電力儲能技術(shù)

如何保持電力生產(chǎn)和供應(yīng)之間的平衡并使之最優(yōu)化是一個巨大的挑戰(zhàn)，這需要統(tǒng)籌協(xié)調(diào)技術(shù)進(jìn)步、商業(yè)運作和管理政策等諸多因素。電力儲能技術(shù)是智能電網(wǎng)、可分布式發(fā)電、微電網(wǎng)以及可再生能源并入常規(guī)電網(wǎng)不可或缺的支撐技術(shù)，有助于電網(wǎng)系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、高效運行，大規(guī)模儲能技術(shù)則有望將可再生能源發(fā)電并入常規(guī)電網(wǎng)的比例提高到20%以上。據(jù)PikeResearch預(yù)測，從2011年到2021年的十年間，儲能技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的全球總投資將超過1220億美元，其中用于可再生能源并網(wǎng)（特別是風(fēng)電）和電力市場削峰填谷的投資將分別占50%和31%。

由于受到季節(jié)、氣象和地域等條件的影響，風(fēng)能和太陽能發(fā)電等可再生能源發(fā)電存在明顯的隨機(jī)性、間隙性和波動性等問題，其電力大規(guī)模并入常規(guī)電網(wǎng)會對電網(wǎng)調(diào)峰和系統(tǒng)安全運行帶來顯著影響。研究表明，如果風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)占電網(wǎng)容量比例達(dá)20%以上，電網(wǎng)的調(diào)峰能力和安全運行將面臨巨大挑戰(zhàn)。而電力儲能技術(shù)在很大程度上解決了上述問題，使大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電能夠方便可靠地并入常規(guī)電網(wǎng)，因而成為提高電網(wǎng)運行穩(wěn)定性、調(diào)整頻率、補(bǔ)償負(fù)荷波動的一種有效手段。

儲能技術(shù)主要分為物理儲能(如抽水儲能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等)、化學(xué)儲能(如鉛酸電池、氧化還原液流電池、鈉流電池、鋰離子電池)和電磁儲能(如超導(dǎo)電磁儲能、超級電容器儲能等)三大類。根據(jù)各種儲能技術(shù)的特點，飛輪儲能、超導(dǎo)電磁儲能和超級電容器儲能適合于需要提供短時較大的脈沖功率場合，如應(yīng)對電壓暫降和瞬時停電、提高用戶的用電質(zhì)量，抑制電力系統(tǒng)低頻振蕩、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性等；而抽水儲能、壓縮空氣儲能和電化學(xué)電池儲能適合于系統(tǒng)調(diào)峰、大型應(yīng)急電源、可再生能源并入等大規(guī)模、大容量的應(yīng)用場合。

目前最成熟的大規(guī)模儲能方式是抽水蓄能，它需要配建上、下游兩個水庫。在負(fù)荷低谷時段抽水蓄能設(shè)備處于電動機(jī)工作狀態(tài)，將下游水庫的水抽到上游水庫保存，在負(fù)荷高峰時設(shè)備處于發(fā)電機(jī)工作狀態(tài)，利用儲存在上游水庫中的水發(fā)電。其能量轉(zhuǎn)換效率在70%到75%左右。但由于受建站選址要求高、建設(shè)周期長和動態(tài)調(diào)節(jié)響應(yīng)速度慢等因素的影響，抽水儲能技術(shù)的大規(guī)模推廣應(yīng)用受到一定程度的限制。目前全球抽水儲能電站總裝機(jī)容量9000萬千瓦，約占全球發(fā)電裝機(jī)容量的3%。

壓縮空氣儲能是另一種能實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的儲能方式。利用這種儲能方式，在電網(wǎng)負(fù)荷低谷期將富余電能用于驅(qū)動空氣壓縮機(jī)，將空氣高壓密封在山洞、報廢礦井和過期油氣井中；在電網(wǎng)負(fù)荷高峰期釋放壓縮空氣推動燃汽輪機(jī)發(fā)電。由于具有效率高、壽命長、響應(yīng)速度快等特點，且能源轉(zhuǎn)化效率較高（約為75%左右），因而壓縮空氣儲能是具有發(fā)展?jié)摿Φ膬δ芗夹g(shù)之一。

加快開發(fā)新能源是人類的明智選擇

隨著化石能源的不斷發(fā)現(xiàn)和采掘技術(shù)的進(jìn)步，未來數(shù)十年內(nèi)其成本依然會比其他零碳排放能源具有競爭優(yōu)勢。此外，從美國目前的狀況來看，未來50年能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)依然會保持能源形式多樣化的局面。但為了能夠及時減緩未來全球氣候變暖的風(fēng)險，必須加速清潔能源和可再生能源技術(shù)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的步伐。雖然任何技術(shù)創(chuàng)新將取決于其所能帶來的效益，但人類的惰性、現(xiàn)實狀況及可預(yù)見的財務(wù)風(fēng)險等因素，使人們更傾向于維持現(xiàn)狀。為此，各國政府的政策必須致力于激勵發(fā)明和創(chuàng)新，并使之能與市場力量密切配合。

過去30年間，全球發(fā)生極端天氣事件（如極端高溫、洪水和干旱等）的頻度不斷增加，由此造成的經(jīng)濟(jì)損失每年超過1500億美元，而越來越多的證據(jù)也表明極端天氣事件與全球氣候變暖有關(guān)。雖然緩解這種狀況的總體代價具有巨大的不確定性，但我們需要制定相關(guān)政策，將各種能源形式的總體成本直接考量到其市場價格中。

未來幾十年，全球范圍內(nèi)使用經(jīng)濟(jì)合算的可再生能源的需求將會不斷增加，人類利用可再生能源的效率也將會不斷提高，其成本也會越來越具有競爭優(yōu)勢。隨著科技的進(jìn)步、研發(fā)投入的加大、公共政策關(guān)注力度的增加，以及公眾認(rèn)識程度的逐步提高，人類利用經(jīng)濟(jì)合算、可獲取和具有可持續(xù)性的能源步伐一定會加快，并將以此推動作為經(jīng)濟(jì)增長的動力，增加能源安全和減緩全球氣候變暖的風(fēng)險。否則，人類將會遇到難以預(yù)測的后果。正如國際能源署在《全球能源展望》中所指出的那樣——“如果我們?nèi)祟惒桓淖兡壳暗姆较颍磥韺谶@條道路上毀滅自己。”