2012年储能产业研究白皮书

12012年储能产业研究白皮书2011年，是中国十二五规划开局之年，也是中国储能行业发展具有特别意义的一年。2011年，储能专委会的项目数据库先后收集到了国网张北风光储能项目、中国电科院风电储能研究项目等40多个在2011年实施的储能应用项目，分别贯穿了可再生能源的接入、输配电、分布式发电、微网以及电动汽车充放储换一体化领域。这些项目的成功实施意味着中国的储能产业充满了希望和潜力。我们有理由相信，在十二五期间，中国的储能产业完全有可能突破瓶颈，实现跨越式发展。2011年，全球储能行业在技术开发和市场应用方面依然保持较快的发展速度。通过对全球在过去十年200多个大型储能项目的研究分析，我们认为储能技术在传统发电、输配电、电力需求侧、辅助服务、新能源接入等不同领域应用前景十分广泛，对社会进步和经济发展影响巨大。我们发现在欧美等国，储能产业已经被列入国家战略高度，这些国家正在通过有力的产业政策和持续投入，不断储能行业的创新和研发。我们认为，在现阶段，社会各界对储能产业的深入认识对这一领域的发展至关重要。储能产业是能源结构转化的关键和推手，中国拥有全世界昀富潜力的市场。如果社会各界能充分认识到储能产业是转化能源结构的关键，认识到储能产业对于加快社会进步、推动经济发展的重要意义，储能产业就能获得更快更好的发展。从美国和欧洲的经验看，政府的作用对推动储能产业发展至关重要。政府可以通过发布专门针对储能产业的政策、法规，通过对科研创新的鼓励支持，通过对重点示范项目的投入引导，着力培育储能产业市场主体，着力建设储能应用市场等举措，不断推动储能产业发展，消除能源结构转化的瓶颈环节。但要像日本、美国一样，把储能做为一个独立的产业出台相关政策，中国还面临从技术到应用上的双重挑战。在2011年白皮书论述技术的基础上,2012年白皮书的重点聚焦在应用项目的研究上。本白皮书对储能在电力系统各个环节的应用类型进行了归纳2总结，对全球范围各种应用项目进行了追踪和解读，力求能够让读者对全球过去10年储能行业发展、特别是对储能应用进行系统了解。我们力求客观、准确地结合相关各方的意见，把产业的前瞻性研究呈现给大家。但限于我们的认识水平和有限经验，不一定能够完全帮助读者了解目前行业发展的困惑，认识产业当前发展的现状和瓶颈。我们希望得到更多的反馈、建议和意见，帮助我们更准确地把握技术的发展动向、市场的发展趋势，从而确立我们的研究方向和重点。中关村储能产业联盟储能专委会会长俞振华第一章储能技术在电力系统中的应用及示范项目一、储能在电力系统中应用和示范的意义储能应用于电力系统中将改变电能生产、输送和使用同步完成的模式，弥补电力系统中缺失的“储放”功能，以达到优化电力资源配置、提高电能质量、促进可再生能源利用及节能减排的目的。北极星智能电网在线记者在2011版白皮书中看到：中国将发展储能的意义归纳为：未来电网的必要组成部分、大规模可再生能源的接入、削峰填谷节约能源、提高电网效率延缓建设投资、保证电力系统的安全性等五大方面。由此可见，大规模储能技术必需结合电力系统的具体应用来进行价值分析。二、带动储能在电力系统中应用的重点领域储能是智能电网、可再生能源接入、分布式发电和微网以及电动汽车发展的必不可少的支撑技术。这些领域巨大的发展前景也给储能创造出前所未有的发展机遇。（一）智能电网与储能3美国能源部将智能电网定义为“一种自愈型、消费者可积极参与、可抵御攻击和自然灾害的电网。该电网能够使资产的使用和运行效率昀优化，能够为数字经济提供高质量电能，能够容纳各种发电形式以及储能设备，允许引入新技术、新服务以及新的市场模式”。欧洲智能电网技术平台对智能电网的理解为“一种可以将发电厂和消费者智能结合起来的电力网络，从而高效的提供持续的、经济的、安全的电能。”在中国，中国电力科学研究院定义智能电网为“以物理电网为基础，将现代先进的传感测量技术、通讯技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集成而形成的新型电网。”中国国家电网公司扩展了“智能”的含义，并结合中国电力系统的实际情况，提出了发展中国坚强型智能电网，即坚强智能电网将主要围绕发电、输电、变电、配电、用电、调度等六大环节及通信信息平台进行建设，全面覆盖传统电力系统的所有领域。储能技术是智能电网建设的重要组成部分，渗透于电力系统的发电、输电、变电、配电、用电的各个环节，美国电力存储协会（ElectricityStorageAssociation）总结了储能在智能电网中的应用：发电系统：能量管理，峰荷运行，负荷跟踪，负荷调节输配电系统：电能质量管理，稳定性及可靠性提高，缓解电网阻塞，延缓电网投资辅助服务：频率控制，旋转备用管理，备用容量管理，长时期备用管理可再生能源：可再生能源发电控制及系统集成，系统错峰发电，可再生能源储备电力用户：不间断电源，容量费用管理，分时电价管理，无功及电压支持（二）风电并网与储能4近年来，我国风电产业持续快速发展。国家能源局2011年12月15日公布了一系列可再生能源“十二五”规划目标，到2015年风电将达1亿千瓦，年发电量1900亿千瓦时，其中海上风电500万千瓦。风电的装机量比例到2015年占全部装机量比例的7%以风电为代表的可再生能源逐步成为我国昀主要的、新型的发电电源。但是现阶段，由于多数风电基地远离负荷中心，电网结构薄弱，缺乏电源支撑，需要高电压大容量远距离输送，风电随机性和反调峰性的特点，使主网调峰调压、频率控制等方面难度增加，加大了电网安全稳定运行的风险。另外，一些受端电网功率随风电出力而变化较大，增加了电网调频的难度，使局部电网安全风险增加。在送出线路还未建成，本地调峰调频机组容量有限的情况下，风电发展遭遇“瓶颈”。储能作为提高电网柔性、提高本地电网消纳风电能力的关键技术之一，相对高压跨省跨区域电网输电线路、调峰调频机组、负荷端管理来说，有着其独有的优点：调峰调频能力强。主要是指响应速度快，信息化、自动化程度高，方便电网调度减少备用机组容量，提高机组运行效率，减少温室气体排放零排放的平衡手段。储能技术在风电接入方面的应用，电能来自风电，调节过程中保证零排放。符合发展风电的初衷技术选择多、施工安装简便，施工周期短。除抽蓄、地下压缩空气储能技术外，储能电站的安装受场地限制较少，容易施工。不涉及移民、大规模征地等问题（三）分布式发电、微网与储能分布式发电供能是指利用各种可用的分散存在的能源，包括可再生能源（如太阳能、生物质能、小型风能、小型水能、波浪能等）和本地可方便获取的化石类燃料（主要指天然气）进行发电。分布式发电系统既可发电，也5可供冷、供热，是一种能源的高效利用方式。为使分布式发电得到充分利用，微型电网（MicroGrid，简称微网）应运而生。微网是指由分布式电源、储能装置、能量变换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与大电网并网运行，也可以孤立运行。微网是未来分布式发电系统的高级应用形式。我国将分布式能源的发展战略列入国家“十二五”发展规划。国家能源局提出到2020年，在全国规模以上城市推广使用分布式能源系统，装机容量达到5000万千瓦，并拟建设10个具有各类典型特征的分布式能源示范区域。在“十二五”期间，将在太阳能、风能占优势的地区建设微电网示范区，同时还将推动建设100座新能源示范城市。储能系统作为微网必要的能量缓冲环节，增大了系统的惯性，可以提高系统的电能质量，使整个微网系统稳定运行。它不仅避免了为满足负荷高峰期而额外安装的发电机组，同时充分利用了负荷低谷期系统的剩余发电量，避免了能量浪费。同时，储能系统还可以作为备用电源使用，提高了微网的供电可靠性。（四）电动汽车与储能电动汽车的发展将汽车生产与电力系统结合了起来，电动汽车的动力电源在实现了汽车作为交通工具的作用之外，还能将其变成一种可能的备用电源，通过动力电池的梯次使用和电动汽车的V2G模式，汽车的动力电池作为储能产品可以成为帮助电网进行调峰、调频等应用的备用电源。电池的梯次利用是指电动汽车电池使用周期结束后根据其性能进行不同梯次利用。当电池只能充满原有电容量80%的时候，就不再适合继续在电动汽车上使用。通过梯次利用，二次的动力电池可以有其他用途，如：安装在建筑使用的太阳能光伏储能系统中，辅助可再生能源的稳定输出、利用充放功能进行调峰、可以用作备用电源及不间断电源（UPS）。6V2G（Vehicle‐to‐grid的简称）技术是昀近几年发展起来的新型技术。主要是指电动汽车与电网的能量管理系统通信，并受其控制，实现电动汽车与电网间的能量转换（充、放电）。V2G技术的使用，可以实现用户的电费管理、提高供电可靠性、削峰填谷以及稳定可再生能源发电接入等用途。电动汽车作为一种储能设备，具有其自身的优势。首先，电动汽车在使用中有90%的时间处于停泊状态，车载电池可以被看作一个储能单元。其次，电动汽车淘汰下来的二次电池也可以作为储能设备提供几小时稳定电量。因此，电动汽车产业与储能产业的发展有着密切的联系。电动汽车产业的发展也将促进储能产业的发展。三、储能在电力系统的各类应用及示范项目储能技术在电力行业的应用分类及示范项目见下表。表1：储能技术在电力行业的应用分类及示范项目78第二章储能技术及产业链分析在2011版白皮书里，我们为大家详细介绍了12种储能技术，这些技术分别归属于物理储能、化学储能以及其他储能三大类，这十二种技术各有特点（技术详细内容见2011版白皮书），分别为抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能、铅酸电池、锂离子电池、液流电池、熔融盐电池、镍氢电池、电化学电容器、燃料电池、金属‐空气电池和超导储能。一、储能技术比较由于储能的应用尚处于初期阶段，各类储能技术的发展均未定型，本报告仅从现有的（主要为2000年后到2011年底）全球储能示范或者商用项目中，对各类储能技术进行比较。9从功率等级和放电持续时间上看，抽水蓄能、压缩空气储能、液流电池、钠硫电池均可用在削峰填谷等能量型应用领域。这其中抽水蓄能是昀成熟的技术，钠硫电池是化学电池领域昀成熟的技术。飞轮储能和锂离子电池的反应速度快，能够提供MW级的瞬时功率输出，可用在电力调频等功率型应用的领域。其中，飞轮储能的功率密度高，尤其适合用在调频等功率型应用领域。从系统每千瓦时的造价来看，抽水蓄能、压缩空气储能、锌‐空气电池成本较低。尽管近年来其他储能电池的成本都成下降趋势，但在较长的时间内，还很难和抽水蓄能等在造价上形成竞争。另外，从每千瓦造价来看，飞轮储能，超级电容储能、超导储能的成本都不高，但如果从每千瓦时造价来看，竞争力显著下降，因此，这类储能技术从造价上看更适合提供短时功率型应用，并不适合持续时间长的能量型应用领域。先进铅酸电池无论从每千瓦时造价还是每千瓦造价来看，都有一定优势，但该技术尚未成熟，所以并没有得到广泛推广。从循环寿命看，抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能、超级电容器以及超导储能的循环寿命都超过了100000次，非常适合应用于需要频繁充放电的场合，化学储能领域的全钒液流电池也拥有较长的循环寿命。在应用领域方面，钠硫电池在电网调峰、负荷转移和备用容量（旋转备用等）领域和可再生能源并网领域的应用比例昀高，是化学储能领域较成熟的技术。液流电池在此领域也有一定的应用。锂离子电池技术除在这些领域占一定比例外，在电网频率调节方面的表现较为突出。另外，飞轮储能和先进铅酸电池在调频领域也有应用案例。二、储能技术初期的产业链我们选取了四种技术（锂离子、全钒液流电池、压缩空气储能和超级电容）进行产业链分析。无论是在国际市场还是国内市场，这四种技术已经初步形成了产业链，即在上游原材料和产品生产环节较成熟，而在应用和市场环节还有很大的发展和完善空间。10图1：储能产业链简图表2：具体产业链分析11第三章新兴储能技术一、超级电容新技术超级电容器在新能源发电、电动汽车、信息技术、航空航天、国防科技等领域中具有广泛的应用前景。目前扣式电容器已是比较成熟的产品，也是12目前市场量昀大的产品。有机电解液对称型超级电容器是