铅酸蓄电池的主要特点是采用硫酸做电解液，是用二氧 化铅和绒状铅分别作为电池的正极和负极的一种酸性蓄电 池，具有成本低、技术成熟、储能容量大等优点，主要应用于电 力系统的备载容量、频率控制，不断电系统；缺点是储存比能 量低、可充电次数少、制造过程中存在一定污染等。现已有很 多国内国际的公司在研发新一代铅酸电池，但如何保证在生 产、使用整个过程单电池的一致性，如何制造先进的电池管理 系统是一个非常复杂的系统工程，技术难度非常大，目前尚没 有太大突破。 １．３．４ 液流钒电池
锂离子电池的阴极材料为锂金属氧化物，具有高效率、高 比能量的特点，并具有放电电压稳定、工作温度范围宽、自放 电率低、储存寿命长、无记忆效应及无公害等优点。锂离子电 池在小型动力上的优势非常明显，但在大规模储能上还属于 非常前卫的技术，大规模锂离子电池组合对单电池的控制要 求非常高，过充控制有特殊封装要求，价格昂贵。其电池管理 系统的成本和难度，锂电池是先做好动力电池，然后才能上升 至更大规模应用，虽然目前国内已经有很多 MW 级锂电池示 范项目，但只是示范应用。目前世界上的能够利用锂离子电池 建造 MW 级商业储能电站只有美国的 A123，其储能电站用锂 电池生产工艺与普通动力电池是不一样的。国内锂离子电池 厂家需要从原材料生产工艺、电池封装工艺、管理系统、相关 PCS 等各环节有革命性突破，特别是基础材料和后续的应用 集成上要下大功夫。 １．３．３ 铅酸电池
我国面临着智能电网建设和大规模新能源同步发展的客 观要求，既要重视电网抵御风险的能力及基础性设施的现代 化水平，这关系到电网运行的安全性、可靠性，又要重视可再 生能源的利用，保证环境友好型能源的可持续发展。2011 年 3 月，国家“十二五”规划纲要明确指出：加快现代电网体系建 设，依托信息、控制和储能等先进技术，推进智能电网建设。
TANG Zheng-qi1, ZHOU Han-tao2 (1.Shanghai Chongming Beiyan Wind Power Co., Ltd., Shanghai 202177, China; 2. Shanghai Linyang Energy Storage Science & Technology Co., Ltd., Shanghai 201201, China)
应用层面面临的多重挑战。
关键词：新能源；智能电网；储能技术；流体钒电池
中图分类号：ＴＭ ９１６
文献标识码：Ａ
文章编号：１００２－０８７ Ｘ（２０１４）０１－０１８５－０４
Opportunity and challenge of energy storage technology development
综
述
储能技术的发展机遇与挑战
唐征歧 1， 周汉涛 2 (1.上海崇明北沿风力发电有限公司，上海 202177；2.上海林洋储能科技有限公司,上海 201201)
摘要：推广储能技术对加快我国新能源产业发展及推进智能电网建设意义重大，基于国内工业基础，分析了不同储能技
术的特点及相应应用领域，针对储能技术目前的现实需求，简述了国内发展流体钒电池的优势，探讨了目前储能技术在
１ 不同电能储存技术的特点
目前，大容量储能技术主要有物理储能（抽水储能、压缩 空气储能等）、超导电磁储能和电化学储能（锂电池、钠硫电 池、铅酸电池、液流钒电池等）等。
收稿日期：２０１３－０６－１１ 作者简介：唐征歧（１９６３—），男，上海市人，本科，总经理，主要研 究方向为太阳能、风能向电网输入管理工作。
１．２ 电磁储能
电磁储能即超导磁储能，利用超导体制成线圈储存磁场 能量，功率输送时无需能量形式的转换，具有响应速度快、转 换效率高、比容量比功率大等优点，可以实现与电力系统的实综
述
时大容量能量交换和功率补偿。和其他储能技术相比，超导电 磁储能仍非常昂贵，除了超导本身的费用外，维持系统低温以 及维修频率过高产生的费用也相当可观。我国现有的材料基 础及加工业基础离其产业化还有相当大的距离，目前超导磁 储能技术仍处于实验室阶段，需要长时间的技术积累和产业 配套发展。
自 1974 年 Lawrence H. Thaller[1]提出液流储能电池的概 念以来，经过二十多年的研究和发展，流体钒电池储能技术取 得了突破性进展。澳大利亚、日本、英国、加拿大、美国、德国等 工业发达国家于 20 世纪 80 年代开始流体钒电池系统的研 究，但由于受所处工作环境、人力成本和所在国家的工业格局 的制约，对于钒电池的工业化推进是有限的。日本、加拿大、美 国等国家在 10 年前已经建造了兆瓦级示范演示工程。过去日 本由于受制于钒资源的制约，不得不暂停流体钒电池商业化， 不过近两年日本再次启动流体钒电池的商业化。中国钒资源 丰富，目前国内 90%钒是出口的，因此钒电池的商业化对国内 钒资源的充分利用非常有利，流体钒电池的钒资源回收非常 方便，亦是开发钒电池另一个独特优势。
２．２ 光伏发电
目前大型光伏发电场主要是并网发电，但总的说来装机 容量在电网中所占比例非常小，其波动可以忽略不计。但随着 时间推移，其所占比例越来越大之后，不得不考虑储能技术以 平滑其输出，减小对电网的影响。
１．１ 物理储能
常用的物理储能技术有抽水储能技术和压缩空气储能技 术，适合建造百兆瓦以上储能电站。
抽水储能技术是在电力负荷低谷时段将水从下游水库抽 到上游水库，将电能转化成重力势能储存起来，在电网负荷高 峰时段释放上游水库中的水发电。抽水储能的释放时间可以 从几小时到几天，综合效率在 70%左右，主要作用包括电力系 统的削峰填谷、调频、调相、紧急事故备用容量，还可以提高系 统电站和核电站的运行效率。抽水储能是目前电力系统中应 用最为广泛的一种储能技术，一般工业国家抽水蓄能装机占 比约为 5%～10%，我国近几年的发展也非常快。但抽水蓄能 电站的建设受地形限制较大，当电站距离用户地较远时输电 损耗较大，在很多缺水或平原地区并不适用。
１．３ 电化学储能
１．３．１ 钠硫电池 钠硫电池在 300 ℃的高温环境下工作，其正极活性物质
是液态硫；负极活性物质是液态金属钠，中间是多孔性陶瓷隔 板。钠硫电池的主要特点是比能量大（是铅酸电池的三倍）、 效率高（可达到 80%）、循环寿命比铅酸电池长等，适合 10～ 100 MW 储能。
钠硫电池由于运行温度较高，危险性高于锂电池，其隔膜 技术、封装技术、材料匹配技术、电池管理系统难度都非常大， 其需要的国内工业化基础特别是产业化需要的相关设备欠 缺，目前只有日本 NGK 成功商业化。NGK 的钠硫电池不只是 日本一个国家在支持，而是集成了日本、欧洲、北美近半个世 纪在钠硫电池上的技术积累，而且过去 20 年日本政府一直补 贴其产业化，国内在这个技术上还有很长的路要走。 １．３．２ 锂离子电池
研究表明，如果风电装机占装机总量的比例在 10%以内， 依靠传统电网技术以及增加水电、燃气机组等手段基本可以 保证电网安全；但如果所占比例达到 20%甚至更高，电网的调 峰能力和安全运行将面临巨大挑战。目前为了减少对电网的 冲击，每一台风机需要配备其功率 4%的后备蓄电池。另外还 需要大约相当于其功率 1%的蓄电池用于紧急情况时收风叶 以保护风机。电网对风电输出平稳性的要求已成为风电发展 的瓶颈。如果需要平滑风电 90%以上的电力输出，需要为风电 场配置 20%左右额定功率的储能电池；如果希望风电场还能 具有削峰填谷的功能，将需要配备相当于 40%～50%功率的动 态储能电池；如果风机离网发电，则需要更大比例的动态储能 电池。
根 据 国 家 中 长 期 能 源 规 划 ，风 电 装 机 目 标 为 2010 年 4 GW，2020 年 20 GW。风电实际装机容量比预计的要大得多， 2010 年中国风机累积装机容量已超过 40 GW，中国风能协会 预计 2020 年中国风电装机会突破 150 GW，将占到全国发电 量的 10%左右。
供电设施的稳定性与安全性是电网对发电技术的首要要 求，我国风能、太阳能发电等新能源发电技术在过去五年内推 广迅速，但最大缺点是受天气、季节、时间限制非常大，发电不 稳定，大范围推广必定增加电网的不稳定性因素，现已对电网 安全带来了新的挑战，对于电网的运行和调度提出了更高要 求，智能电网则成为推动新能源发展的重要载体。大容量储能 技术的应用将促进电网结构的优化，可解决新能源发电的随 机性、波动性问题，实现新能源的友好接入和协调控制。在新 能源和智能电网双重推动下，大力发展大容量储能技术将成 为近几年的紧要任务之一。
目前能够选择的储能技术都有局限性。全球 100 kW～ 10 MW 的储能市场目前基本上是空白区，流体钒电池正好能
适应这样一个规模的储能技术。 钒电池拥有三个很明显的技术优势，储能介质是常温水
性的，没有起火爆炸危险，其流动性利于热管理；电池充放电 状态易于监控；由于储能介质在电池之外的储罐中，单电池一 致性很高，系统越大电池管理系统相对成本越低。钒电池虽然 商业化进程很短，但关键材料目前除了隔膜以外，其它的关键 材料可全部国产化，其加工技术包括关键材料加工技术并没 有与众不同的特殊性，国内钒资源优势又很明显，加上终端应 用场合对安全性和可控性的要求非常高，虽然比能量较低是 其明显的缺点，但在大规模储能场合一定有它的市场，就目前 情况来说做为首选的大规模储能技术之一是非常现实的。
Ａｂｓｔｒａｃｔｓ： Ｅｎｅｒｇｙ ｓｔｏｒａｇｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ＇ ｐｏｐｕｌａｒｉｚｉｎｇ ｉｓ ｍｅａｎｉｎｇｆｕｌ ｉｎ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｎｇ ｎｅｗ ｅｎｅｒｇｙ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ａｎｄ ｐｒｏｍｏｔｉｎｇ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ． Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｉｎａ ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ， ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｅｎｅｒｇｙ ｓｔｏｒａｇｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅｉｒ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｍａｒｋｅｔｓ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｓｉｄｅ ｏｆ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｄｅｍａｎｄ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ ｓｔｏｒａｇｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｖａｎａｄｉｕｍ ｆｌｏｗ ｂａｔｔｅｒｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｏｂｓｔａｃｌｅｓ ｏｎ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｗａｙ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｎｅｗ ｅｎｅｒｇｙ； ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ ｎｅｔｗｏｒｋ； ｅｎｅｒｇｙ ｓｔｏｒａｇｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ； ｖａｎａｄｉｕｍ ｆｌｏｗ ｂａｔｔｅｒｙ