在《第三次工業(yè)革命》一書中，杰里米˙里夫金(Jeremy Rifkin)把當前世界范圍內(nèi)以新能源和可再生能源取代傳統(tǒng)化石能源的新型能源體系變革提升為“第三次工業(yè)革命”。以新能源技術(shù)和信息技術(shù)的深入結(jié)合為特征的“能源互聯(lián)網(wǎng)”則是實現(xiàn)“第三次工業(yè)革命”的核心驅(qū)動力。發(fā)展規(guī)模儲能是解決可再生能源大規(guī)模接入、提高常規(guī)電力系統(tǒng)和區(qū)域供能系統(tǒng)效率、安全性和經(jīng)濟性的迫切需要，是當前各國為即將到來的工業(yè)革命進行重點布局的“前沿陣地”。從國內(nèi)外儲能技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀來看，除抽水蓄能和鉛酸電池外，其他電力儲能技術(shù)都沒有達到大規(guī)模推廣應(yīng)用的水平，都還需深入開展儲能技術(shù)的研發(fā)、示范及工程化。換句話說，誰能在這個領(lǐng)域奪取制高點，勢必在即將打響的“第三次工業(yè)革命”中贏得先機，創(chuàng)造出更多新的經(jīng)濟增長點。
規(guī)模儲能的分類與特點
經(jīng)過長期發(fā)展，目前已經(jīng)實現(xiàn)商用或達到示范應(yīng)用水平的儲能技術(shù)包括：抽水蓄能、壓縮空氣儲能、鉛酸蓄電池、鋰離子電池、鎳鎘電池、鈉硫電池、鋅溴電池、全釩液流電池、超級電容器、超導儲能、飛輪儲能等。其中，抽水蓄能是目前唯一實現(xiàn)大規(guī)模利用的儲能技術(shù)，但抽水蓄能存在天然地理條件限制，特別是與我國風能、太陽能資源存在地域錯位，且其容量和功能不能滿足我國儲能發(fā)展的全部需求。到2050年我國儲能裝機將達電力總裝機的 10%-15%，將超過抽水蓄能的可開發(fā)容量的兩倍以上，因此發(fā)展抽水蓄能外的其它儲能技術(shù)勢在必行。
每種儲能技術(shù)都有它的優(yōu)勢和不足，各種儲能技術(shù)有其適用場合。當多種儲能技術(shù)在電網(wǎng)中互補應(yīng)用時，它們的潛力可以得到充分發(fā)揮，是更加理想的應(yīng)用方式，也是應(yīng)對電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大、可再生能源發(fā)電大量接入、電網(wǎng)安全穩(wěn)定和電能質(zhì)量問題日益突出等問題的研究探索方向。表1列出了部分規(guī)模儲能技術(shù)的能量密度、效率和成熟度等指標，顯示了不同技術(shù)的特點。
面臨的挑戰(zhàn)
當前，儲能技術(shù)的發(fā)展呈現(xiàn)多元化格局，技術(shù)類別繁多，在全球有示范應(yīng)用的主流技術(shù)就多達十幾種。每種技術(shù)均有自身的優(yōu)勢和局限，其未來發(fā)展取決于是否能夠找到適合該技術(shù)特點的應(yīng)用領(lǐng)域，并以合理的價格交付。因此，多種技術(shù)并存、共同發(fā)展將成為未來的趨勢。目前各種大規(guī)模儲能技術(shù)在全球尚處于產(chǎn)業(yè)化初期階段，表現(xiàn)為出現(xiàn)了一些在各自技術(shù)領(lǐng)域領(lǐng)先的公司，已經(jīng)擁有成型產(chǎn)品并具有規(guī)模生產(chǎn)能力，但成本較高。這些公司主要致力于參與到更多的示范項目中并開始探索商業(yè)化運作之路。
在目前已經(jīng)獲得實際應(yīng)用或者第三方測試驗證的各種大規(guī)模儲能技術(shù)中，抽水蓄能和壓縮空氣技術(shù)相對成熟，適合100MW以上級別儲能系統(tǒng);鈉硫電池、全釩液流電池、鋰鋰離子電池、先進鉛酸電池和飛輪儲能已經(jīng)開始運用于MW級別的應(yīng)用中;而在百千瓦及以下級別的應(yīng)用中，大多數(shù)儲能技術(shù)都能夠滿足需求。在電動工具及電子產(chǎn)品中，鋰離子電池、鎳氫電池、超級電容器等均有廣泛應(yīng)用。
綜合來看，作為能源互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)之一，規(guī)模儲能系統(tǒng)發(fā)展存在著三方面的挑戰(zhàn)：
經(jīng)濟性挑戰(zhàn)：經(jīng)濟性將成為各種技術(shù)流派選擇的關(guān)鍵問題，成本過高是限制目前各種儲能技術(shù)推廣應(yīng)用的共同挑戰(zhàn)。由于不同應(yīng)用場合對產(chǎn)品的性能、壽命、可靠性要求不同，對關(guān)鍵材料的規(guī)格要求也不同，進而存在成本制約。制造工藝的復雜性將增加成本下降的難度。此外，較低的能量轉(zhuǎn)換效率會提高用戶的運營成本，降低客戶使用價值。關(guān)鍵材料、制造工藝和能量轉(zhuǎn)化效率是各種技術(shù)面臨的共同挑戰(zhàn)，但針對具體的應(yīng)用場景，各種技術(shù)面對的挑戰(zhàn)不盡相同。
應(yīng)用性挑戰(zhàn)：規(guī)模儲能系統(tǒng)在輸配電系統(tǒng)中的應(yīng)用包括儲能電源的合理規(guī)劃、儲能系統(tǒng)與現(xiàn)有電網(wǎng)之間的柔性連接技術(shù)、先進的控制調(diào)節(jié)技術(shù)以及儲能系統(tǒng)與可再生能源相結(jié)合等。電力行業(yè)對產(chǎn)品可靠性要求高，傳統(tǒng)上至少需要 5年以上的實地可靠性測試和試用才能通過電力用戶的最低標準，而現(xiàn)有儲能系統(tǒng)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用時間短，導致產(chǎn)品規(guī)模生產(chǎn)前定型周期長;而且儲能產(chǎn)品的方案設(shè)計成熟度、可靠性與一定的規(guī)?；苯酉嚓P(guān)。電力行業(yè)的這種情況使得儲能技術(shù)產(chǎn)業(yè)化道路漫長。
政策機制挑戰(zhàn)：針對儲能的政策出臺有難度。由于發(fā)電、輸電、配電和用電均能從儲能的應(yīng)用中受益，因此政策針對哪一方出臺機制尚沒有明確結(jié)論。另外應(yīng)用場景的不同會對以上各方帶來收益的較大差異，儲能的經(jīng)濟價值難以計算。
對策與建議
從國內(nèi)外儲能技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀來看，除抽水蓄能和鉛酸電池外，其他電力儲能技術(shù)都沒有達到大規(guī)模推廣應(yīng)用的水平，在研發(fā)和示范應(yīng)用方面還需開展進一步的工作。最近幾年為適應(yīng)可再生能源大規(guī)模發(fā)展的戰(zhàn)略需求，我國各種新型大規(guī)模儲能技術(shù)的研發(fā)和示范工作比較活躍，但前期投入和技術(shù)積累比較薄弱，距離大規(guī)模推廣應(yīng)用還有較大差距。同時，國家應(yīng)注重對具有自主知識產(chǎn)權(quán)的電力儲能技術(shù)的支持，引導和支持各種新型儲能技術(shù)與新能源、電網(wǎng)的同步發(fā)展，鼓勵、引導和推動科研院所和企業(yè)合作開展新型儲能技術(shù)研發(fā)及示范，加快實用化進程。具體建議如下：
全盤考慮儲能與電力系統(tǒng)規(guī)劃
將電網(wǎng)規(guī)劃與電源發(fā)展對接，儲能規(guī)劃與電網(wǎng)、電源發(fā)展對接，按照實現(xiàn)整個電網(wǎng)系統(tǒng)安全運行和效率最優(yōu)的原則，在規(guī)劃新能源發(fā)電和電網(wǎng)輸送線路的同時，應(yīng)提出相應(yīng)的儲能解決方案，明確儲能發(fā)展的規(guī)模和建設(shè)區(qū)域等。實現(xiàn)整個電力鏈條的發(fā)、輸、儲統(tǒng)一融合。
出臺系列財政激勵政策
儲能作為新興產(chǎn)業(yè)，在其起步階段國家的資金支持和優(yōu)惠政策激勵無疑是至關(guān)重要的。目前，行業(yè)急需峰谷電價政策、合理補貼支持政策和研發(fā)激勵政策，行業(yè)政策制定部門應(yīng)調(diào)研制定并實施峰谷電價、儲能電價，用以補償儲能所產(chǎn)生的巨大經(jīng)濟效益和社會效益;同時在稅收方面對大規(guī)模儲能技術(shù)的應(yīng)用給予優(yōu)惠。在滿足儲能建設(shè)和運行成本的基礎(chǔ)上，進一步形成對儲能行業(yè)的激勵環(huán)境，促進儲能產(chǎn)業(yè)的健康、蓬勃發(fā)展。
加大對大規(guī)模儲能技術(shù)研發(fā)示范的支持
發(fā)展儲能技術(shù)的研究應(yīng)超前于需求發(fā)展，不能等到出現(xiàn)瓶頸的時候再考慮加大投入。由于目前還沒有任何一項儲能技術(shù)完全勝任各種應(yīng)用領(lǐng)域的要求，因此應(yīng)該開展技術(shù)經(jīng)濟性評估，加大對有競爭能力的經(jīng)濟性、安全性好的大規(guī)模儲能技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用示范的支持力度，鼓勵原始創(chuàng)新，突破關(guān)鍵技術(shù)。在示范項目中，要結(jié)合考慮各類儲能技術(shù)的性能，在全面評價基礎(chǔ)上，根據(jù)具體用途選用合適的儲能技術(shù)。將儲能技術(shù)工程化以及應(yīng)用示范列為“十三五”重大工程和技術(shù)創(chuàng)新引導專項規(guī)劃。電網(wǎng)公司是示范項目的重要組織者和建設(shè)者，國家主管部門應(yīng)要求并支持電網(wǎng)公司組織多個示范項目，技術(shù)來源應(yīng)以國內(nèi)企業(yè)為主，主要支持國內(nèi)自主技術(shù)發(fā)展。
采取“政產(chǎn)學研用”五位一體研發(fā)模式
美國和日本作為規(guī)模儲能產(chǎn)業(yè)的全球領(lǐng)跑者，政府(如日本NEDO和美國DOE)扮演了資助者和推動者角色，在一、二十年前就已出臺一系列政策促進其儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。主要手段包括持續(xù)投入多種儲能技術(shù)的基礎(chǔ)研發(fā)、通過直接資金支持重點儲能企業(yè)的發(fā)展、通過示范項目論證儲能系統(tǒng)在實際應(yīng)用中的效果、通過財政補貼對使用儲能技術(shù)的用戶方進行鼓勵等;電力企業(yè)與研究機構(gòu)合作開展研發(fā)示范，起到創(chuàng)新鏈貫通和應(yīng)用保障的雙重作用。由于儲能系統(tǒng)的應(yīng)用與電力系統(tǒng)緊密相連，我國在電力儲能系統(tǒng)的研究開發(fā)體制上需要采取政、產(chǎn)、學、研、用五位一體的模式，吸納電力系統(tǒng)應(yīng)用方的實際參與，開展化工材料與電力的跨領(lǐng)域研究，通過實施若干個儲能示范項目為自主儲能技術(shù)提供重要的工程實踐機會，為未來大規(guī)模應(yīng)用積累技術(shù)數(shù)據(jù)和運行經(jīng)驗。
加強對儲能材料和設(shè)備制造的重視
先進材料研究是儲能系統(tǒng)的基礎(chǔ)，而性能優(yōu)異的實驗室產(chǎn)品在投入商業(yè)化擴大生產(chǎn)后的可靠性和穩(wěn)定性難以保證。此外，隨著儲能技術(shù)的不斷成熟和應(yīng)用的逐步深入，將極大推動相關(guān)儲能設(shè)備的發(fā)展。國內(nèi)精密材料、高端前沿材料的加工工藝跟美國、日本差距很大。儲能系統(tǒng)涉及眾多非常規(guī)設(shè)備，例如壓縮空氣儲能電站中高膨脹比的透平機械等，都是對我國現(xiàn)有機械設(shè)計制造產(chǎn)業(yè)的技術(shù)挑戰(zhàn)。因此除了基礎(chǔ)科學研究之外，新材料開發(fā)和設(shè)備制造等技術(shù)層面的問題需要引起重視。
高度關(guān)注核心技術(shù)知識產(chǎn)權(quán)保護與布局
在儲能技術(shù)知識產(chǎn)權(quán)保護方面做得最好的國家是日本，不僅在國內(nèi)加強保護，還注重在海外潛在應(yīng)用市場進行專利提前布局，以做好搶占國際市場的準備。我國研發(fā)機構(gòu)一方面需要清楚已存在的知識產(chǎn)權(quán)制約，另一方面對儲能技術(shù)原理、材料、構(gòu)造、工藝、制造裝備等方面自主創(chuàng)新的成果除及時申請保護外，還應(yīng)該擁有國際化視野，對在他國進行專利布局進行提前研判。
加快儲能產(chǎn)業(yè)的技術(shù)標準制定
規(guī)模儲能行業(yè)技術(shù)標準的制定是一個系統(tǒng)而復雜的過程，需要大量的人力和物力投入，單靠一家企業(yè)或者行業(yè)組織難以完成，需要多方配合和努力。為加快行業(yè)技術(shù)標準制定的速度，國家應(yīng)給予相關(guān)技術(shù)標準制定部門更多的支持。同時，政府應(yīng)強調(diào)、規(guī)范可再生能源發(fā)電并網(wǎng)的技術(shù)標準與管理要求，逐步建立并網(wǎng)認證和檢測制度。
