吨级硬碳生产线投产。上海杉杉实现千吨级树脂基硬炭量产，容量超过350 mAh/g。中轻特种纤维材料有限公司的超薄型25 μm隔膜通过验证，短路率极低，已实现量产。宁波柔创纳米科技有限公司研发的Alta隔膜具有丰富孔隙结构，有效降低短路率。在电极制备方面，天津力容开发了活化干法电极制备技术，推出了储能型电梯节能系统。上海奥威优化了材料粒径比和质量比，改善了电极片导电性和柔性，解决了活性炭吸附溶剂的问题，掌握了复合正极片批量制备技术。

在储能领域，中国华能福建罗源电厂全球首套“5 MW超级电容+15 MW锂电池”混合储能辅助调频系统成功并网运行，标志着电网级火储联合储能应用领域实现重要突破。山西省首个“超级电容+磷酸铁锂”等多类型混合储能系统项目——山西智慧能源互联网示范工程正式投运。国内首套100千瓦光伏发电可变惯量装置在河北电力科技园并网成功，使用超级电容模组作为能源可以实时跟踪电网频率变化并调整惯性时间常数。此外，广东能源集团“16 MW/8 MWh磷酸铁锂电池+4 MW×10 min超级电容”新型储能系统示范项目启动，该项目是广东省首个“锂电+超级电容器”火储联合调频项目。甘肃嘉峪关“500 MW/1000 MWh磷酸铁锂+超级电容”混合储能电站和安徽灵璧“200 MW/400 MWh磷酸铁电池+20 MW/30 s超级电容”共享混合储能调频电站项目已开工建设。

在交通和能量回收领域，京沪铁路三界牵引变电所基于超级电容储能的电气化铁路再生制动能量利用装置正式投运，装机容量1.5 MW，超级电容储能系统容量为11.6 kWh，具备牵引负荷“削峰填谷”和电能质量治理功能。采用氢燃料电池和超级电容相结合的全球首列氢能源市域列车和上海临港中运量2号线超级电容及氢能源双源供电数字胶轮列车技术是公共交通领域的大胆实践。由浙江大学和杭州思拓瑞吉科技有限公司联合设计制造的超级电容能量回收装置在宁波港口正式交付试运行。

10 新型储能技术

除以上储能技术外，我国学者还开展了多种新型储能技术的研究，为储能技术的未来发展提供了创新方向，这里选取2023年发展比较快的液态金属、热泵储电、重力储能技术，做简要介绍。

10.1 液态金属

液态金属电池是基于液态金属和无机熔盐的新型电化学储能体系。电池材料和结构简单，充放电过程中避免了传统固态电极结构坍塌和隔膜失效等问题，具有容量易放大、储能成本低、循环寿命长、安全可靠性高等优点。近年来液态金属电池重点研究方向为低成本电池材料体系设计与优化，大容量电池构筑与批量化制造，电池状态估计与成组管理等。

在基础研究方面，基于液态金属电池原理上的诸多优势，研究者在关键材料体系、界面特性调控与能质传递机理等基础方面开展了大量的研究。Yan等发展了基于置换反应的液态金属电池新体系，通过控制反应电压窗口调控低溶解度、密度适中的中间产物，构建了基于置换反应的Zn基高电压液态金属电池体系。Xie等设计了一种新型双活性Sb-Zn电极，揭示了该电极体系中多电压平台的锂化过程。Zhou等提出了一种新型钠基液态金属电池，基于Na负极与熔盐的置换机制原位构建了LiCl-NaCl-KCl混合阳离子电解质，显著抑制了电池的自放电，实现了电池稳定运行超过2500圈，其库仑效率维持在98%以上，容量保持率接近100%。Zhou等提出在Bi正极中掺入摩尔分数4%的硫族元素Se，调控使液态金属电极与304不锈钢的浸润性(接触角从144.7°减小到74.3°)，有效提升了电池循环性能。Zhang等从集流体构型层面出发，设计了一种新型的阵列式集流体，通过增加正极产物的形核位点以及提供高效的电极/电解质传质界面从而加速电极动力学，提升了电池能量效率。在液态金属电池能质传递机理研究方面，Zhou等对比研究了熔盐电解质中的热致流动和电磁致流动的形成机理和流动强度，揭示了熔盐中自驱动流动影响界面反应物浓度进而使界面电流密度分布不均匀的机理，提出了液态金属电池外部磁场主动调控方法，显著降低了放电过程中的浓差极化。在液态金属电池关键材料回收利用方面，Yan等首次提出了熔盐电解法回收废旧电池中的电解质和电极材料，实现了高达95%以上的电池材料的绿色高效回收和再利用。

在关键技术方面，液态金属电池长效服役调控和高效成组技术近年来得到了研究者的重点关注。华中科技大学Shi等提出了一种基于多元数据驱动方法的寿命预测方法，采用经验模式分解方法分解液态金属电池历史容量数据，结合高斯过程回归和支持向量回归方法，实现液态金属电池容量再生与容量衰减过程的预测，预测均方根误差小于1%。在此基础上，该团队率先提出了基于机理-数据混合驱动方法的寿命预测框架，实现容量跳水后的模型自适应更新，保证复杂工况下的寿命预测精度，将容量跳水过程的寿命预测精度从RMSE为0.93 Ah提升到0.24 Ah。在液态金属电池一致性分选方面，Xia等提出一种基于深度学习和二维序列特征的电池快速分选方法，建立了液态金属电池活化数据集中时间序列特征与电池容量之间的关系模型，实现电池数据集的总体RMSE均方根误差为0.3762，在分类应用中的总体准确度为90.77%。

在液态金属电池成组与高效管理方面，Zhang等发展了大容量液态金属电池一致性筛选技术，结合电池电压曲线的电池筛选指标与组合聚类算法，实现了离群值检测及筛选指标自适应分类，提高了电池筛选效率；提出了一种图解模型直观模拟了液态金属电池组容量与电池单体容量、SOC和库仑效率等电池参数之间的动态关系，成功应用于液态金属串联模组。Cai等设计了一种基于电感和反激式多绕组变压器的模块化双层电池对电池均衡拓扑结构，提出了一种基于图论和蚁群优化(ACO)的均衡策略，实现控制策略的均衡速度提高了88.62%，均衡效率提高了19.43%。上述研究成果为液态金属电池储能技术的规模应用提供了重要的方法与技术支撑。

在示范应用方面，由美国Ambri公司提供的Ca基液态金属电池模组已成功应用于美国微软公司数据库备用电源(UPS)，运行情况良好。国内武汉吉兆储能科技有限公司于2023年成立，依托华中科技大学在液态金属电池技术，推进液态金属电池的产业化进程。同时，南方电网与华中科技大学开展合作，预计2025年建成国内首个MWh级液态金属电池储能系统示范电站。

10.2 热泵储电

热泵储电技术(pumped thermal electricity storage, PTES)，又称卡诺电池，利用热泵与热机循环实现电-热的双向高效转化实现以热能形式存储电能，具有储能密度大、成本低、寿命长等特点，是当前新型长时储能技术的研究热点。目前，我国在热泵储电技术方面处于基础研究至关键技术突破的阶段。

在系统原理与结构创新方面，Sui等提出了一种基于吸湿性盐溶液的吸收-解吸过程的新型吸收式卡诺电池。在此技术中，产热、储热，以及热发电模块被整合在一个紧凑的系统中。通过优化，确定了系统最佳运行浓度范围为45%～60%，循环效率为45.80%。Iqbal等研究了一种基于储冷的热泵储电技术。在储能期间，利用蒸汽压缩制冷循环产生冷能并存储；在释能期间，利用储存的冷能与外部热源发电。Ai等研究了一种新型热泵-液态空气储能技术的三种不同系统结构。通过多目标优化，发现采用闭式间接蓄热的热泵-液态空气储能系统的综合性能最佳，循环效率可达63.3%～70.1%。Wang等研究了一种应用液体活塞实现近等温压缩从而降低储冷温度的热泵储电系统，探讨了液体活塞对系统的影响机制。结果表明，与传统热泵储电系统相比，该系统的循环效率提高了2.5%。

在部件与材料研究方面，Jiang等建立了废气热能回收的热泵储电系统模型，选择R600、R245fa、R601a和R1336mzz(Z)四种有机流体组成16个不同的工质对进行热力学分析，研究发现了最佳的工质对。Zhao等建立了固体储热和液体储热的布雷顿式热泵储电系统的热经济性模型，对热泵储电系统进行了多目标优化，获得了最优工质流体、固体和液体储热材料。孛衍君等对基于布雷顿循环和相变储热技术的10 MWh级热泵储电系统进行了仿真分析，结果表明在叶轮机械压比为10，等熵效率为0.9时循环效率可达60%。小型蓄冷蓄热实验研究发现，传热工质温度和压力的提升对储能容量和功率均有较大的提升。

在动态特性与控制策略方面，An等开发了热泵储电系统的动态仿真模型，研究了系统启动和可变运行条件下温度、压力、流量、功率等关键参数的动态响应。Zhang等提出了热泵储电系统的压缩机和膨胀机以恒定转速运行的两种运行模式，将所提出的模式与传统的定流量-定压比运行模式进行了比较。结果表明，所提出的定转速运行模式显著提高了系统性能：定转速-变流量模式可获得最高64.67%的循环效率；定转速-定流量模式可获得更好的释能功率稳定性，功率衰减率从50%以上降低到最低19.13%。

在系统集成方面，Zhang等利用低品位余热提升了朗肯式热泵储电系统的往返效率。卢沛等研究了一种全时段耦合余热的热泵储电系统，实现了余热与热泵储电系统的全时段高效集成。研究发现相比普通余热集成的热泵储电系统，所提出的系统最高可提高95.67%的发电能力和降低30.90%的度电成本。Wang等对热集成热泵储电系统进行了综合分析和优化，结果表明由热泵循环和有机闪蒸循环组成的系统是最佳系统。Zhang等提出并评估了不同储/释能循环的朗肯式热泵储电系统，并将优化结果汇总成了系统配置选择图。Yong等设计了一种基于梯级储热的热泵储电与超临界燃煤电厂耦合系统。韩瑞等研究了熔盐热泵储电系统与火电厂的结合，发现了有回热系统的热泵制热系数和储能系统往返效率均高于无回热系统。Wang等研究了一个与太阳能集成的热泵储电系统，通过多目标优化方法优化了系统设计，研究了释能过程中变压模式和恒压模式的变工况性能。Yang等对与太阳能集成的热泵储电系统开展了多目标优化，获得了能量密度、往返效率和平准化成本之间的关联特性。

10.3 重力储能

重力储能具有选址灵活、环境友好、储能容量大、循环寿命长、放电深度高、响应快、效率高等优点，2023年我国学者积极探索重力储能体系领域，推动了重力储能在基础研究、关键技术和集成示范方面的重要进展。

重力储能基础研究的重点方向包括系统设计与实验、系统耦合特性与容量配置、储能介质和选址，以及混合储能等方面。在系统设计与实验研究方面，王卓冉等搭建了由供能装置、储放能装置和外电路三部分组成的重力储能实验装置，采取控制变量法研究了影响能量转换效率的因素及规律；杨振清等自主研制了一种轻便简洁的小型重力储能装置，通过动滑轮组和定滑轮来控制重物的上升和下降，用于研究重力储能转化效率影响因素。在系统耦合特性与容量配置研究方面，秦婷婷等针对斜坡轨道列车重力储能系统，分析了系统各部件在储/释能过程的能量损耗特性，研究了载重车辆质量、车辆速度、斜坡高度等因素对系统效率的影响规律；聂亚惠等建立了铁轨重力储能系统储/释能过程车辆牵引系统数学模型，分析了上/下坡速度、载重质量等对铁轨重力储能系统的影响规律，研究了耦合系统运行特性及配置方案；邱清泉等针对垂直式重力储能系统，分析了垂直提升系统和水平转移系统的能量损耗特性，分析了重物加减速及切换过渡过程对电网和传动机构稳定性的影响规律，并提出了基于多电机集群或耦合功率型储能系统的协调控制策略。卢子敬等用改进鲸鱼算法分析了新能源-重力储能系统的容量配置和电力调度问题，并对其并网输电、电力孤岛和无储能三种模式方案进行对比；刘晓辉等对框架式重力储能系统进行了结构组成分析和成本计算；Yang等研究了一种基于重力储能系统的智能微电网系统模型，并从重块数量和废矿储能深度方面分析了系统的经济性。在储能介质与选址方面，王玉莹等分析了塔吊、依托山体及依托废弃矿井三种重力储能形式的工作原理和模式，提出成本、寿命和环保是重块选材需考虑的主要因素，地形、地层稳定性及其与发电站距离是选择重力储能电站位置需要考虑的主要因素；杨闯等提出选择建筑废料作为储能介质更具有成本优势。在混合储能方面，向开端等提出一种利用废弃矿区建立含重力储能-蓄电混合储能的风光储微电网模型，通过改进粒子群优化算法求解容量配置优化问题；张陵等提出了一种由重力储能电池和超级电容组成的混合储能系统，采用Pareto档案多目标粒子群优化算法求解模型，验证了技术的经济性与可行性；王建元等提出一种应用蓄电池与重力储能相结合的混合储能模型，采用量子粒子群优化算法进行配置巡优，验证了混合储能系统的经济性优势。

重力储能的关键技术研究方向主要包括重力储能电动/发电机及其控制系统设计技术、多重物连续高效和快速传动技术、储能系统并网技术和功率平滑技术等。在重力储能发电/电动机及其控制系统设计技术方面，中国科学院电工所提出了重力储能用永磁半直驱电动发电机的设计方案；中国天楹等在重力储能项目中采用常规的电励磁同步机作为电动发电机，其他项目尝试将永磁同步机、电励磁同步机、双馈异步电机、鼠笼式异步电机用于重力储能等。在多重物连续高效和快速传动技术方面，中国科学院电工所在垂直式重力储能系统中利用双轿厢卷扬提升机配合轨道平车实现重物在水平方向和垂直方向自动接驳传动的技术方案，有效缩短了功率间歇的时间；循环传送链技术方案也是研究重点，既通过挂钩或刮板将水平传送链传递过来的重物接驳到垂直传送链上，实现连续运行等。在储能系统并网技术和功率平滑技术方面，中国科学院电工研究所提出了重力储能耦合超级电容器储能的技术方案；分别针对同步电机直接并网以及永磁同步电机经变流器并网两种方案提出了相应的多机组功率柔性补偿方法；国网智能电网研究院提出了一种基于重力储能同步电机并网指标最优分配的并网控制方法，结合输出功率需求配置各组重力储能机组中投运的重物块数量以及重物块投入间隔时间以实现协同序贯控制。此外，还开展了面向重力储能电池多模式控制策略、斜坡缆-轨式重力储能技术等，重点在于解决重力储能系统的连续性与稳定性、经济性问题。

2023年，重力储能系统在集成示范方面也取得了重要进展。中国天楹如东26 MW/100 MWh重力储能主体工程于2023年9月封顶；甘肃省张掖市17 MW/68 MWh重力储能项目、甘肃酒泉金塔50 MW/200 MWh重力储能项目、河北怀来县25 MW/100 MWh重力储能项目等正式开工。中国能建华北院在张家口启动了基于竖井(1000米高差)的50 MW /300 MWh级竖井式重力储能示范项目等。

11 系统集成技术

2023年，储能系统集成继续往高安全、大容量、高效率和一体化的方向发展，储能电站的规模从100 MWh级向GWh级迈进，储能集装箱集成度进一步提高，容量已突破5 MWh，标准式一体化储能柜得到推广。由于化学电池系统的复杂性，本文的集成技术主要指化学电池的集成技术，关于物理储能的集成技术相关文献较少，本文暂不评述。

11.1 基础研究

在功率变换方面，随着新型电力系统新能源装机占比增加，同步电机占比减小，系统惯性常数减小，电网故障下的频率稳定控制难，面对上述挑战，“构网型储能”正引起业内广泛关注。构网型电池储能系统以构网储能变流器作为储能电池与电网能量交互的接口设备，通过变换拓扑和控制算法创新可实现对电网的主动支撑，对于减小频率变化率，提升系统稳定性，具有明显支撑作用，是目前新型储能领域的热点方向，但随之而来的成本控制难、并网特性控制难、构网控制对储能电池性能影响机理不清等问题仍有待进一步深入研究。

在电池管理方面，更精准地获取电池内部的物理、化学及电化学等参量对于实现安全、可靠、精准、实时的锂电池状态监测及安全管理具有重要意义。暨南大学团队研制出一款可植入电池内部的高精度光纤传感器，在实验室，率先实现对商业化圆柱型锂电池热失控全过程的精准分析与提早预警。松下四维与东方旭能合作，从压差、温度、温升等多个参数出发，实时监测评估每一个电芯的健康状态，主动识别电池内部风险隐患，进而实现电池主动安全预警。除此之外，针对大规模储能对电池管理系统(BMS)提出的精确管理能力与可靠性等应用需求，BMS在硬件拓扑设计和软件算法等方面正持续改进，以适应变流器及电网干扰下的采集精度劣化严重、管控的电芯数量多带来的管理难度大等挑战。

在运行控制方面，随着多能源系统的发展，对新型储能与其他形式能源之间的协调和管理提出了新的要求，混合储能、储能集群以及新型储能、可再生能源和传统能源的协调运行、调度和优化技术成为了近年来的研究热点。此外，针对有效提升新型储能利用率，解决储能项目“建而不用、用未用好”等问题，行业内开始逐渐关注多场景、多类型储能统筹规划和运行调控模拟仿真分析技术等方面的研究，以提升储能配置科学性、电网支撑能力，支撑储能系统市场化交易、多时间尺度调用，增强源网荷储互动效率，满足新型电力系统安全稳定发展需求。

11.2 关键技术

能量精准管控对提升储能系统效率具有重要作用。华为公司基于数字技术+电力电子技术融合，研发了“一簇一管理、一包一优化”的智能组串式电池储能系统，实现了储能电池系统分层分区的智能能量精准管控，并在沙特红海1.3 GWh全球最大微网光储项目应用。规模化电池系统中包含海量电芯，而电芯间参数和状态失配导致的环流和短板效应等问题已经日渐凸显，也受到了业内专家的广泛关注。国内外学者通过优化变流器拓扑，对级联型电池储能技术开展了大量研究工作，上海交通大学系统性地开展了H桥级联型电池储能技术和MMC储能技术研究，在H桥级联型储能系统的电池簇充放电低频电流平滑技术、电池簇间共模电流抑制技术、SOC主动均衡技术、大容量变换器边界设计和安全评估技术、新型模块化多电平(MMC)储能系统的拓扑和控制策略方面发表了系列成果。

对储能系统开展精准的状态辨识、故障诊断与安全预警，是提升电池储能系统运行状态的可知可控能力，进而提升储能系统全生命周期安全性的重要保障。目前储能电池的状态评估较多集中在以电池容量、阻抗为代表性指标的健康状态评估，对包含能量、放电性能等在内的多维度标准化评估指标的研究近年来也开始兴起。电池故障诊断与安全预警方法主要可分为三大类：基于模型、基于知识与基于数据驱动，其中基于数据驱动的方法无需高精度的电池模型和丰富的知识库，通过对电池外信号，如电压、温度等，提取故障敏感特征，即可实现异常电池的辨识。在实际应用中，数据驱动方法正成为电池健康状态评估、寿命预测及故障诊断的最重要方法之一，逐渐成为研究热点。

11.3 集成示范

南网储能佛山宝塘300 MW/600 MWh储能电站项目是粤港澳大湾区目前规模最大的储能站，该电站在我国首次实现了多条锂电池储能技术路线的“一站集成”，搭配组合不同技术方式，形成了9条技术路线，各路线装机规模从5 MW到75 MW不等。在热管理方面，宝塘储能站运用了风冷、板式液冷和浸没式液冷三种热管理技术；在拓扑结构方面，宝塘储能站采用五种连接方式，包括组串式、双极式、单极式、低压级联、高压级联等；此外，宝塘储能站将形成涵盖20项关键技术指标的“数据富矿”，其多技术路线成套评价结果，将为国内新型储能的技术应用和产业发展提供重要实证参考。内蒙古额济纳地区“源网荷储”微电网示范工程，储能系统规模25 MW/25 MWh，以构网型储能为支撑，具备广域纯新能源电力系统黑启动、长周期离网运行等能力，该工程的实施，成功构建了以构网型储能为核心技术的多能互补、源荷互动的广域纯新能源新型电力系统，为电网绿色低碳发展转型升级和边疆民族地区供电可靠性提升提供了全新方案。华能上都百万千瓦级风电基地配套储能项目，储能系统总规模300 MW/600 MWh，其中40 MWh的储能系统采用35 kV高压直挂技术，PCS单机容量25 MVA，具备有功20 MW及无功15 MVar输出能力，是建成时全球电化学储能领域单机功率最大的储能系统。

12 消防安全技术

随着电化学储能装机规模逐步扩大，储能系统消防安全性已成为规模储能领域关注的热点和焦点问题之一。2023年，我国在储能电池火灾发生机理、储能电池模组热失控传播机制、浸没式液冷技术、热失控火灾预警技术、灭火机理及不同装置层级火灾抑制等方面均取得重要进展。

12.1 基础研究

2023年，在单体锂离子电池的热失控机理及产气机制研究基础上，研究者们更加关注储能电池模组热失控传播机理，及不同装置层级灭火剂的灭火效果。

在电池火灾发生机理方面，中国科学技术大学等研究了滥用方式对储能电池热失控产热和产气行为的影响，发现过充产气总量小于过热，毒性也小于过热条件。针对储能电池产气行为，中国石油大学建立了电池产气多相过程的多尺度模型以描述产生的气体和射流颗粒，研究表明热失控发生前产气以电解液蒸汽为主导，热失控后以化学反应产气占主导。针对储能电池模组，Song等研究了280 Ah磷酸铁锂电池模组的热失控传播特性，揭示了热失控传播过程中能量传递分布规律，超过75%的能量用于加热电池本身，10%的能量即可触发热失控传播。

在电池系统灭火剂及其机理方面，中国科学技术大学综合对比了气体灭火剂如七氟丙烷和全氟己酮，以及水系灭火剂，如细水雾、F-500和FireIce灭火剂对243 Ah磷酸铁锂电池火灾的灭火效果。结果证实添加少量浓度的F-500和FireIce可以大大加快细水雾的灭火速度。在未来，需要研发一种兼备优异灭火能力、高润湿性、冷却性能和低毒性的新型电绝缘灭火剂用于抑制锂离子电池火灾。

12.2 关键技术

在热管理技术方面，现有电化学储能系统大多数采用间接接触式液冷方案，主要依靠冷却液在管路中的流动与电池进行对流换热来调控电池组的温度。为了提高热管理效率，研究者们设计了不同的液冷板结构，如蜂窝结构、方形螺旋环状小通道液冷板、仿生叶脉分支通道液冷板等达到更优异的散热性能。此外，直接接触式液冷，也称浸没式液冷，也得到广大研究者的关注，现有研究大多聚焦冷却液种类对储能系统散热的影响，如使用低沸点、高介电常数的介电制冷剂，如1-二氯-1-氟乙烷、10号变压器油等。在单一液冷方式的基础上，中国科学技术大学等关注复合热管理系统，通过液冷与风冷、液冷与相变材料、液冷与热管耦合等方式实现性能的优化提升。

在热失控火灾预警技术方面，中国科学技术大学联合暨南大学共同提出一种新型的基于光纤传感的电池热失控早期预警技术，该团队设计并成功研制出可在1000℃的高温高压环境下正常工作的多模态集成光纤传感器，实现了对电池热失控全过程内部温度和压力的同步精准测量，提出了耦合电池内部产热和气压变化速率的热失控早期预警方法，可精确识别电池内部微观“不可逆反应”，为快速切断电池热失控链式反应、保障电池在安全区间运行提供了重要手段。

在热失控抑制及灭火技术方面，研究者们提出了间隔阻隔布局方式，在实现储能电池模组的热失控抑制的同时，也提高了系统的经济性。中国科学技术大学研发出一种耐压性能优异的隔热材料，以丙烯酸乳液和中空玻璃微球作为坚固的力学支撑框架，表现出优异的隔热和耐压性能。针对储能模组灭火技术，研究者发现全氟己酮可以成功抑制243 Ah储能磷酸铁锂电池模组中的热失控传播，且不会造成剩余电池的破坏，为储能电站锂离子电池系统的消防设计提供了重要的理论依据和技术支持。

12.3 集成示范

在浸没式液冷技术应用方面，全球首个浸没式液冷储能电站——南方电网梅州宝湖储能电站于2023年3月6日正式投运，其规模为70 MW/140 MWh，按照每天1.75次充放测算，具有每年可充放近8100万kWh的潜力。该电站的热管理系统采用的冷却液为硅油系的LD5，具有热稳定性高、不易氧化变质且绝缘强度高等优点。梅州宝湖储能电站的每个浸没式液冷电池舱容量为5.2 MWh，能够实现电池运行温升不超过5 ℃，不同电池温差不超过2 ℃，电池系统散热效率得到显著提升。

在储能系统消防技术应用方面，2023年国内储能电站消防系统在以往单一灭火系统的基础上采用复合消防系统，如广西崇左建设的200 MW/400 MWh集中储能站，采用的消防灭火系统为全氟己酮和水喷淋复合消防系统，进一步加强了消防系统的控火能力。

13 综合分析

13.1 基础研究

图1给出了依据“Web of Science”核心数据库，以“Energy Storage”为主题词统计的2023年度中国机构和学者关于储能技术发表的SCI论文数。2023年度中国机构和学者共发表SCI论文数16532篇。其中储热技术、锂离子电池技术、钠离子电池技术、超级电容器的SCI论文数超过1000篇，为当前我国储能领域基础研究的热门技术方向。

图1 2023年中国主要储能技术发表SCI论文数

图2给出了依据“Web of Science”核心数据库，以“Energy Storage”为主题词统计的2023年度世界主要国家储能技术相关SCI论文数。2023年全世界共发表储能技术相关SCI论文数35017篇。其中，中国、印度、美国、韩国、沙特、英国、德国、澳大利亚、伊朗9个国家发表SCI论文数超过1000篇。与2022年相比，排名前9位的国家没有变化，但各国排名位次发生了变化，印度超过美国成为发表SCI论文数第二多的国家，沙特的排名也由去年的第八位增加到第五位。2023年度中国机构和学者发表了16532篇SCI论文，继续居世界第一，在全世界储能领域的占比为47.2%，比2022年增加了近2500余篇。世界储能技术基础研究较2022年更加活跃，中国仍然是全球储能技术研究最为活跃的国家。从分项技术看，图1中给出的所有单项技术包括抽水蓄能、压缩空气、储热、飞轮、锂离子电池、超级电容、钠离子电池、铅电池、液态金属、液流电池，中国机构和学者2023年发表SCI论文数均位于世界第一。

图2 2023年世界主要国家储能技术发表SCI论文数

图3给出了依据“Web of Science”核心数据库，以“Energy Storage”为主题词统计的2010—2023年世界主要国家关于储能技术发表的SCI论文数。其中中国、美国、印度、德国、韩国、英国、澳大利亚、意大利、加拿大、日本、法国、西班牙、伊朗、沙特位列前14位。需要说明的是，图3中2010—2022年发表的SCI论文的数据和去年统计的数据稍有不同，这主要是由于“Web of Science”数据库本身更新的原因，但总体趋势与文献[3-4]是一致的。相较于2022年，中国学者发表SCI论文数有所增加、美国学者发表的SCI论文数有所减少。相较于2022年，中国、印度、韩国和沙特2023年度发表SCI论文数有明显增加，而美国在2023年度发表SCI论文数3518篇，相较于2022年的3612篇有所减少，其他国家在2023年度发表SCI论文数相较于2022年变化不大。

图3 世界主要国家储能技术发表SCI论文数(2010—2023)

从发展趋势看，自2010年以来，所有14个国家发表的储能相关SCI论文数均有所增加。这14个国家可以分为两类：一类是西方发达国家，包括美国、德国、英国、澳大利亚、意大利、日本、法国、加拿大和西班牙，它们的储能相关SCI论文数2017年开始基本保持稳定；另一类为新兴国家，包括中国、印度、韩国、伊朗和沙特，它们的储能相关SCI论文数自2010年以来一直在增长，目前仍保持上升趋势。特别是中国和印度，比如中国储能相关SCI论文数2013年超过美国后仍继续增长，目前已大幅领先美国；印度2010年只有美国SCI论文数的约1/6，2023年首次超过美国，且仍保持增长趋势。

综合分析图2和图3，可以反映出当前世界储能技术基础研究的基本格局，主要可分为两类国家：一类是美国、德国、英国和日本为代表的西方发达国家；另一类为中国、印度、韩国和沙特为代表的新兴国家，这同2021—2022年的基本格局没有变化。但新兴国家的基础研究活跃度持续增加，而发达国家基本进入稳定期。中国目前每年发表约16000篇储能相关SCI论文，成为储能技术基础研究活跃程度的第一梯队；而印度和美国目前每年发表约3500篇储能相关SCI论文，为储能技术基础研究活跃程度的第二梯队；其他11个国家在第三梯队，每年发表储能相关SCI论文数为500～1500篇。

13.2 关键技术

表1给出了2023年中国储能关键技术进展的总结。从表中可见，2023年我国主要储能技术研发均取得了重要进展，获得了多个里程碑式的成果。综合分析大致可以分为三类。一是基本成熟类，主要包括抽水蓄能、铅蓄电池、储热储冷和锂电池技术，其技术研发的重点在于进一步提升性能。二是集成示范类，主要包括液流电池、压缩空气储能、飞轮储能和超级电容器技术，其技术研发的重点为突破储能系统集成示范的关键技术。三是关键技术类，主要包括钠离子电池、重力储能、热泵储电、液态金属等，其技术研究的重点在于突破关键技术，实现从实验室技术到集成示范的转变。同2022年相比，储能技术的三种分类总体没有变化，单项技术中锂离子电池、压缩空气、液流电池和钠离子电池的成熟度进一步提升，钠离子电池有望提升至集成示范类。

表1 2023年中国储能关键技术与示范进展

图4给出了依据全球专利数据库incoPat，以“Energy Storage”为主题词统计的，2010—2023年中国机构在中国地区申请的发明专利数，部分数据与去年统计的数据稍有差异，这是由于数据库自身更新的结果。从图中可知，2010—2023年中国储能技术发明专利申请数持续增长，2023年中国储能技术发明专利申请数为47138篇，相较于2010年增长近十倍，与去年基本持平。

图4 中国储能技术申请发明专利数(2010—2023)

图5给出了依据全球专利数据库incoPat统计的，2023年中国机构在中国地区申请的主要储能技术的发明专利数。可见，2023年，各种储能技术中，储热储冷技术申请的发明专利数仍为最多11095件，其次是锂离子电池技术10020件，液流电池、钠离子电池技术、铅蓄电池也非常活跃。总体上，各种储能技术的发明专利数排名和2021—2022年基本吻合，化学储能发明专利数高于物理储能，和材料密切相关的储能技术，如储热储冷、锂离子电池、液流电池、钠离子电池、铅蓄电池等，申请专利的活跃度很高。同2021—2022年类似，各种储能技术申请发明专利数的活跃度情况，同图1基础研究SCI论文的情况基本吻合。

图5 2023年中国主要储能技术申请发明专利数

图6给出了依据全球专利数据库incoPat，以“Energy Storage”为主题词在世界知识产权数据库(WIPO)中统计的，2010—2023年世界主要国家关于储能技术申请的国际发明专利数。需要说明的是，一方面，2023年各国储能技术发明专利申请数明显偏低，这是由于数据库更新滞后的原因，图中2010—2022年的数据更具参考价值；另一方面，图中国际发明专利数与2021年和2022年稍有增加，也是数据库更新的原因。图中可见，美国、中国、德国、日本、法国、韩国、英国、瑞士位列2010—2022年累计发明专利申请数前8名。从总体趋势上看，除中国外，其他7个国家的储能国际发明专利申请数均基本稳定，而中国储能国际发明专利申请数呈现持续增长趋势(不考虑2023年滞后数据)，且2018年以后一直保持世界第一。

图6 各国储能技术WIPO国际发明专利申请数(2010—2023)

图7给出了2022年各国储能技术WIPO发明专利申请数。2022年，中国储能WIPO国际发明专利申请数为2027篇，比2021年1188篇增长近1倍，占全球的38%，位居世界第一，其次是美国、德国、日本等国家。2022年中美两国储能技术发明专利申请数总和超出世界一半，中国超越美国国际发明专利申请数(959篇)一倍以上。综合图6和图7可见，除中国外，国际发明专利申请数靠前的国家均为发达国家，反映了当前国际储能关键技术研发领域的基本格局，这和图3中SCI论文数的基本格局有所不同。综合图1～7可见，在储能技术领域，无论从基础研究还是关键技术领域，中国在储能技术方面保持了世界上最活跃的国家的地位。

图7 2022年各国储能WIPO国际发明专利申请数

13.3 集成示范

表1给出了2023年中国储能集成示范进展的总结。从表中可见，2023年我国主要储能技术的集成示范均取得了重要进展，取得了多个里程碑成果。综合分析大致可以分为三类。一是系统规模或者性能提升的集成示范，主要包括抽水蓄能、锂离子电池、压缩空气储能、铅蓄电池和储热储冷等。二是验证关键技术突破的集成示范，主要包括锂离子电池、液流电池、压缩空气储能、钠离子电池和飞轮储能等。三是该类技术的首次集成示范，主要包括固态锂离子电池、家用钠离子电池、超级电容器复合储能等。同2022年对比，储能技术集成示范的分类没有明显变化。

根据中国能源研究会储能专委会/中关村储能产业技术联盟全球储能数据库的不完全统计，如图8所示，截止到2023年底，中国已投运的储能项目累计装机容量(包括物理储能、化学储能以及熔融盐储热)达到86.5 GW，同比增长45%，居世界第一位；其中抽水蓄能累计装机容量为51.3 GW，同比增长11%，新型储能累计装机容量为35.2 GW，同比增长166%。2023年，我国储能装机继续保持高速增长，新增投运储能装机容量36.7 GW，其中新增新型储能投运装机21.5 GW，居世界第一位，约为2022年同期水平300%。从图8可见，虽然抽水蓄能也发展较快，但由于新型储能装机增长幅度更大，我国2023年抽水蓄能装机比例比2022年下降18.2%，历史上首次低于60%；在新型储能技术中，锂离子电池占主导地位，铅蓄电池、压缩空气储能、液流电池和储热技术等，也占据一定的市场份额。需要引起注意的是，2023年电池级碳酸锂价格持续下降，年终均价已跌破10万元/吨，与最高60万元/吨时相比，降幅超过80%；另一方面，资源向储能集聚，带来投资扩张和产能增加，和原材料价格下降因素叠加，使锂电池电芯价格下降超过40%，新型储能行业竞争加剧，企业压力增大。

图8 2023年底中国储能项目累计装机分布

图9 2023年中国储能集成示范和产业化梯队

综合分析各储能技术2023年的基础研究、关键技术和集成示范的情况，和2022年基本一致，各种储能技术仍可以大致分为四个梯队。其中，第一梯队为抽水蓄能；第二梯队为锂离子电池、压缩空气储能、液流电池、铅蓄电池和储热储冷技术，其中锂离子电池装机最多，成为单独一个梯队的趋势更加明显；第三梯队为钠离子电池、飞轮储能和超级电容器，目前单机规模可以达到MW级，其中钠离子发展受关注最多，有可能未来进入第二梯队；第四梯队为重力储能、热泵储电和液态金属储能等储能新技术，需要进一步的研发，以便实现集成示范和产业化应用。

图10给出了2023年中国储能技术和世界储能技术先进水平的对比。从图中可见，同世界先进水平相比，中国储能技术水平总体进入国际先进国家行列，同美国和欧洲为世界先进水平的第一梯队。常规抽水蓄能、压缩空气储能、储热储冷、铅蓄电池、锂离子电池、液流电池和钠离子电池技术已达到或接近世界先进水平；变速抽水蓄能、飞轮储能、超级电容和储能新技术与世界先进水平还有一定的差距。同2022年相比，各储能技术的总体发展水平基本一致，锂电池、压缩空气储能、钠离子电池和飞轮储能的技术成熟度有所提升。综合图3、图6和图10可知，2023年中国保持了全球基础研究、技术研发和集成示范最为活跃的国家，中国发表SCI论文数、申请WIPO国际发明专利数和储能系统总装机均居世界第一。

图10 2023年中国储能技术和世界先进水平的比较成熟度

13.4 政策分析

根据中国能源研究会储能专委会/中关村储能产业技术联盟全球储能数据库的不完全统计，截止到2023年底，全国已发布约1700余项储能相关政策，其中2023年全国共发布储能相关政策655项，国家层面发布约60项，重点在技术研发、示范应用、电价机制、市场建设、规范管理方面出台管理政策；地方层面多地实施储能产业战略布局，加大支持力度，推动储能产业发展。伴随着政策体系的进一步完善，储能的战略地位及其在新型电力系统中的作用也愈加受到重视。

技术研发方面，以建设新型电力系统需求为导向，国家能源局实施“首台套”“试点示范”等政策措施，聚焦高安全、大容量、低成本、不同时长的储能关键技术研发及试点示范应用。《国家能源局综合司关于公示第三批能源领域首台(套)重大技术装备(项目)的通知》中，兆瓦时级固态锂离子电池储能系统等多项新型储能技术装备入选。国家能源局印发的《新型储能试点示范项目名单》，将“山东肥城300 MW/1800 MWh压缩空气储能示范项目”等56个项目列为新型储能试点示范项目。此外，工信部批复组建国家地方共建新型储能创新中心，开展产业前沿及共性关键技术研发、建立产学研协同创新机制。地方层面，多地政府围绕关键共性技术攻关、行业关键核心技术“卡脖子”难题，推动新型储能领域重点科技攻关项目“揭榜挂帅”，并对新获批的各级技术创新中心、制造业创新中心、重点实验室等创新平台给予资金奖励，支持新型储能企业加大研发创新，按实际研发费用的一定比例给予5%～30%不等的支持。

在产业方面，2023年，国家能源局发布了《新型电力系统发展蓝皮书》，对未来新型电力系统发展制定“三步走”的发展路径，明确了新型电力系统发展的不同发展阶段对储能技术的需求。工业和信息化部等六部门发布《关于推动能源电子产业发展的指导意见》，政策从供给侧入手、在制造端发力、以硬科技为导向、以产业化为目标，着力推动能源电子全产业链协同和融合发展，加强新型储能电池产业化技术攻关，开发安全经济的新型储能电池，推进先进储能技术及产品规模化应用。地方层面，各地装机目标持续攀升，并加大力度支持储能产业发展。截至2023年底，全国已有26个省市制定了2025年的新型储能装机目标，总规模达到81 GW，远超国家制定的30 GW规划目标。2023年，有63项区域产业发展规划或实施方案发布，全面推动新型储能规模化、集群式发展；有74项地方补贴政策发布，其中广东发布补贴政策数量达到32项，其次是浙江(15项)和江苏(7项)。补贴形式以放电、容量、投资补贴和产业补贴为主，以支持企业投资落户、建设特色产业园区等促进产业规模化发展。

在应用方面，新能源配储仍是储能发展重要驱动力，各地加大新能源配储的激励与考核，共享储能是主要模式。2023年有超过20个区域发布了新能源配储5%～20%，2～4小时不等的新能源配置储能比例要求。多地提升了配置比例和时长要求，分布式光伏配储也成为趋势。集中共享式配置储能的模式仍是各地鼓励发展的方向，山东、河南等地提出满足条件的场站内配建储能可以转为独立储能。2023年各地在推动新能源配储的同时，通过新能源容量指标奖励、优先消纳、辅助服务费用减免等奖励或考核措施，激励配储项目的落地。

在电力市场方面，2023年，电力市场改革进程提速，正在逐步建立反映灵活资源价值的价格机制。现货市场方面，先后发布《电力现货市场基本规则(试行)》《关于进一步加快电力现货市场建设工作的通知》，制定了各区域现货市场建设时间表，鼓励储能等新型主体参与电力市场，探索“新能源+储能”等新方式联合运营，探索建立容量补偿机制。辅助服务市场方面，至2023年底，六个区域能源监管局均已发布新版两个细则，全年全国辅助服务相关政策共发布40项，辅助服务市场优化，费用逐步得到疏导。中长期市场方面，新疆、广东、河北南部电网等发布独立储能参与电力中长期交易细则和方案，明确准入与退出、交易组织、计量结算等条款。

在储能电价机制方面，2023年，我国在储能电价机制上有了新的进展。输配电价方面，《第三监管周期省级电网输配电价及有关事项的通知》新设立了系统运行费用，推动辅助服务费用向用户侧传导。容量电价方面，《关于抽水蓄能电站容量电价及有关事项的通知》《关于建立煤电容量电价机制的通知》，分别核定了抽蓄电站、调峰火电站的容量价格，体现了国家对灵活性调节资源的重视，这对新型储能容量电价机制极具参考意义。各地通过容量租赁、容量装机补偿、容量调峰市场、容量电价等方式对新型储能的容量成本进行补偿。分时电价方面，机制愈发灵活，用户侧储能收益渠道进一步拓宽。2023年，共有15个地区更新了分时电价政策，进一步优化时段划分、拉大峰谷价差、扩大浮动范围；共有18个地区最大峰谷价差超过0.7元/kWh，各地价差持续拉大，推动了用户侧储能发展。

在规范管理方面，2023年，国家逐步将新型储能纳入到电力系统各项常规管理中。一方面加强对储能各环节的规范管理，保障储能电站安全建设运行，另一方面也进一步明确新型储能在电力系统中的相关要求和责任。2023年，国家能源局发布《关于开展电力系统调节性电源建设运营综合监管工作的通知》，旨在全面摸清底数，加强规划建设、调度运行、市场交易、价格机制等方面的综合监管。国家能源局发布《发电机组进入及退出商业运营办法》，将独立新型储能与常规发电机组类同，对其进入及退出商业运营进行管理。国家能源局发布《关于加强发电侧电网侧电化学储能电站安全运行风险监测的通知》，明确加强发电侧、电网侧电化学储能电站安全运行风险监测及预警，电化学储能电站的安全监管责任进一步落实。

在本文成稿的过程中，2024年2月，国家发改委、国家能源局发布了《关于加强电网调峰储能和智能化调度能力建设的指导意见》首次将储能与电网调峰、智能化调度并列，作为提升电力系统调节能力的主要举措、推动新能源大规模高比例发展的关键支撑，和构建新型电力系统的重要内容。2024年十四届全国人大二次会议上，新型储能首次被纳入政府工作报告。报告指出：“积极稳妥推进碳达峰碳中和、加快建设新型能源体系、发展新型储能。”这为新型储能的发展进一步指明了方向。

14 结论与展望

2023年，中国储能技术在基础研究、关键技术和集成示范方面均取得了重要进展。中国保持了全球基础研究、技术研发和集成示范最为活跃国家的地位。这一年，中国机构和学者在储能领域发表SCI论文16532篇；申请中国发明专利47138件，申请WIPO国际发明专利2027件(2022年数据)，新增集成示范和产业化项目装机容量36.7 GW；均居世界第一。总体上，中国储能经历了高速发展的一年。

（1）物理储能方面：在抽水蓄能方面，总体上我国抽水蓄能技术向“高、低、宽、大、变”，即高水头、高海拔；低水头；宽水头变幅、宽负荷；大容量、大直径；可变速等方向发展。在大直径大倾角斜井隧道掘进、300 MW交流励磁变速抽蓄机组、10 MW全功率可变速机组等方面有重要进展。在压缩空气储能方面，总体上我国压缩空气储能技术从单机100 MW级向300 MW级推进，在系统总体特性、核心部件关键技术、系统集成示范等方面均取得了重要进展；10 MW和100 MW示范电站高频次接受电网调度运行；山东肥城300 MW项目实现并网返送电等。在储热储冷方面，在高性能材料的物性及制备、过程能量损失机理及控制、系统控制与优化技术等基础研究方面取得重要进展；在15 MW电热熔盐储能注气站、660 MW煤电机组耦合蒸汽熔盐储热、液化天然气冷能存储与利用等示范项目取得了突破性进展。在飞轮储能方面，我国学者在飞轮、电机、单机及阵列控制取得了重要进展；飞轮储能单机功率向500～2000 kW发展，阵列向1～5 MW发展。

（2）化学储能方面：在铅蓄电池方面，近年来的研发重点在铅炭电池，主要通过在负极添加高活性炭材料和正极使用添加剂，提升循环寿命和快速充放电能力，在用户侧储能、通信基站和电网侧储能等方面有广泛应用。在锂离子电池方面，锂离子电池是目前发展最快的新型储能技术，我国在液态电解质锂离子电池研究方面保持活跃，并继续向大容量、长寿命、高密度方向发展；半固态固态锂离子电池、磷酸锰铁锂电池、锰基储能锂离子电池等新型锂电池技术也取得重要进展。在液流电池方面，离子传导膜、电堆设计技术、电池新体系研究取得重要进展，100 MW全钒液流电池承担电网调度任务，实现了毫秒级快速响应。在钠离子电池方面，研发重点在于新型正负极材料、电解质及界面材料等，以实现长寿命、宽温域和高密度的性能；全国首套10 MWh钠离子电池储能系统研制成功，诸多企业推出了钠离子电池相关产品和应用示范。在超级电容器方面，在基础研究、关键材料国产化、单体制备、系统集成示范等方面取得了重要进展，产业链更加完善；应用领域涵盖了智能电网、轨道交通、电动汽车等高新技术。在新型储能技术方面，研究热点有液态金属电池、热泵储电、重力储能等。

（3）集成与安全方面：在集成技术方面，我国规模储能系统集成技术继续往高安全、大容量、高效率和一体化的方向发展，储能电站的规模从100 MWh级向GWh级迈进，储能集装箱集成度进一步提高，容量已突破5 MWh，标准式一体化储能柜得到推广。在消防安全技术方面，我国在储能电池火灾发生机理、储能电池模组热失控传播机制、浸没式液冷技术、热失控火灾预警技术、灭火机理及不同装置层级火灾抑制等方面均取得重要进展；在单体锂离子电池的热失控机理及产气机制研究基础上，研究者们更加关注储能电池模组热失控传播机理，及不同装置层级灭火剂的灭火效果。

展望2024年，中国储能有望继续保持高速发展态势。中国储能技术在基础研究、关键技术和集成示范有望继续保持全球最活跃国家地位，发表论文数、申请专利数、集成示范与应用装机规模有望继续保持世界第一；预计全年中国储能新增装机有望突破40 GW，将在向规模化发展过程中迎来实质性转变；新型储能装机比例将继续提升，有望突破50%，首次超过抽水蓄能，迎来历史性时刻；同时，由于资源集聚、投资扩张和产能增加，有可能引起行业竞争加剧，企业压力加大。2024年，中国储能领域大概率将迎来又一个高速发展的一年，同时总体上需要向高质量发展转变。

第一作者及通信作者：陈海生（1977—），男，研究员，博士，研究方向为新型大规模储能技术、传热与储热（冷）特性等，E-mail：chen_hs@iet.cn

基金信息： 国家重点研发计划项目（2023YFF0612000），国家杰出青年科学基金（51925604），中国科学院前瞻战略科技先导专项项目（A类）（XDA0400100），中国科学院与美国联邦科研机构合作项目（117GJHZ2023009MI），国家杰出青年科学基金（51925604）。

作者：陈海生1李泓2徐玉杰1徐德厚3王亮1周学志1陈满4胡东旭1阎景旺5李先锋5胡勇胜2安仲勋6刘语1肖立业7蒋凯8钟国彬9王青松10李臻11戴兴建1张宇鑫1俞振华11宋振11彭煜民4马一鸣4郭欢1王星1周鑫1胡傲伟1张驰1相佳媛12张浩13刘为11岳芬11张长昆5谢飞2夏恒恒6杨重阳6邱清泉7艾巍1李浩秒8刘轩14梅文昕10李煌10

单位：1.中国科学院工程热物理研究所；2.中国科学院物理研究所；3.毕节高新技术产业开发区国家能源大规模物理储能技术研发中心；4.南方电网储能股份有限公司；5.中国科学院大连化学物理研究所；6.上海奥威科技开发有限公司；7.中国科学院电工研究所；8.华中科技大学电气与电子工程学院；9.广东新型储能国家研究院有限公司；10.中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室；11.中关村储能产业技术联盟；12.浙江南都电源动力股份有限公司；13.军事科学院防化研究院；14.南方电网电力科技股份有限公司

引用：陈海生,李泓,徐玉杰,等. 2023年中国储能技术研究进展[J].储能科学与技术, 2024, 13(5): 1359-1397.

DOI：10.19799/j.cnki.2095-

4239.2024.0441