隨著全球能源格局從依賴化石能源向追求清潔能源的轉變,可持續和穩定的能源供應日益成為人們關注的重要問題。其中,儲能技術貫穿于新能源開發利用的各個環節,已成為新能源發展的核心支撐。國家發改委和國家能源局聯合發布了《能源技術革命和創新行動計劃(2016-2030)》,部署了包括先進儲能技術創新在內的15項關鍵任務。
儲能技術是指通過設備或物理介質存儲能量,以便在需要時后續使用的技術。目前,根據儲能介質的分類,儲能技術在實際應用中主要可分為機械儲能、電化學儲能、電磁儲能、熱能儲能、化學儲能等,機械儲能和電化學儲能的應用越來越廣泛。機械儲能是指利用機械原理儲存能量的技術,如典型的抽水蓄能、壓縮空氣儲能和飛輪儲能。以目前主流抽水蓄能為例,抽水蓄能在低功耗階段主要利用過剩功率將水作為液體能源介質從低海拔地區輸送到高海拔地區,從而將多余電能轉化為這部分水增加的重力勢能,實現儲能。這樣,在用電高峰期,這部分水的重力勢能轉化為電能,通過控制從高空到低空的水流來輔助供電。截至2021年10月,已經開發了超過300項專利,以不斷優化儲能效率和供電效果。
電化學儲能是指利用化學反應原理儲能的技術。它主要以電池為基礎,實現電能與化學能的轉換。主流電池包括鋰離子電池、鉛酸電池、鈉硫電池和液流電池。目前,鋰離子電池廣泛應用于電動汽車、計算機和移動設備,幾乎已經成為世界上使用最廣泛的電池。基于鋰離子電池的儲能技術也得到了迅速發展。中國有2300多項鋰離子電池專利。電磁儲能、熱能儲能和化學儲能也應用于某些領域。其中,電磁儲能是指基于電磁原理的儲能技術,主要包括超級電容儲能和超導儲能。熱能儲存是指熱能與電能之間的能量轉換技術,主要包括顯熱儲能和潛熱儲能。化學儲能主要是指利用氫氣或合成天然氣作為二次能源載體的技術,如將氫氣和二氧化碳合成為甲烷的p2g技術。截至2021年10月,作者檢索了國內75500項能源儲存技術專利,其中發明專利約43300項,實用新型專利約32200項。其中98%的專利與電能存儲相關,即用于電能與其他類型能源之間的能量轉換,廣泛應用于智能電網、動力電池等領域。電儲能具有調節性能好、安裝方式靈活、環保等優點。
在大型電能存儲技術中,抽水蓄能技術相對比較成熟,但如果不滿足地理條件,很難實現抽水蓄能。以鋰離子電池為代表的電化學儲能受地形等因素影響較小。可靈活應用于發電側、輸配電側、用電側。具有放電電壓穩定、工作溫度范圍寬、儲存壽命長、無記憶效應、無環境污染等優點。隨著電化學儲能技術的發展,電化學儲能技術的成本不斷下降,商業應用越來越成熟,這使得電化學儲能的優勢越來越明顯,并逐漸成為儲能技術的主流,未來仍有很大的降本空間和發展潛力。
,截至2021年10月,作者已經檢索了中國大約19200個電化學儲能專利。由于電化學儲能技術具有廣闊的應用前景,未來電化學儲能技術的研究將投入越來越多的資金,并將產生更多的專利。以國網和寧德時報(612.210,8.14,1.35%)為代表的多家企業在電化學儲能技術研究水平上走在了前列,加快了全國儲能布局,包括建筑儲能電站建設儲能產業鏈(如動力電池產業鏈)。此外,清華大學、重慶大學等高校也積極致力于儲能技術的研究。他們不僅擁有大量的專利,而且將其投入實際應用。
隨著儲能技術的不斷發展,新能源產業日益興起。只有將最新的儲能技術應用到智能電網、動力電池等領域,才能保證電網高效安全運行,實現電力供需平衡,提高電網的穩定性和電能質量,滿足公眾日益增長的新能源需求。
