作為能源體系的重要組成部分、能源互聯(lián)網(wǎng)的主要環(huán)節(jié)之一，儲能和儲能技術(shù)的發(fā)展近年來獲得了學術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的極大重視。以鋰離子電池技術(shù)為代表的儲能技術(shù)取得了足進步并獲得了相當廣泛的應(yīng)用，成為新能源汽車產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的核心因素。

 

同時，儲能技術(shù)是紛繁復(fù)雜，涉及眾多學科交叉融合的一大類技術(shù)體系，具有諸多技術(shù)指標，見下圖。那么，儲能技術(shù)的發(fā)展方向應(yīng)該如何呢？我們不妨立足電力系統(tǒng)已經(jīng)成為社會生活的關(guān)鍵組成部分，儲能發(fā)揮的作用相當程度上和網(wǎng)電類似這一事實，以實際需求為導(dǎo)向，從儲能和電力系統(tǒng)的關(guān)系出發(fā)通過不同的應(yīng)用情景看儲能技術(shù)的發(fā)展趨勢。

 

儲能技術(shù)的評價指標體系

 

簡單而言，考慮到電力系統(tǒng)和儲能在滿足用能側(cè)需求方面的相似性，儲能技術(shù)的應(yīng)用情景可以分為強聯(lián)系情景（用能側(cè)可以完全使用網(wǎng)電，儲能系統(tǒng)隨時能和電力系統(tǒng)進行能量交換且能量交換的時間遠小于儲能系統(tǒng)供能時間）、中聯(lián)系情景（用能側(cè)不能直接使用網(wǎng)電或使用受限，儲能系統(tǒng)和電力系統(tǒng)進行能量交換的時間和儲能系統(tǒng)供能的時間基本可比）和弱聯(lián)系情景（用能側(cè)不能直接使用網(wǎng)電，儲能系統(tǒng)和電力系統(tǒng)進行能量交換的時間相當程度上大于儲能系統(tǒng)供能時間，甚至很難使用網(wǎng)電充能）三種。見下圖。

 

儲能和電力系統(tǒng)的不同關(guān)系情景

 

強聯(lián)系情景下儲能技術(shù)的發(fā)展趨勢

 

對于強聯(lián)系情景，網(wǎng)電本身就是儲能應(yīng)用的強大替代品。立足于峰谷差套利、可再生能源消納等應(yīng)用方式的儲能技術(shù)，不論抽水蓄能、壓縮空氣儲能、蓄電池或液流電池等，其核心痛點在于考慮能量循環(huán)效率，循環(huán)壽命與日歷壽命等各種因素后，儲能技術(shù)的度電儲能成本（可以理解為儲能系統(tǒng)向用能側(cè)放出一度電的綜合成本）是否可以廉價到低于峰谷價差，并取得投資收益的程度。所以，應(yīng)用于強聯(lián)系應(yīng)用情景的儲能技術(shù)，其發(fā)展趨勢主要是在保證安全性的前提下降低度電儲能成本——抽水蓄能技術(shù)因此而誕生、發(fā)展、成熟并成為目前裝機容量最大的儲能技術(shù)，見下圖；壓縮空氣儲能技術(shù)，鉛酸/鉛炭電池技術(shù)，液流電池技術(shù)，鈉硫電池技術(shù)和鋰離子電池技術(shù)，對標供熱價格的儲熱技術(shù)等，都將遵循這條發(fā)展路徑。

 

美國能源部的全球儲能數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計的儲能設(shè)施裝機容量

 

特殊需要說明的是，上述假設(shè)要求網(wǎng)電是理想化的。事實上，當儲能系統(tǒng)為不夠理想的電力系統(tǒng)提供補充時，應(yīng)用的收益可能更高。如美國CAISO電力市場中儲能參加調(diào)頻等輔助服務(wù)可以獲取可觀收益，見下圖；儲能設(shè)施替代建設(shè)成本較高，用于滿足調(diào)峰調(diào)頻爬坡等需求的燃煤/燃氣電站也可以實現(xiàn)更低的社會總成本等。在為電力系統(tǒng)提供補充時，儲能技術(shù)的發(fā)展趨勢則是提高滿足特定需求的性能，或降低滿足特定需求所付出的成本——具備相當程度靈活性的鉛酸/鉛炭電池技術(shù)，鋰離子電池技術(shù)乃至超級電容技術(shù)等，將力爭以此分得電力系統(tǒng)范圍內(nèi)的可觀利潤。

 

典型月CAISO電力市場中儲能項目參與輔助服務(wù)的收益情況

 

中聯(lián)系情景下儲能技術(shù)的發(fā)展趨勢

 

“剪不斷，理還亂”可以認為是中聯(lián)系情景下儲能技術(shù)處境的真實寫照。無論近年來大紅大紫的新能源汽車，還是更新了一代又一代SoC性能屢創(chuàng)新高的智能手機，里程焦慮和續(xù)航時間的需求在相當程度上都持續(xù)存在。顯而易見，在保證安全性條件下儲能技術(shù)成本的降低和能量密度的提升是核心需求。如三元鋰電池對磷酸鐵鋰電池市場份額的逐步取代，甚至補貼體系的設(shè)計也通過補貼系數(shù)手段為能量密度大開綠燈；燃料電池汽車依靠儲氫加氫的物理優(yōu)勢在技術(shù)、產(chǎn)業(yè)成熟度和配套設(shè)施都不夠完善的情況下大打性能牌；當前旗艦?zāi)酥林髁髦悄苁謾C的電池容量已經(jīng)從幾年前的2000mAh普遍達到3000mAh乃至更高，為此廠商們甚至紛紛取消了可更換電池設(shè)計以求更好地利用智能機內(nèi)部有限的空間等。此外，快充概念的提出和實踐也為中聯(lián)系情景下儲能技術(shù)的發(fā)展開辟了一條新路，董小姐押寶的銀隆鈦酸鋰電池和oppo r9夠響亮的“充電五分鐘，通話兩小時”廣告語無疑給快充技術(shù)風風光光地占了兩次臺。不過儲能技術(shù)指標體系本身就是個“不可能三角”乃至“不可能多邊形”，通常情況下快充能力會影響能量密度，也會在充電功率需求總量較大的時候?qū)﹄娋W(wǎng)產(chǎn)生相當程度的沖擊。可見，中聯(lián)系場景下的儲能技術(shù)發(fā)展較為多樣化，安全性、成本、能量類性能和功率類性能甚至溫度特性都有進步改善的需求。鋰離子電池技術(shù)，燃料電池技術(shù)將在中聯(lián)系場景這個競技場上揚長避短，繼續(xù)角逐，這個競技場也分外歡迎綜合性能成本出眾的新技術(shù)的到來。

 

弱聯(lián)系情景下儲能技術(shù)的發(fā)展趨勢

 

如果萬元級別無人機的續(xù)航能力可以從單次飛行25分鐘提升到1小時并不帶來任何其他負面影響，那么我相信多數(shù)消費者并不會排斥多付出哪怕兩千元儲能電池成本；如果航母、核潛艇上的儲能電池能量密度翻倍，如果關(guān)鍵地區(qū)通信設(shè)施備用電源能撐住十天半個月，如果航天器用儲能電池可以應(yīng)對更嚴酷的環(huán)境考驗并發(fā)揮更佳的性能……弱聯(lián)系情景下儲能技術(shù)和使用條件相匹配的絕對性能本身和安全性并列技術(shù)發(fā)展的第一考慮因素，成本甚至退居次要地位。以高能量密度為賣點的鋰硫電池，金屬空氣電池自概念提出以來已經(jīng)經(jīng)過了幾十年的研發(fā)，雖仍沒有成規(guī)模的商業(yè)化進展，但研究和應(yīng)用的探索一直沒有止步，如創(chuàng)業(yè)公司SolidEnergy為高空無人機提供的半年以上續(xù)航鋰空氣電池等，見下圖。如果說高效太陽能電池是光伏領(lǐng)域的至高皇冠，那么可以在能量密度上和化石燃料一爭高低的儲能技術(shù)則是儲能領(lǐng)域的璀璨明珠。

 

SolidEnergy的鋰空氣電池

 

總結(jié)

上述強、中、弱聯(lián)系的分類并不是絕對的，儲能應(yīng)用所處的范圍也可以拓展。如新能源汽車的度電儲能成本足夠低，則可以通過參與電力市場的輔助服務(wù)獲取收益；如機械可充金屬空氣電池（通過更換金屬負極“充電”的一次電池）的綜合性能和成本符合應(yīng)用需求，則可以同時顛覆無人機和新能源汽車的市場格局等。

 

從需求出發(fā)，回歸需求。這也是不同類型的儲能技術(shù)在不同情景下找到自己合適定位和發(fā)展趨勢的最終判據(jù)。

 

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