面向可再生能源的储能技术综述

 

为应对全球气候变化，以可再生能源为主体的绿色、低碳、清洁能源体系建设是中国乃至全世界的能源战略选择。2021年两会上，“碳达峰”、“碳中和”更是被写入中国政府工作报告，明确提出二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和，到2030年非化石能源占一次能源消费比重达到25%左右、风电太阳能发电总装机容量达到12亿千瓦以上等目标。

然而，可再生能源的间歇性和随机性为电力系统电力电量平衡带来了巨大挑战。应对可再生能源风/光发电与用电负荷之间的电力电量不平衡问题需要依靠储能技术，即在电能较多时将电能储存在储能系统中，在电能不足时通过储能系统的放电进行电能补充。除了在时间上实现能量的平移，储能技术也可实现能量在空间上的平移，即在可再生能源丰富地区进行能量储存，后将储能介质输送至缺能地区进行稳定利用。

储能技术可分为物理与化学两大类。物理类储能技术包括储电式（抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能及超导储能等）、蓄热式（显热蓄热、相变蓄热等）。化学类储能包括储电式（锂离子电池/钠硫电池/液流电池/燃料电池/超级电容/储氢等电化学储能）、蓄热式（热化学蓄热）。

 

综合对比以上储能技术的成熟度与场景适用性：

抽水蓄能技术比较成熟，但其依赖于大型水库，进一步发展受到限制；

压缩空气储能技术对环境友好，适用于大规模发展，同时可耦合热能利用促进可再生能源热的吸收，具有良好的发展前景；

蓄热技术适用于大量热需求、大量可再生能源热形式消纳要求等，在需要热量的热功转换系统中也可发挥重要时-空热电解耦作用，在未来可再生能源占比高的能源系统中将得到持续发展；

氢储能技术能量密度高，可实现大规模存储、长周期调节，储氢-燃料电池、储氢-管道-燃气轮机-电网配合进一步扩展了电转气储能的应用范围，也是一种具有发展潜力的可再生能源规模化储能技术，但目前其能量转换效率仍较低，需要技术革新；

以锂电池为代表的电化学储能技术已经初步进入商业化、规模化应用，结合电动汽车对锂电池技术的需求，将得到更快发展，但由于其电化学储能一般容量较低，在大规模可再生能源接入方面的应用受到限制，但可作为容量型储能（抽水蓄能和压缩空气储能）调节电网频率补充；

而超导储能技术在解决电网瞬间断电及电压暂降等电能质量问题方面具有明显的优势，但由于其成本较高，目前应用较少。

总结起来，对于大规模可再生能源消纳，既需要物理储能的大规模容量保证，又需要化学储能的快速响应，两者的高效结合将是未来可再生能源储能方面的关键技术。而物理储能中先进压缩空气储能技术采用普通的空气进行能量储存，不需要大型水库，且通过耦合蓄热技术能够实现零碳排放，大型化后成本显著降低（不同于化学储能），将在未来可再生能源占比较高的能源系统中占据重要位置。