隨著全球能源格局從依賴化石能源向追求清潔能源的轉(zhuǎn)變,可持續(xù)和穩(wěn)定的能源供應(yīng)日益成為人們關(guān)注的重要問題。其中,儲能技術(shù)貫穿于新能源開發(fā)利用的各個環(huán)節(jié),已成為新能源發(fā)展的核心支撐。國家發(fā)改委和國家能源局聯(lián)合發(fā)布了《能源技術(shù)革命和創(chuàng)新行動計劃(2016-2030)》,部署了包括先進儲能技術(shù)創(chuàng)新在內(nèi)的15項關(guān)鍵任務(wù)。
儲能技術(shù)是指通過設(shè)備或物理介質(zhì)存儲能量,以便在需要時后續(xù)使用的技術(shù)。目前,根據(jù)儲能介質(zhì)的分類,儲能技術(shù)在實際應(yīng)用中主要可分為機械儲能、電化學(xué)儲能、電磁儲能、熱能儲能、化學(xué)儲能等,機械儲能和電化學(xué)儲能的應(yīng)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(shù),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(zhì)從低海拔地區(qū)輸送到高海拔地區(qū),從而將多余電能轉(zhuǎn)化為這部分水增加的重力勢能,實現(xiàn)儲能。這樣,在用電高峰期,這部分水的重力勢能轉(zhuǎn)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(jīng)開發(fā)了超過300項專利,以不斷優(yōu)化儲能效率和供電效果。
電化學(xué)儲能是指利用化學(xué)反應(yīng)原理儲能的技術(shù)。它主要以電池為基礎(chǔ),實現(xiàn)電能與化學(xué)能的轉(zhuǎn)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(yīng)用于電動汽車、計算機和移動設(shè)備,幾乎已經(jīng)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(shù)也得到了迅速發(fā)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(xué)儲能也應(yīng)用于某些領(lǐng)域。其中,電磁儲能是指基于電磁原理的儲能技術(shù),主要包括超級電容儲能和超導(dǎo)儲能。熱能儲存是指熱能與電能之間的能量轉(zhuǎn)換技術(shù),主要包括顯熱儲能和潛熱儲能?;瘜W(xué)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(shù),如將氫氣和二氧化碳合成為甲烷的p2g技術(shù)。截至2021年10月,作者檢索了國內(nèi)75500項能源儲存技術(shù)專利,其中發(fā)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(guān),即用于電能與其他類型能源之間的能量轉(zhuǎn)換,廣泛應(yīng)用于智能電網(wǎng)、動力電池等領(lǐng)域。電儲能具有調(diào)節(jié)性能好、安裝方式靈活、環(huán)保等優(yōu)點。
在大型電能存儲技術(shù)中,抽水蓄能技術(shù)相對比較成熟,但如果不滿足地理條件,很難實現(xiàn)抽水蓄能。以鋰離子電池為代表的電化學(xué)儲能受地形等因素影響較小??伸`活應(yīng)用于發(fā)電側(cè)、輸配電側(cè)、用電側(cè)。具有放電電壓穩(wěn)定、工作溫度范圍寬、儲存壽命長、無記憶效應(yīng)、無環(huán)境污染等優(yōu)點。隨著電化學(xué)儲能技術(shù)的發(fā)展,電化學(xué)儲能技術(shù)的成本不斷下降,商業(yè)應(yīng)用越來越成熟,這使得電化學(xué)儲能的優(yōu)勢越來越明顯,并逐漸成為儲能技術(shù)的主流,未來仍有很大的降本空間和發(fā)展?jié)摿Α?/p>
,截至2021年10月,作者已經(jīng)檢索了中國大約19200個電化學(xué)儲能專利。由于電化學(xué)儲能技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景,未來電化學(xué)儲能技術(shù)的研究將投入越來越多的資金,并將產(chǎn)生更多的專利。以國網(wǎng)和寧德時報(612.210,8.14,1.35%)為代表的多家企業(yè)在電化學(xué)儲能技術(shù)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(shè)儲能產(chǎn)業(yè)鏈(如動力電池產(chǎn)業(yè)鏈)。此外,清華大學(xué)、重慶大學(xué)等高校也積極致力于儲能技術(shù)的研究。他們不僅擁有大量的專利,而且將其投入實際應(yīng)用。
隨著儲能技術(shù)的不斷發(fā)展,新能源產(chǎn)業(yè)日益興起。只有將最新的儲能技術(shù)應(yīng)用到智能電網(wǎng)、動力電池等領(lǐng)域,才能保證電網(wǎng)高效安全運行,實現(xiàn)電力供需平衡,提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和電能質(zhì)量,滿足公眾日益增長的新能源需求。