商業儲能概述

再生能源是碳中和長期計劃的重要組成部分。 拋開可控核融合、太空採礦、大規模成熟開發短期內沒有商業化路線的水能資源不談，風能、太陽能都是目前最有前景的再生能源。 儘管如此，它們仍受到風和光資源的限制。 儲能將成為未來能源利用的重要組成部分。 本文及後續文章將涉及大規模商用儲能技術，主要關注實施案例。

近年來，儲能係統的快速建設，讓過去的一些數據不再有幫助，例如「壓縮空氣儲能排名第二，總裝置容量440MW，鈉硫電池排名第三，總容量規模440MW、316MW」等。此外，華為簽約全球「最大」1300MWh儲能計畫的消息鋪天蓋地。 但根據現有數據，1300MWh並不是全球最重要的儲能專案。 中央最大的儲能項目屬於抽水蓄能。 對於鹽儲能等物理儲能技術而言，就電化學儲能而言，1300MWh並不是最重要的項目（也可能是統計口徑的問題）。 莫斯蘭丁儲能中心目前容量已達1600MWh（其中二期1200MWh，第二期400MWh）。 儘管如此，華為的加入還是讓儲能產業成為了舞台上的焦點。

目前，商業化和潛在的儲能技術可分為機械儲能、熱儲能、電能儲存、化學儲能和電化學儲能。 物理和化學本質上是一樣的，暫且依照前人的思路來分類吧。

1. 機械儲能/蓄熱蓄冷

抽水蓄能：

有上下兩個水庫，儲能時向上水庫抽水，發電時向下水庫排水。 技術已經成熟。 截至2020年底，全球抽水蓄能裝置容量為159億千瓦，佔儲能總容量的94%。 目前，我國已投運抽水蓄能電站共32.49萬千瓦； 在建抽水蓄能電站總規模55.13萬千瓦。 已建和在建規模均居世界第一。 儲能電站裝置容量可達數千兆瓦，年發電量可達數十億千瓦時，黑啟動速度可達幾分鐘量級。 目前，國內營運的最大儲能電站－河北豐寧抽水蓄能電站，裝置容量3.6萬千瓦，年發電量6.6億千瓦時（可消納過剩電量8.8億千瓦時，效率約75%）。 黑開始時間3-5分鐘。 儘管抽水蓄能被普遍認為有選址受限、投資週期長、投資大等缺點，但它仍然是技術最成熟、運作最安全、成本最低的儲能手段。 國家能源局發布《抽水蓄能中長期發展規劃（2021-2035年）》。

至2025年，抽水蓄能總發電規模超過62萬千瓦； 至2030年，全面投產規模約120億千瓦； 到2035年，形成適應新能源高比例、規模化發展需求的現代化抽水蓄能產業。

河北豐寧抽水蓄能電站-下水庫

壓縮空氣儲能：

當電力負荷較低時，透過電力壓縮空氣並儲存（通常保存在地下鹽洞、天然洞穴等）。 當用電高峰時，釋放高壓空氣，驅動發電機發電。

壓縮空氣儲能

壓縮空氣儲能通常被認為是繼抽水蓄能之後第二個最適合GW級大規模儲能的技術。 但其選址條件較抽水蓄能較嚴格，投資成本較高，儲能效率較抽水蓄能高。 低，壓縮空氣儲能商業化進展緩慢。 直到今年（2021年）60月，我國首個大型壓縮空氣儲能計畫－江蘇金壇鹽洞壓縮空氣儲能國家試驗示範項目，剛併網發電。 第一階段工程裝置容量60MW，電力轉換效率約1000%； 工程遠期建設規模將達到2021MW。 10年XNUMX月，我國自主研發的首套XNUMX兆瓦先進壓縮空氣儲能係統在貴州畢節併網發電。 可以說，緊湊型空氣儲能的商業化之路才剛開始，但未來可期。

金壇壓縮空氣儲能項目。

熔鹽儲能：

熔鹽儲能，一般與太陽能熱發電結合，將陽光聚集，將熱量儲存在熔鹽中。 發電時，利用熔鹽熱來發電，大多產生蒸汽來驅動渦輪發電機。

熔鹽儲熱

他們喊出高新敦煌100MW熔鹽塔式光熱電站是中國最大的光熱電站。 裝機規模較大的德令哈135兆瓦光熱發電計畫已動工。 其儲能時間可達11小時。 項目總投資3.126億元。 計劃於30年2022月435日前正式併網發電，每年可發電約XNUMX億度。

敦煌光熱發電站

物理儲能技術包括飛輪儲能、冷儲能等。

2. 電能儲存：

超級電容器：受限於其能量密度較低（參考下文）和自放電嚴重，目前僅應用於小範圍的車輛能量回收、瞬時削峰填谷等領域。 典型應用是上海洋山深水港，那裡的 23 台起重機對電網產生了重大影響。 為了減少起重機對電網的影響，安裝了3MW/17.2KWh超級電容儲能係統作為備用電源，可連續提供20秒的電力供應。

超導儲能：省略

3. 電化學儲能：

本文將商業電化學儲能分為以下幾類：

鉛酸、鉛碳電池

流動電池

金屬離子電池，包括鋰離子電池、鈉離子電池等。

可充電金屬硫/氧/空氣電池

other

鉛酸及鉛碳電池：鉛酸電池作為一種成熟的儲能技術，廣泛應用於汽車啟動、通訊基地台備用電源等。鉛酸電池的鉛負極之後透過摻雜碳材料，鉛炭電池可以有效改善過放電問題。 根據天能2020年年報顯示，公司建成的國網智城（金陵變電站）12MW/48MWh鉛炭儲能計畫是浙江省乃至全國首座超大型鉛炭儲能電站。

液流電池：液流電池通常由儲存在容器中的液體流過電極組成。 充放電是透過離子交換膜完成的； 參考下圖。

液流電池原理圖

在比較具代表性的全釩液流電池方向上，由大連化學物理研究所和大連融科儲能共同完成的國電龍源5MW/10MWh項目，是目前國內應用最廣泛的全釩液流電池儲能係統。當時世界範圍內，目前正在建造的更大規模全釩氧化還原液流電池儲能係統達到200MW/800MWh。

金屬離子電池：發展最快、應用最廣的電化學儲能技術。 其中，鋰離子電池常用於消費性電子、動力電池等領域，在儲能上的應用也日益增加。 包括華為此前在建的鋰離子電池儲能項目，目前建成的最大的鋰離子電池儲能項目是由一期300MW/1200MWh和二期100MW/400MWh組成的Moss Landing儲能電站，總計400MW/1600MWh。

鋰離子電池

由於鋰產能和成本的限制，替代能量密度相對較低但儲量豐富有望降低價格的鈉離子已成為鋰離子電池的發展路徑。 其原理和主要材料與鋰離子電池類似，但尚未大規模產業化。 現有通報中投運的鈉離子電池儲能係統僅見過1MWh的規模。

鋁離子電池具有理論容量高、儲量豐富的特性。 替代鋰離子電池也是研究方向，但目前還沒有明確的商業化路線。 最近走紅的印度一家公司宣布，明年將實現鋁離子電池的商業化生產，並將建造10MW儲能裝置。 讓我們拭目以待。

觀望

充電式金屬硫/氧/空氣電池：包括鋰硫、鋰氧/空氣、鈉硫、充電鋁空氣電池等，能量密度比離子電池更高。 目前商業化的代表是鈉硫電池。 NGK目前是鈉硫電池系統的領導供應商。 目前已投運規模龐大的是阿聯酋108MW/648MWh鈉硫電池儲能係統。

4. 化學儲能：幾十年前，薛丁格寫道，生命取決於獲得負熵。 但如果不依賴外在能量，熵就會增加，所以生命必須獲得動力。 生命找到了自己的方式，為了儲存能量，植物透過光合作用將太陽能轉化為有機物中的化學能。 化學儲能從一開始就是一個自然的選擇。 自從將伏特製成電堆以來，化學儲能一直是人類強大的儲能方法。 儘管如此，大規模儲能的商業化利用才剛開始。

儲氫、甲醇等：氫能具有能量密度高、清潔、環保的突出優勢，被廣泛認為是未來的理想能源。 氫氣→儲氫→燃料電池的路線已經在路上。 目前，我國已建成加氫站100餘座，位居全球前列，其中北京有全球最大的加氫站。 但由於儲氫技術的局限性以及氫氣爆炸的風險，以甲醇為代表的間接儲氫也可能是未來能源的重要路徑，例如大連研究院李燦團隊的“液態陽光”技術中國科學院化學研究所.

金屬空氣原電池：以鋁空氣電池為代表，理論能量密度較高，但商業化進展甚少。 Phinergy是許多報導中提到的代表性公司，其車輛使用鋁空氣電池。 一千英里，領先的儲能解決方案是可充電鋅空氣電池。