儲能本身不是新興的技術(shù)，但從產(chǎn)業(yè)角度來說卻是剛剛出現(xiàn)，正處在起步階段。到目前為止，中國沒有達到類似美國、日本將儲能當(dāng)作一個獨立產(chǎn)業(yè)加以看待并出臺專門扶持政策的程度，尤其在缺乏為儲能付費機制的前提下，儲能產(chǎn)業(yè)的商業(yè)化模式尚未成形。
儲能市場有什么優(yōu)勢
2015年5月，特斯拉推出了針對家庭用戶的儲能設(shè)備Powerwall和針對電網(wǎng)級的設(shè)備Powerpack。其中Powerwall的價格已低至每千瓦時350美元。雖然Powerpack還沒有給出具體的技術(shù)參數(shù)，但有媒體報道，其成本僅為每千瓦時250美元。這意味著儲能技術(shù)在經(jīng)濟上開始具有吸引力。
廈門大學(xué)能源經(jīng)濟與能源政策協(xié)同創(chuàng)新中心最近進行了一項研究，即利用特斯拉的Powerwall和Powerpack，針對中國目前的峰谷電價政策，建立優(yōu)化套利模型，對各省的儲能投資收益及外部影響進行分析，量化分析各種影響因素改變后對儲能投資收益水平的影響。其基本思路是從電網(wǎng)角度出發(fā)，使儲能系統(tǒng)充分發(fā)揮調(diào)峰的作用，再確定儲能技術(shù)的經(jīng)濟性和投資收益。
中國的輸配電主要由國家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)投資和實施運營，而電價由國家發(fā)改委根據(jù)電網(wǎng)公司的成本結(jié)合地區(qū)發(fā)展情況來制定。由于資源稟賦、地理條件和經(jīng)濟發(fā)展水平不同，各省的電價有較大差異。目前許多電力輸入省份都實行峰谷電價政策，即差別峰谷電價，鼓勵消費者在非高峰時段增加電力消費，在高峰時節(jié)約用電，有利于均衡供應(yīng)電力。
通過對不同地區(qū)儲能投資的經(jīng)濟性評價，該研究發(fā)現(xiàn)，部分地區(qū)儲能投資已經(jīng)能實現(xiàn)收益。在不需要補貼的情況下，投資儲能可以獲利。收益的水平除了受到電價差的影響外，也與峰谷時間段的劃分有關(guān)。如果從電網(wǎng)角度出發(fā)，考慮如何定價能夠使儲能系統(tǒng)充分發(fā)揮調(diào)峰作用，那么儲能技術(shù)的經(jīng)濟性可以大大提高。該項研究結(jié)果還說明，當(dāng)儲能投資達到最優(yōu)規(guī)模后，電網(wǎng)的負(fù)荷將更加均衡，電廠也可以以更加穩(wěn)定高效的模式運行。因此從投資潛力上看，將有很大的發(fā)展空間。
儲能技術(shù)必不可少
沒有就儲能技術(shù)發(fā)展對提高可再生能源滲透率，以及對分布式和微電網(wǎng)發(fā)展的影響進行評估?？梢哉f，該研究還難以證明目前儲能技術(shù)的有效性，而僅僅是想簡單地看看儲能技術(shù)究竟離我們有多遠。但這種探索性的研究是重要的，因為一旦儲能技術(shù)有所突破，世界的能源市場就可能會發(fā)生巨大變化。這種變化將使得我們的能源消費更加清潔，電網(wǎng)和發(fā)電廠的運行更加高效，可再生能源的使用比重也將得以大幅提高。由于這種改變才剛剛開始，沒有能夠直接感受到這些變化的影響，因此也很容易將其忽視。
可見，儲能技術(shù)不容忽視。近年來的技術(shù)進步使得儲能技術(shù)漸行漸近。在可以預(yù)見的將來，儲能技術(shù)的技術(shù)可行性和經(jīng)濟性將因技術(shù)進步而得到進一步增強。這種變化將深刻地影響世界的能源供應(yīng)方式和能源結(jié)構(gòu)，并將對傳統(tǒng)的能源企業(yè)以及生活方式產(chǎn)生巨大影響。
國際儲能形式是怎樣
國際能源署
國際能源署于2010年制定了《能源技術(shù)路線圖改進和實施指南》，2014年發(fā)布了《儲能技術(shù)路線圖》。該路線圖的內(nèi)容主要包括：調(diào)查能源系統(tǒng)中儲能的優(yōu)點并分類;探索新的方法，使得在利用儲能優(yōu)勢的同時降低成本，以及識別部署中的障礙;對其它技術(shù)進行競爭分析。主要研究的技術(shù)包括蓄電(機械轉(zhuǎn)換、化學(xué)轉(zhuǎn)化等)、蓄熱(水/冰蓄冷、熱化學(xué)存儲)。
國際能源署指出，儲能技術(shù)在大部分能源系統(tǒng)中極具價值，但不同儲能技術(shù)的成熟度大相徑庭;目前部分小規(guī)模儲能系統(tǒng)在偏遠社區(qū)和離網(wǎng)應(yīng)用中具有成本競爭力，而大型蓄熱技術(shù)在滿足許多地區(qū)的供暖制冷需求上具有競爭力;市場設(shè)計是加速儲能技術(shù)部署的關(guān)鍵;同時，還需要加強對儲能技術(shù)研究開發(fā)的公共支持。
路線圖提出了未來10年內(nèi)，成功開發(fā)和部署儲能技術(shù)所需要開展的最重要行動的建議。即，確定近期具有成本效益的利基市場并支持在這些領(lǐng)域的部署，激勵現(xiàn)有儲能設(shè)施的改造以提高效率和靈活性;通過消除價格扭曲和產(chǎn)生利益疊加打造良好的市場和監(jiān)管環(huán)境，支持還沒有廣泛部署的技術(shù)開展示范項目和處于早期發(fā)展階段的儲能技術(shù)研究開發(fā)，包括高溫蓄熱和可擴展電池以及混合儲能系統(tǒng);建立國際標(biāo)準(zhǔn)綜合數(shù)據(jù)集，并隨著儲能技術(shù)進步進行遞增式修訂;完成已建儲能設(shè)施的評估，定量化評價在特定區(qū)域和能源市場的儲能價值;開展國際和國家層面數(shù)據(jù)合作以加速研究、監(jiān)測進展和評估研發(fā)瓶頸。
歐盟
2009年歐盟委員會在技術(shù)路線圖的基礎(chǔ)上提出了《歐盟能源技術(shù)戰(zhàn)略規(guī)劃》。2011年歐盟委員會提出《能源技術(shù)材料戰(zhàn)略規(guī)劃》，并發(fā)表了《低碳能源技術(shù)材料路線圖》，作為歐盟能源技術(shù)戰(zhàn)略規(guī)劃技術(shù)路線圖的補充和擴展，其詳細(xì)描述了歐盟未來10年推進11項能源技術(shù)(風(fēng)電、光伏、太陽能熱發(fā)電、地?zé)?、蓄電、電網(wǎng)、生物能、化石能源、氫能和燃料電池、核裂變能以及建筑節(jié)能)發(fā)展的關(guān)鍵材料研究和創(chuàng)新活動。
《低碳能源技術(shù)材料路線圖》指出，蓄電是一項重要的技術(shù)，可以提高歐洲電力系統(tǒng)的可管理性和靈活性;目前，大多數(shù)儲能技術(shù)過于昂貴，在系統(tǒng)規(guī)模的廣泛部署和集成方面技術(shù)性能不足;材料往往限制性能提高，而這也是安全和可靠電網(wǎng)中存儲技術(shù)經(jīng)濟性、有效性和可靠性選擇方面的決定因素;將存儲技術(shù)帶入商業(yè)成熟階段，并加快過渡到大規(guī)模商業(yè)化是一項優(yōu)先任務(wù)。
為此，蓄電材料路線圖提出了一項全面的研究和發(fā)展計劃(如下圖)：針對低成本、安全和可持續(xù)的電化學(xué)、電解質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，具有超級電化學(xué)、熱學(xué)和力學(xué)性質(zhì)，能夠在極端工作條件下工作，循環(huán)壽命長，為歐洲面向能源技術(shù)(如鋰離子電池、氧化還原電池、壓縮空氣儲能、抽水蓄能)和電力技術(shù)(如電解電容、超導(dǎo)磁儲能和飛輪)提供具有工業(yè)潛力的創(chuàng)新電池/系統(tǒng)設(shè)計和制造工藝。這項計劃重點是發(fā)展新的電化學(xué)途徑和新興技術(shù)(如金屬空氣電池、固態(tài)電池、液態(tài)金屬系統(tǒng)等)概念驗證。
儲能研究水平較高的國家主要是日本、美國等發(fā)達國家，這些國家已經(jīng)具備較為完備的儲能研發(fā)基礎(chǔ)，并得到政府的充分重視，因此在路線圖研究上也往往比較超前和完善。
日本
早在2008年，日本經(jīng)濟貿(mào)易產(chǎn)業(yè)省就在“涼爽地球—能源技術(shù)革新項目”的框架下提出了一個高性能的儲能技術(shù)路線圖。該技術(shù)路線圖主要集中于能源傳輸問題，包括高效超導(dǎo)傳輸技術(shù)路線圖、高性能電力存儲技術(shù)路線圖、氫能生產(chǎn)、運輸與存儲技術(shù)路線圖。
“高效超導(dǎo)傳輸技術(shù)路線圖”要求，到2030年要實現(xiàn)傳輸距離由100米提升至數(shù)千米;電壓由66kV增加至275kV;電流由1kA增加至10kA;低功率由1W/m/phase降至0.3W/m/phase。關(guān)聯(lián)技術(shù)包括：冷凍機技術(shù)、系統(tǒng)管理技術(shù)、電氣絕緣技術(shù)、超導(dǎo)發(fā)電機(包括風(fēng)力發(fā)電)。
“高性能電力存儲技術(shù)路線圖”提出，到2040年設(shè)備的壽命由10年延長至20年，費用由40000JPY/(kWh)降至15000JPY/(kWh)。通過研發(fā)新概念電池(如金屬空氣電池)、加強型鋰電池、鈉硫電池、氧化還原液流電池、鎳金屬氫化物電池、加強型鎳氫電池、新概念電容器，從而極大地提高性能，減少費用。主要的關(guān)聯(lián)技術(shù)包括：住宅能源管理系統(tǒng)、大廈能源管理系統(tǒng)、地方級別的能源管理系統(tǒng)。
“氫能生產(chǎn)、運輸與存儲技術(shù)路線圖”指出：制氫由水解、化石燃料產(chǎn)氫發(fā)展到可再生能源制氫和光催化制氫等，可以極大地節(jié)約成本;氫的運輸技術(shù)由壓縮氫運輸、液態(tài)氫運輸、管道運輸轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏哼\輸、液態(tài)運輸，可以極大地提升運輸效率和安全性;儲氫技術(shù)由超高壓容器、液態(tài)氫容器到絡(luò)合物、有機金屬結(jié)構(gòu)可以極大地節(jié)約成本，延長存儲時間，提高安全性。主要的關(guān)聯(lián)技術(shù)包括：氫供給技術(shù)(建造小型加氫站，地方和國家規(guī)模的氫燃料供給系統(tǒng))、燃料電池電動汽車和燃料電池設(shè)施。
日本氫能生產(chǎn)、運輸與存儲技術(shù)路線圖
美國
盡管美國能源部發(fā)布的一些關(guān)于美國儲能市場和技術(shù)的研究結(jié)果比較有價值，但還未頒布聯(lián)邦層面的儲能技術(shù)路線圖。2014年9月，美國電力咨詢委員會通過了《2014儲能計劃評估報告》，對美國能源部關(guān)于儲能計劃戰(zhàn)略和行動進行了回顧和總結(jié)，并為能源部制定和實施其儲能項目提出了相關(guān)建議。
該報告建議，要通過科研部門重點研究輸電網(wǎng)。同時，儲能領(lǐng)域中的各國際機構(gòu)彼此間的合作應(yīng)變得更加的透明，且這種合作關(guān)系應(yīng)得到進一步的協(xié)調(diào)和強化。電力咨詢委員會還建議從以下幾個方面來重點研究或評估各項工作，分別是：傳輸層中的存儲連接方式;抽水蓄能和壓縮空氣儲能技術(shù);電力電子成本;監(jiān)管以及市場設(shè)計及其對儲能的影響。
美國各州則開始研究各自的儲能路線圖。2011年11月，加利福尼亞州發(fā)表了“2020加州儲能戰(zhàn)略分析報告”，該報告評估了不同的儲能技術(shù)，探討了不同政策對加州能源配置的影響，概述了關(guān)鍵技術(shù)的差距、未來研究的需求以及政策改革。為能源委員會、加州公共事業(yè)委員會和其它監(jiān)管機構(gòu)針對如何利用儲能技術(shù)有效地降低納稅人的成本、化石燃料的排放和增加可再生能源發(fā)電、并入加州電力系統(tǒng)問題提供了參考框架。
2012年，紐約電池與儲能技術(shù)聯(lián)盟(NY-BEST)負(fù)責(zé)紐約儲能技術(shù)路線圖規(guī)劃，評估了儲能技術(shù)的形勢，為紐約州正在發(fā)展的儲能行業(yè)制定了戰(zhàn)略大綱。該行業(yè)路線圖包含了廣泛的儲能技術(shù)，如鋰電池、燃料電池、超級電容器、飛輪、抽水蓄能、超導(dǎo)體和蓄熱器等。該路線圖研究技術(shù)、行業(yè)和政策三者在本州的定位，并針對每個方面提出重要的建議。
法國
法國將儲能作為未來投資的主要方向之一。2011年由法國環(huán)境與能源控制署(ADEME)組織制定了《儲能體系戰(zhàn)略路線圖》，目的是全面梳理儲能面臨的工業(yè)、技術(shù)、環(huán)境和社會問題，需要克服的技術(shù)、體制和社會經(jīng)濟障礙，更重要的是描繪出基于時間節(jié)點的優(yōu)先研究主題，包括產(chǎn)業(yè)研究、示范、產(chǎn)業(yè)化實驗及技術(shù)平臺測試等不同階段的需求。路線圖研究的結(jié)果作為ADEME在交通和固定儲能應(yīng)用領(lǐng)域研究項目招標(biāo)的依據(jù)。
參與路線圖制定的專家來自三個方面：(1)制造商，如阿爾斯通、SAFT、Enersys等;(2)研究機構(gòu)，如法國國家研究署、法國原子能委員會、法國國立科研中心等;(3)公用事業(yè)機構(gòu)和用戶，如法國電信、標(biāo)致集團、EDF、雷諾汽車等。
此外，法國政府和一些利益相關(guān)企業(yè)(法國電力公司、法國蘇伊士燃?xì)饧瘓F、德國意昂集團、阿爾斯通、帥福得等)資助了一項關(guān)于法國潛在儲能市場的研究。該研究共分為三個階段，首先是定義各項環(huán)節(jié)，收集戰(zhàn)略要素并完成各個環(huán)節(jié)的建模工作，確定能源愿景，形成概要并執(zhí)行，明確需求與服務(wù)。其次，對電氣系統(tǒng)、冷/熱網(wǎng)的需求進行評價，并評估其潛在市場。同時，結(jié)合技術(shù)問題，構(gòu)建儲能體系并提供備用解決方案。最后，根據(jù)構(gòu)建的經(jīng)濟模型分析儲能方案，并分析儲能系統(tǒng)對整個工業(yè)的影響。
法國儲能發(fā)展研究
英國
英國已經(jīng)發(fā)表了一些有價值的儲能研究成果，其中2011年未來低碳中心發(fā)表的《英國儲能的路徑》很可能成為英國的技術(shù)路線圖，這份報告分別從用戶主導(dǎo)、分布式、集中式三個方面制定了儲能部署的路徑，內(nèi)容如下。
(1)基于用戶主導(dǎo)的儲能路徑部署。2014年開始推廣智能電表，消費者能夠開始使用熱泵蓄能;2020年推廣微型發(fā)電和電動汽車，強制實施城市的低壓網(wǎng)絡(luò)，轉(zhuǎn)變蓄熱器的材料;2030年發(fā)展電動汽車與電網(wǎng)互動技術(shù)。
(2)基于分布式的儲能路徑部署。2010年采用分散式發(fā)電;2020年促進分布網(wǎng)絡(luò)運營商(DNO)發(fā)展，部署低壓與中壓網(wǎng)絡(luò);2030年實現(xiàn)智能的電網(wǎng)過濾。
(3)基于集中式的儲能路徑部署。2010年投資海上風(fēng)電;2013—2014年引入電子存儲記錄器機制，提升目前的抽水蓄能技術(shù);2020年引入碳捕集與封存。
儲能在電力市場中的應(yīng)用
儲能技術(shù)已被視為電網(wǎng)運行過程中 “ 采 – 發(fā) – 輸 – 配 –用 – 儲 ” 六大環(huán)節(jié)中的重要組成部分。系統(tǒng)中引入儲能環(huán)節(jié)后，可以有效地實現(xiàn)需求側(cè)管理，消除晝夜間峰谷差，平滑負(fù)荷，不僅可以更有效地利用電力設(shè)備、降低供電成本，還可以促進可再生能源的應(yīng)用，也可作為提高系統(tǒng)運行穩(wěn)定性、調(diào)整頻率、補償負(fù)荷波動的一種手段。
隨著我國電網(wǎng)大區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)的形成，以及可再生能源發(fā)電比例的快速增長，大規(guī)模儲能系統(tǒng)對確保大電網(wǎng)安全性和可靠性、加強區(qū)域電網(wǎng)峰谷負(fù)荷調(diào)節(jié)能力、提高輸變電能力、改善電能質(zhì)量等方面有著重要的作用。
儲能已被視為電網(wǎng)運行環(huán)節(jié)中的重要組成部分。各類型儲能在技術(shù)特性和經(jīng)濟性方面有著明顯區(qū)別，在電力系統(tǒng)中也有著不同的應(yīng)用方向。隨著我國電網(wǎng)大區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)的形成，以及可再生能源發(fā)電比例的快速增長，大規(guī)模儲能系統(tǒng)對確保大電網(wǎng)安全性和可靠性、加強區(qū)域電網(wǎng)峰谷負(fù)荷調(diào)節(jié)能力、提高輸變電能力、改善電能質(zhì)量等方面有著重要的作用。本文對各類儲能技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢進行探討。
