随着全球能源格局从依赖化石能源向追求清洁能源的转变,可持续和稳定的能源供应日益成为人们关注的重要问题。其中,储能技术贯穿于新能源开发利用的各个环节,已成为新能源发展的核心支撑。国家发改委和国家能源局联合发布了《能源技术革命和创新行动计划(2016-2030)》,部署了包括先进储能技术创新在内的15项关键任务。
储能技术是指通过设备或物理介质存储能量,以便在需要时后续使用的技术。目前,根据储能介质的分类,储能技术在实际应用中主要可分为机械储能、电化学储能、电磁储能、热能储能、化学储能等,机械储能和电化学储能的应用越来越广泛。机械储能是指利用机械原理储存能量的技术,如典型的抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能。以目前主流抽水蓄能为例,抽水蓄能在低功耗阶段主要利用过剩功率将水作为液体能源介质从低海拔地区输送到高海拔地区,从而将多余电能转化为这部分水增加的重力势能,实现储能。这样,在用电高峰期,这部分水的重力势能转化为电能,通过控制从高空到低空的水流来辅助供电。截至2021年10月,已经开发了超过300项专利,以不断优化储能效率和供电效果。
电化学储能是指利用化学反应原理储能的技术。它主要以电池为基础,实现电能与化学能的转换。主流电池包括锂离子电池、铅酸电池、钠硫电池和液流电池。目前,锂离子电池广泛应用于电动汽车、计算机和移动设备,几乎已经成为世界上使用最广泛的电池。基于锂离子电池的储能技术也得到了迅速发展。中国有2300多项锂离子电池专利。电磁储能、热能储能和化学储能也应用于某些领域。其中,电磁储能是指基于电磁原理的储能技术,主要包括超级电容储能和超导储能。热能储存是指热能与电能之间的能量转换技术,主要包括显热储能和潜热储能。化学储能主要是指利用氢气或合成天然气作为二次能源载体的技术,如将氢气和二氧化碳合成为甲烷的p2g技术。截至2021年10月,作者检索了国内75500项能源储存技术专利,其中发明专利约43300项,实用新型专利约32200项。其中98%的专利与电能存储相关,即用于电能与其他类型能源之间的能量转换,广泛应用于智能电网、动力电池等领域。电储能具有调节性能好、安装方式灵活、环保等优点。
在大型电能存储技术中,抽水蓄能技术相对比较成熟,但如果不满足地理条件,很难实现抽水蓄能。以锂离子电池为代表的电化学储能受地形等因素影响较小。可灵活应用于发电侧、输配电侧、用电侧。具有放电电压稳定、工作温度范围宽、储存寿命长、无记忆效应、无环境污染等优点。随着电化学储能技术的发展,电化学储能技术的成本不断下降,商业应用越来越成熟,这使得电化学储能的优势越来越明显,并逐渐成为储能技术的主流,未来仍有很大的降本空间和发展潜力。
,截至2021年10月,作者已经检索了中国大约19200个电化学储能专利。由于电化学储能技术具有广阔的应用前景,未来电化学储能技术的研究将投入越来越多的资金,并将产生更多的专利。以国网和宁德时报(612.210,8.14,1.35%)为代表的多家企业在电化学储能技术研究水平上走在了前列,加快了全国储能布局,包括建筑储能电站建设储能产业链(如动力电池产业链)。此外,清华大学、重庆大学等高校也积极致力于储能技术的研究。他们不仅拥有大量的专利,而且将其投入实际应用。
随着储能技术的不断发展,新能源产业日益兴起。只有将最新的储能技术应用到智能电网、动力电池等领域,才能保证电网高效安全运行,实现电力供需平衡,提高电网的稳定性和电能质量,满足公众日益增长的新能源需求。