本文將規(guī)模儲能按放電時間的長短劃分為三個時段，分析了各時段儲能的作用及其適用技術(shù)。提出規(guī)模儲能技術(shù)發(fā)展的四條對策：安全第一，全面要求;劃分時段，分別應(yīng)對;物化并舉，各顯其能;完善現(xiàn)有，大力創(chuàng)新。歸納出規(guī)模儲能的八項關(guān)鍵技術(shù)，其中新提出“VG-2-G”方案，以賦能的甲醇、乙醇在增程式電動車上作長時段發(fā)電，匯集成超大功率解決電網(wǎng)因數(shù)日陰雨、靜風(fēng)天氣引起的嚴(yán)重缺電問題。(本文主要內(nèi)容出自作者在11月22日中國科技協(xié)會主辦的儲能研討會上的發(fā)言。)
實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)必需發(fā)展可再生能源，可再生能源發(fā)電的規(guī)模將不斷地快速增加，形成全新的電網(wǎng)、能源網(wǎng)。為了用好不穩(wěn)定、不適時的可再生能源，提高供電質(zhì)量，杜絕“棄風(fēng)、棄光”現(xiàn)象，還要應(yīng)對連續(xù)陰雨天、無風(fēng)天可再生能源發(fā)電嚴(yán)重不足的問題，必需儲能來調(diào)節(jié)。

對規(guī)模儲能技術(shù)的要求可以劃分為三個層次：第一層次是安全第一，不安全則一切皆空;第二層次包括循環(huán)壽命長、造價低、能量轉(zhuǎn)換效率高等與運行經(jīng)濟效益直接相關(guān)的指標(biāo);第三層次包括比能量、比功率、環(huán)境友好、使用方便性、地理適應(yīng)性等應(yīng)盡量提高的指標(biāo)。

我國規(guī)模儲能當(dāng)今的主力是抽水蓄能，已建成的已超過3000萬千瓦，在建的超過5000萬千瓦，到2030年可能要達(dá)到1.2億千瓦。抽水蓄能技術(shù)成熟，設(shè)備實現(xiàn)了國產(chǎn)化;除了能量轉(zhuǎn)換效率偏低外，其它性能堪稱滿意，值得注意的是單位造價逐年上升。

抽水蓄能之外的技術(shù)現(xiàn)在統(tǒng)稱為新型儲能技術(shù)，發(fā)展較快。其中，電化學(xué)儲能技術(shù)已可在單站規(guī)模上與抽水蓄能達(dá)到比肩的水平!

一、 按時段的儲能需求及相應(yīng)的技術(shù)

新型儲能建設(shè)周期短、投資少、調(diào)節(jié)靈活、效率高、技術(shù)路線多元。其中，物理法的能量轉(zhuǎn)換效率小于70%，有待提高。而電化學(xué)法成本下降、規(guī)?？纱?、壽命夠長，能量轉(zhuǎn)換效率高，適用范圍廣，前途可期。

二、 完善已在規(guī)模儲能的三種電化學(xué)技術(shù)

1、鉛炭電池——鉛酸電池負(fù)極中添加特種多孔炭

防化研究院與杭州南都電源和江蘇雙登集團合作，并設(shè)立院士工作站，在我國最早研究成功鉛炭電池。工信部“強基工程”支持了江蘇雙登和浙江南都，各形成了年產(chǎn)1GWh鉛炭電池產(chǎn)能。發(fā)改委、工信部等部委又于2016年4月7日、2016年6月20日、2016年8月及2017年9月22日的四個文件中均曾鼓勵發(fā)展鉛炭電池。

鉛炭電池安全性高，在60%部分荷電態(tài)下充放電的壽命可達(dá)6000次，能量轉(zhuǎn)換效率>85%，而且鉛廉價，容易再生復(fù)用。經(jīng)近些年政府主導(dǎo)、行業(yè)積極響應(yīng)配合的整頓，淘汰了近90%的落后鉛電池企業(yè)，工藝、設(shè)備進步很大，鉛污染問題得到根本性的治理。

我國鉛炭電池儲能電站的總裝機已超過1GWh，最大的單站容量300MWh;并為德國建了一座50MW/75MWh的電站，兼有電網(wǎng)調(diào)頻和削峰填谷的功能。今年南都電源與美國德克薩斯州的大型光-儲電站項目簽訂4GWh鉛炭電池合同，8月起已按月分期供貨。

現(xiàn)在鉛炭電池的比能量在35-40Wh/kg，部分荷電態(tài)下實用的僅20-25Wh/kg，應(yīng)予提高。還要進一步提高循環(huán)壽命。

2、鉻鐵液流電池——最古老而煥發(fā)青春的液流電池，具有安全性高、壽命長的特點。

該電池的正極溶液的活性物質(zhì)為Fe+2/ Fe+3+ Cr+3，負(fù)極溶液為Cr+2/ Cr+3+ Fe+2，避免了兩溶液成分互串引起的問題。

國家電投集團利用海歸馬志啟博士的技術(shù)作工程開發(fā)，正在建廠準(zhǔn)備批量生產(chǎn)。

鉻鐵液流電池的比能量約20Wh/kg，其電堆的比功率(決定于電極的電流密度)有待提高;此外，液流電池是一個電化工廠，要提高可靠性;還要提高電堆的比功率。

3、鋰離子電池

在電動汽車發(fā)展的帶動下，鋰離子電池技術(shù)進步很快，價格迅速下降，能量轉(zhuǎn)換效率> 90%，壽命延長。其中磷酸鐵鋰電池的壽命達(dá)萬次，電池單體比能量提高到180Wh/kg，在我國電化學(xué)儲能中現(xiàn)占了主要位置。

LiFePO4中的氧束縛在磷酸根中，不易產(chǎn)生助燃的氧，安全性比三元材料高些。但也發(fā)生燃燒、爆炸。韓國儲能電站用三元電池，至今已燃燒、爆炸了32個電站;美國本土及美國Tesla在澳大利亞建的鋰離子電池儲能電站也發(fā)生了燃燒事件。這類電池在充放電時溫度都可能升高，于是電池內(nèi)部“燃燒三要素”同在，一旦燃起，燒的是占電池重量20%的易燃有機電解液，極難撲滅。我國太原燒了兩座電站，用的是三元鋰離子電池。鎮(zhèn)江、北京兩座電站一燒一炸，用的是磷酸鐵鋰電池。鋰離子電池的安全性堪憂

要提高鋰離子電池的安全性;要控制儲能電站的單站規(guī)模，以降低事故概率;還應(yīng)設(shè)立儲能電站強制保險規(guī)定，減緩?fù)顿Y人的后顧之憂。

電動汽車的下崗電池堆積如山，有人提出在規(guī)模儲能中梯次利用。再次警告：此做法太危險，切切不可采用!(可以“以大化小”、加以篩選、作分散利用，但不可聚集使用。為此，應(yīng)該推行電池免焊接成組技術(shù)。)

三、 要發(fā)展儲能專用的安全水系電池

由于鋰離子電池的性價比迅速提高，促使我國主管部門在儲能中也過分熱衷于它，而忽視了電池的安全性?，F(xiàn)實是好老師，它指出必須改弦更張了。

幾年來我曾一再提出，要為規(guī)模儲能電站研制新型專用水系電池;要求：(1)安全和價格達(dá)鉛炭電池水平，但比能量超過之;(2)壽命向液流電池看齊，但效率、方便性超過之。(3)比能量向鋰離子電池接近，但安全性超過之。即集三種電池的優(yōu)點，避三種電池的不足，這是一個大難題!

近幾年來國內(nèi)、外報道了一些水系電池研究，尚無理想結(jié)果。

電池發(fā)展歷史說明，從一個新原理提出到實際應(yīng)用，至少要經(jīng)過10至15年的驗證、改進、工程化才能產(chǎn)業(yè)化。建議主管部門加強戰(zhàn)略眼光，盡早選擇支持三、四個高安全性水系電池方案開展創(chuàng)新性研究，以便在盡量短的時間內(nèi)做出一、兩個適合規(guī)模儲能的新電池來。

四、 長時段儲能——儲能于化學(xué)物質(zhì)中

在向碳中和目標(biāo)的邁進中，光伏和風(fēng)能發(fā)電量將在電能供應(yīng)中占據(jù)主要份量。為應(yīng)對數(shù)日陰雨、靜風(fēng)天氣引起的電網(wǎng)嚴(yán)重缺電問題，現(xiàn)有的物理、電化學(xué)儲能均已無能為力。于是有人倡導(dǎo)“氫能”--電解水制氫，儲能于氫氣中;但是，規(guī)模儲存氫氣問題很多：設(shè)備貴，輸運難，壓縮耗能高┅ ┅ 。有人倡導(dǎo)將氫氣轉(zhuǎn)成液氨，緩解儲存的難題;但是氨氣壓縮成液體也耗能，壓力容器儲存也不方便，而且有毒、有刺激味道。

以液態(tài)有機能源材料形式儲能，具有體積小，成本低，儲運方便的優(yōu)點。例如，電解水制成的氫氣作為化工生產(chǎn)的原料，轉(zhuǎn)化CO2為甲醇，在儲能的同時又消除CO2;或者，直接電解還原CO2為甲醇，此法要研究高效電極，以降低能耗。

太陽能還可以通過生物質(zhì)(甜高粱、秸稈、陳糧)轉(zhuǎn)化為乙醇。

接下來的關(guān)鍵問題是，儲于化學(xué)物質(zhì)中的化學(xué)能如何大規(guī)模、廉價、及時地轉(zhuǎn)化為電能、持續(xù)若干天供全社會使用。以后火電廠不占重要分量，化學(xué)物質(zhì)已無從當(dāng)作燃煤來發(fā)電了。

氫能與華貴又嬌氣的質(zhì)子交換膜燃料電池并無必然聯(lián)系，它可有多種更便宜、更可靠的用法，如內(nèi)燃機、燃?xì)廨啓C、SOFC等。所以不要夸大氫能和質(zhì)子交換膜燃料電池的作用!在實事求是地比較全壽期的能效和經(jīng)濟效益后，將會認(rèn)識到“氫能-燃料電池”該降降溫!

使用甲醇、乙醇發(fā)電，如要準(zhǔn)備若干億千瓦的發(fā)電設(shè)備，專為應(yīng)對偶然發(fā)生的大規(guī)模電荒，在經(jīng)濟性上不合算，在實際上也不可行。為此，本人提出新解決方案“VG-2-G” ┅Vehicle Generators-to-Grid ，利用增程式電動車上的發(fā)電機送電到電網(wǎng)。

增程式電動車是在純電動車上加裝發(fā)電機，電池與發(fā)電機并聯(lián)，比燃油車節(jié)油50%;可解決純電動車的安全、里程、充電、電池壽命等焦慮，是電動車的發(fā)展方向。未來增程式電動車不燒油，而燒甲醇、乙醇等由太陽能轉(zhuǎn)化來的燃料，是近零排放! 屆時如有4億輛車，一半作必要的行駛、一半閑置而發(fā)電，平均每輛30kW，共可有發(fā)電功率60億kW，能夠充分滿足全社會用電需求而有余。

現(xiàn)有“V-2-G”(Vehicle -to-Grid )方案，是用純電動車的電池儲存電網(wǎng)的電，必要時向電網(wǎng)送電，其所儲電量終究有限，而且消耗電池的壽命。新方案“VG-2-G”的優(yōu)點是，不設(shè)廠、不占地、投資少、不影響電池壽命、車主可得回報而有積極性。剩下的問題就是及時、流動式給發(fā)電車輛補充液體燃料，這顯然是不難解決的。

其實，“VG-2-G”方案還可用以解決電網(wǎng)尖峰缺電的困擾，免除為了一天內(nèi)只有幾十分鐘的尖峰用電而化大代價建設(shè)使用效率不高的備用發(fā)電能力。這種用途可能比上述偶發(fā)的長時段大規(guī)模嚴(yán)重缺電更加頻繁、更加急迫，又更容易操作。電網(wǎng)部門可在增程式電動汽車發(fā)展到一定規(guī)模時先行試用，積累經(jīng)驗。