胡雨龙，马锦彪

（国网新源控股有限公司潘家口蓄能电厂，河北 唐山 064300）

0 引言

随着国际社会对能源资源和环境保护等问题的日益重视，减少煤炭、石油等化石能源燃烧，加快开发和利用新型能源，已成为全球的普遍共识和战略行动[1]。我国作为富有责任心的大国，在加快新能源的发展，减少不可再生能源的消耗上做出了巨大贡献，并坚持不懈地向前探索着。

1 新能源快速发展带来的问题

近些年来，风能、太阳能为代表的分布式能源飞快发展，大幅提升了非化石能源在我国电网中的消费比重。但此类能源大多受环境因素制约比较大，对电网的出力难以控制，具有分散性与间歇性。由于电能难以大量储存，电网中同一时间的发电功率需要与负荷保持平衡方能确保电网的安全稳定运行，而分布式能源的出力与电网用户的消耗难以同步，很多地方甚至出现了弃风、弃光一类的现象。因此需要有储存电能的方式来调节电网出力与负荷的矛盾，保障电网运行的安全稳定。

2 储能技术的分类及主要特点

2.1 储能技术的分类

电能难以直接储存，目前的储能技术多是将电能转化为其他形式的能量储存，之后在电网需要时再将其他形式的能源转化为电能。将电能转化为物理能量的储能方式可称为物理储能，物理储能包括抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能等；将电能转化为化学能的储能方式可称为电化学储能，电化学储能是通过有化学反应参与的可充电电池来储存电能。此外还有其他储能方式，包括超导储能和超级电容器储能等，目前因制造成本较高等原因应用较少。

2.2 各种储能技术特点

抽水蓄能的基本原理是将电能转化为水的势能。在电网出力大于负荷，即供大于求时，抽水蓄能机组作为水泵，消耗电能将下池水抽至上池，增加电网的负荷；在电网负荷大于出力，即求大于供时，抽水蓄能机组作为常规水轮机运行，将上池水排入下池并为电网提供电能；进而对电网负荷实现“削峰填谷”的效果。抽水蓄能电站上下水池高度差（即水头）约40~600 m,并需要具备一定的容量，因此建设抽水蓄能电站对地理条件要求高，前期投入高，建设周期长，并有可能伴随生态和移民问题。但是抽水蓄能电站建成后容量大，运行寿命长，运行较稳定，储能效率较高，约为70%~80%。

压缩空气储能是在电网出力大于负荷时消耗电能将空气压缩并储存于密闭的空间内，待到电网负荷高于出力时通过释放压缩的空气推动汽轮机发电。压缩空气储能可大量储存，使用寿命长，对环境影响小，相对于抽水蓄能对地理条件要求低，发展前景较好。但由于压缩空气时会伴随热量的释放，这部分能量目前还难以利用，能量损失较高，经济性差，储能效率约30%~40%。

飞轮储能即将电能转化为飞轮旋转的动能，储存电能则飞轮转速加快，释放电能飞轮转速变慢。此过程变化快，响应速度可达毫秒级，储能效率高，但储能容量有限，常用于电网的调峰调频功能。

电化学储能是将电能转化为化学能进行储存，利用化学元素做储能介质。根据储能介质不同可分为铅酸电池、液流电池、钠基电池、锂离子电池等，目前能够规模化储能的是铅酸电池、锂离子电池和液流电池。这几种电池间互有优劣，但相比于物理储能有一些共同的优缺点。电化学储能的优势在于电池储能电站建设周期短，设计和配置灵活、有能量密度高、综合效率高（可达85%以上）、受地理条件的限制极小，响应速度快，可达毫秒级并能更精准的控制；电池的技术相对来说不是很成熟，电池的安全性、使用寿命在逐步提升，但与抽水蓄能技术相比仍有不小的差距，且电池老化后的回收检测再利用会造成不少的额外成本。

超导储能是利用超导线圈储存电磁能，由于超导体电阻等于零，因此能量转化效率极高，几乎没有损耗。超级电容器兼具电容器快速充放电和可充电电池能够储能的优点，工作中不需要化学反应的参与。超导储能和超级电容器储能都具有效率高、响应速度快、寿命长等优点，但成本高昂、容量小和技术上的不完善使其难以规模化存储能量，目前多用于提高电能质量。

表1 各种储能技术对比

3 抽水蓄能行业现状

目前中国储能仍以抽水蓄能为主，截至2018年9月，全国储能规模达2 911万kW，其中，抽水蓄能装机2 869万kW，占储能总装机比重98.5%；电化学储能约40万kW，占比约1.3%。在各类电化学储能技术中，锂离子电池占比超过75%[2]。2020年3月,针对“碳达峰”“碳中和”的基本思路和主要举措,国家明确提出要构建以新能源为主体的新型电力系统。在系统成本下降的助推下,未来随着光伏发电装机和发电量占比持续提升,我国的能源清洁化转型步伐将持续加快,光伏将逐渐成为主力电源。与此同时,储能作为高比例可再生能源接入条件下增强电力系统灵活性、稳定性的重要手段,与光伏配套发展将成为必然的发展趋势[3]。相应的，储能价格机制也在逐步完善中，这有助于在国家政策的方面促进储能行业的发展与储能技术的研发。

抽水蓄能电站容量大、度电成本低，是目前我国电网中主要的储能技术。相较于其他储能技术，抽水蓄能技术相对成熟，容量大，对于提升电网调峰能力、增强电网稳定性、消纳新能源对电网的冲击有着不可替代的地位。但抽水蓄能技术的成熟只是相较于其他储能技术而言的，现在的抽水蓄能电站运行中仍有不足之处，许多规程、标准不全，实际运行中大量参考了常规水电厂的相关规程及标准，这在一定程度上制约了抽水蓄能行业的发展。不过我国抽水蓄能行业已经积累了大量的经验，专业的规程与标准正在逐步完善中。我国在浙江仙居抽水蓄能项目中，实现了抽水蓄能电站发电机、水轮机以及自动控制系统等关键技术的国产化，打破了抽水蓄能技术国外垄断多年的局面，标志着我国抽水蓄能机组在研发制造技术上取得突破并实现了40万kW级抽水蓄能机组关键技术自主化，也说明了我国抽水蓄能技术的日益成熟。随着技术的发展，抽水蓄能电站的建设对地理条件的要求也在逐步降低，利用海水的抽水蓄能技术也在研究中。

4 分析展望

随着我国新能源的飞速发展，储能行业将在维护电网稳定运行、提高电能质量、消纳新能源等用途上大放异彩。每一种新型电站的建设、运行维护都需要经验的积累来完善，抽水蓄能作为目前最可靠的储能方式有着不可替代的作用及地位。笔者推测，在未来十年中国电网的发展中，储能技术和新能源将协同规划与建设,抽水蓄能与电化学储能将成为储能行业的主力迎来飞速发展，抽水蓄能仍占据我国储能总装机容量的大部分。但抽水蓄能电站建设周期较长，未必能适应我国飞速发展的新能源行业的需求，而电化学储能发展时间较短，存在运行维护不完善、尚未形成完整可靠的废旧电池处理流程等问题亟需处理，因此其他储能技术仍有着巨大的发展潜力。