丁玉龙：支撑能源转型的储能产业如何发力？
时间:2016-03-03 10:32来源:中国能源报 作者:西顾
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编者按
正如一位储能专家所言，储能对电力和能源系统具有革命性的意义。它不仅对常规电网具有调峰调频、增强电网安全稳定运行的能力，提高电力系统的经济运行水平，也是实现可再生能源平滑波动、促进可再生能源大规模消纳和接入的重要手段，同时，又是分布式能源系统和智能电网系统的重要组成部分，在能源互联网中具有举足轻重的地位。对于我国实现2020年碳排放强度下降45%的目标具有极为重要的支撑作用。为探讨储能产业如何支撑能源转型和推进能源结构调整。本报特别专访了最近被汤森路透评为全球工程科学领域近十年来最具持续影响力的研究者之一、2009年入选第二批国家“千人计划”、英国伯明翰大学资深教授、伯明翰储能研究中心主任丁玉龙教授。
经济增长节能增效，储能是途径
记者：作为能源生产和消费大国，现阶段的中国既需要实现节能减排的目标，也需要能源增长以支撑经济发展，在国内能源结构转型的大背景下，发展储能产业的意义？
丁玉龙：中国的确是能源生产和消费大国，近年来每年耗能大致为折合40亿吨标煤。巨大的能源消耗一方面支撑了我国经济的高速发展，同时由于我国能源中煤炭的比重达65%左右，也加重了我国环境污染例如雾霾，解决这个问题的办法包括节能提效、使用可再生能源、供热和交通电气化、增加核电、水电、燃气等的比例。储能是实现节能提效和使用可再生能源最为关键的技术之一。由于难以准确预测其间歇性和不稳定性，可再生能源的大规模利用对储能技术的需求不难理解，但人们对储能在节能提效方面的认知却尚显不足。
在我国每年消耗的约40亿吨标煤的能源中，超过50%被浪费掉了，其中大部分是以余热的形式排放到环境中，所以支撑我国经济发展的部分能源需求可以通过采用节能技术提高能源利用效率来解决，也就是说，我国的经济增长不一定完全需要建立在能源增长的基础上，节能增效不仅可以降低成本，而且也可以减排。但是我们面临的挑战是：在过去20年左右，中国在节能增效技术领域取得不少成就，把容易做的基本都已经做了，剩下的是“硬骨头”——余热源分散且不稳定的余热利用。这些余热等级各异，与可再生能源的特性有相似之处，所以储能特别是储热技术在未来节能增效方面的作用不可小视。
可再生能源发展，储能要先行
记者：新能源电力快速发展，但国内弃风、弃光也已成常态，您认为，储能的发展对新能源产业的支撑作用有哪些？
丁玉龙：新能源迅速发展的同时，我国的弃风和弃光问题近几年来愈趋严重，其实，不仅仅是弃风和弃光，弃水和弃核的形势也变得严峻。产生这些问题主要原因是可再生能源远离负荷中心，并且输电通道不足。解决这个问题，中短期可通过储能技术促进可再生能源的当地消纳，中长期要通过增加输电通道和经济可行的储能实现电能的空间和时间移动。
以三北地区为例来说明储能解决可再生能源消纳的重要作用。我国北方特别是三北地区的冬天供暖很大一部分依赖于基于燃煤的中央供暖锅炉或热电厂，其中热电厂使用热电联产机组，这些机组的运行是“以热定电”，由于供暖需求，热电联供机组满负荷运行，所发电电网全部接收，但三北地区当地的电力消纳有限，电力输送通道也有限，这就造成严峻的冬季弃风。
一个技术上可行的中短期解决方案是可再生能源（风电）的制热、储热和供热，取代基于燃煤的供暖。这个技术的实施可以是小型的，如最近不少地方推行的储热型家用电暖器；也可以是大型的中央供暖系统。对于基于可再生能源的大型制热、储热和供热系统，制定适当的国家政策以调动风电场、制热和储热技术提供商、电网和供热公司等各家的积极性是关键。在技术层面，高性价比的长寿高储能密度材料（如高温相变储热材料）和系统集成是关键，这些技术可解决可再生能源的间歇性和不稳定性问题，保证稳定供暖；基于可再生能源制热、储热和供热的技术也是其它储能技术很难以从经济上和技术上竞争的。
全球战略，储能是技术支撑
记者：储能技术呈现多样化并应用于不同的领域，通常认为，储能产业发展掣肘在于技术上的难以突破和成本上的持续高企，您对此的看法如何？
丁玉龙：能量以不同的形式存在，如电磁能、机械能、化学能、光能、热能及核能等，这些不同形式的能源有不同的等级，电能等级最高，热能的等级最低。因此，人们针对不同的应用，发展了不同的储能技术，例如抽水蓄能、液态空气储能、压缩空气储能、储热、电池、超导、飞轮和超级电容等，这些储能技术有着不同的性能特征，因而适用于不同的应用场合和领域。抽水蓄能、液态空气储能、压缩空气储能和储热可用于100MW以上的大规模储能，其它储能技术比较适合于10MW甚至1MW规模以下的储能。全球目前储能总装机约为130GW，其中抽水蓄能占总装机的98%以上；储热占总装机的1.0%；压缩空气储能占总装机的0.35%；各种电池装机总量不足0.4%。
由此可知，全球装机容量远远不能满足需求，那么阻碍储能产业发展的主要原因是什么？对于有些储能技术，成本和技术成熟度确实是两个主要原因，特别是对适用于中小规模储能的各类电池、超导和飞轮等技术；但对于另外一些储能技术，成本和技术成熟性不一定是主要原因，例如抽水蓄能是成熟技术，其效率高、成本低，但是占地面积大，并且需要特定地理位置；传统的压缩空气储能技术也是成熟技术，但其效率偏低，也需要特定地理位置；基于显热的储热技术是已经用了数百年的低价成熟技术，而性价比较高的相变储热技术近年来趋于成熟，但这些技术主要适用于需求端是热能的用户。
除了成本和技术成熟性外，政策是决定储能产业发展的另外一个关键。相较于欧美国家，我国储能技术的原始创新性的研究存在较大差距，造成这些差距的原因之一是我国以前真正用于基础和应用研究的投入不足，缺乏良好的技术储备，储能关键领域的投入时机滞后于欧美；原因之二是与我国的基础和应用研究在研究前就设定考核目标有关，研究前就设定目标有碍于创新；原因之三是有时急于求成，在基础研究尚未完成前进行规模化的商业示范。储能是全球能源互联网不可缺少的支撑技术，也是实现我国“一带一路”战略的关键，所以发展储能需要有全球战略。国家有关部门不仅要在基础和应用研究上加大投入，增加技术储备，而且在政策和资金上加大对微小型创新型企业（现在和未来技术创新的主体）的投入，从而提升我国储能的整体发展水平，保护知识产权。
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