本文將規(guī)模儲(chǔ)能按放電時(shí)間的長(zhǎng)短劃分為三個(gè)時(shí)段，分析了各時(shí)段儲(chǔ)能的作用及其適用技術(shù)。提出規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展的四條對(duì)策：安全第一，全面要求;劃分時(shí)段，分別應(yīng)對(duì);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(chǔ)能的八項(xiàng)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(dòng)車上作長(zhǎng)時(shí)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(wèn)題。(本文主要內(nèi)容出自作者在11月22日中國(guó)科技協(xié)會(huì)主辦的儲(chǔ)能研討會(huì)上的發(fā)言。)
實(shí)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(shí)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(duì)連續(xù)陰雨天、無(wú)風(fēng)天可再生能源發(fā)電嚴(yán)重不足的問(wèn)題，必需儲(chǔ)能來(lái)調(diào)節(jié)。

對(duì)規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)的要求可以劃分為三個(gè)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(zhǎng)、造價(jià)低、能量轉(zhuǎn)換效率高等與運(yùn)行經(jīng)濟(jì)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(guó)規(guī)模儲(chǔ)能當(dāng)今的主力是抽水蓄能，已建成的已超過(guò)3000萬(wàn)千瓦，在建的超過(guò)5000萬(wàn)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(shí)現(xiàn)了國(guó)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(jià)逐年上升。

抽水蓄能之外的技術(shù)現(xiàn)在統(tǒng)稱為新型儲(chǔ)能技術(shù)，發(fā)展較快。其中，電化學(xué)儲(chǔ)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(shí)段的儲(chǔ)能需求及相應(yīng)的技術(shù)

新型儲(chǔ)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(zhǎng)，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(chǔ)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(tuán)合作，并設(shè)立院士工作站，在我國(guó)最早研究成功鉛炭電池。工信部“強(qiáng)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(gè)文件中均曾鼓勵(lì)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(jià)，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(jìn)步很大，鉛污染問(wèn)題得到根本性的治理。

我國(guó)鉛炭電池儲(chǔ)能電站的總裝機(jī)已超過(guò)1GWh，最大的單站容量300MWh;并為德國(guó)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(guó)德克薩斯州的大型光-儲(chǔ)電站項(xiàng)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(shí)用的僅20-25Wh/kg，應(yīng)予提高。還要進(jìn)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(zhǎng)的特點(diǎn)。

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(wèn)題。

國(guó)家電投集團(tuán)利用海歸馬志啟博士的技術(shù)作工程開(kāi)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(gè)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(dòng)汽車發(fā)展的帶動(dòng)下，鋰離子電池技術(shù)進(jìn)步很快，價(jià)格迅速下降，能量轉(zhuǎn)換效率> 90%，壽命延長(zhǎng)。其中磷酸鐵鋰電池的壽命達(dá)萬(wàn)次，電池單體比能量提高到180Wh/kg，在我國(guó)電化學(xué)儲(chǔ)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(guó)儲(chǔ)能電站用三元電池，至今已燃燒、爆炸了32個(gè)電站;美國(guó)本土及美國(guó)Tesla在澳大利亞建的鋰離子電池儲(chǔ)能電站也發(fā)生了燃燒事件。這類電池在充放電時(shí)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(jī)電解液，極難撲滅。我國(guó)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(chǔ)能電站的單站規(guī)模，以降低事故概率;還應(yīng)設(shè)立儲(chǔ)能電站強(qiáng)制保險(xiǎn)規(guī)定，減緩?fù)顿Y人的后顧之憂。

電動(dòng)汽車的下崗電池堆積如山，有人提出在規(guī)模儲(chǔ)能中梯次利用。再次警告：此做法太危險(xiǎn)，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(chǔ)能專用的安全水系電池

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

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

近幾年來(lái)國(guó)內(nèi)、外報(bào)道了一些水系電池研究，尚無(wú)理想結(jié)果。

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

四、 長(zhǎng)時(shí)段儲(chǔ)能——儲(chǔ)能于化學(xué)物質(zhì)中

在向碳中和目標(biāo)的邁進(jìn)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(duì)數(shù)日陰雨、靜風(fēng)天氣引起的電網(wǎng)嚴(yán)重缺電問(wèn)題，現(xiàn)有的物理、電化學(xué)儲(chǔ)能均已無(wú)能為力。于是有人倡導(dǎo)“氫能”--電解水制氫，儲(chǔ)能于氫氣中;但是，規(guī)模儲(chǔ)存氫氣問(wèn)題很多：設(shè)備貴，輸運(yùn)難，壓縮耗能高┅ ┅ 。有人倡導(dǎo)將氫氣轉(zhuǎn)成液氨，緩解儲(chǔ)存的難題;但是氨氣壓縮成液體也耗能，壓力容器儲(chǔ)存也不方便，而且有毒、有刺激味道。

以液態(tài)有機(jī)能源材料形式儲(chǔ)能，具有體積小，成本低，儲(chǔ)運(yùn)方便的優(yōu)點(diǎn)。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(chǔ)能的同時(shí)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(yáng)能還可以通過(guò)生物質(zhì)(甜高粱、秸稈、陳糧)轉(zhuǎn)化為乙醇。

接下來(lái)的關(guān)鍵問(wèn)題是，儲(chǔ)于化學(xué)物質(zhì)中的化學(xué)能如何大規(guī)模、廉價(jià)、及時(shí)地轉(zhuǎn)化為電能、持續(xù)若干天供全社會(huì)使用。以后火電廠不占重要分量，化學(xué)物質(zhì)已無(wú)從當(dāng)作燃煤來(lái)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(wú)必然聯(lián)系，它可有多種更便宜、更可靠的用法，如內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、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(shí)事求是地比較全壽期的能效和經(jīng)濟(jì)效益后，將會(huì)認(rèn)識(shí)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(duì)偶然發(fā)生的大規(guī)模電荒，在經(jīng)濟(jì)性上不合算，在實(shí)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(dòng)車上的發(fā)電機(jī)送電到電網(wǎng)。

增程式電動(dòng)車是在純電動(dòng)車上加裝發(fā)電機(jī)，電池與發(fā)電機(jī)并聯(lián)，比燃油車節(jié)油50%;可解決純電動(dòng)車的安全、里程、充電、電池壽命等焦慮，是電動(dòng)車的發(fā)展方向。未來(lái)增程式電動(dòng)車不燒油，而燒甲醇、乙醇等由太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化來(lái)的燃料，是近零排放! 屆時(shí)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(huì)用電需求而有余。

現(xiàn)有“V-2-G”(Vehicle -to-Grid )方案，是用純電動(dòng)車的電池儲(chǔ)存電網(wǎng)的電，必要時(shí)向電網(wǎng)送電，其所儲(chǔ)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(diǎn)是，不設(shè)廠、不占地、投資少、不影響電池壽命、車主可得回報(bào)而有積極性。剩下的問(wèn)題就是及時(shí)、流動(dòng)式給發(fā)電車輛補(bǔ)充液體燃料，這顯然是不難解決的。

其實(shí)，“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(jià)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(zhǎng)時(shí)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(dòng)汽車發(fā)展到一定規(guī)模時(shí)先行試用，積累經(jīng)驗(yàn)。