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。提出規(guī)模儲能技術發(fā)展的四條對策：安全第一，全面要求;劃分時段，分別應對;物化并舉，各顯其能;完善現(xiàn)有，大力創(chuàng)新。歸納出規(guī)模儲能的八項關鍵技術，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因數(shù)日陰雨、靜風天氣引起的嚴重缺電問題。(本文主要內容出自作者在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、能源網。為了用好不穩(wěn)定、不適時的可再生能源，提高供電質量，杜絕“棄風、棄光”現(xiàn)象，還要應對連續(xù)陰雨天、無風天可再生能源發(fā)電嚴重不足的問題，必需儲能來調節(jié)。

對規(guī)模儲能技術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、能量轉換效率高等與運行經濟效益直接相關的指標;第三層次包括比能量、比功率、環(huán)境友好、使用方便性、地理適應性等應盡量提高的指標。

我國規(guī)模儲能當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年可能要達到1.2億千瓦。抽水蓄能技術成熟，設備實現(xiàn)了國產化;除了能量轉換效率偏低外，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現(xiàn)在統(tǒng)稱為新型儲能技術，發(fā)展較快。其中，電化學儲能技術已可在單站規(guī)模上與抽水蓄能達到比肩的水平!

一、 按時段的儲能需求及相應的技術

新型儲能建設周期短、投資少、調節(jié)靈活、效率高、技術路線多元。其中，物理法的能量轉換效率小于70%，有待提高。而電化學法成本下降、規(guī)模可大、壽命夠長，能量轉換效率高，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技術

1、鉛炭電池——鉛酸電池負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1GWh鉛炭電池產能。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6000次，能量轉換效率>85%，而且鉛廉價，容易再生復用。經近些年政府主導、行業(yè)積極響應配合的整頓，淘汰了近90%的落后鉛電池企業(yè)，工藝、設備進步很大，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，兼有電網調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為Fe+2/ Fe+3+ Cr+3，負極溶液為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作工程開發(fā)，正在建廠準備批量生產。

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，鋰離子電池技術進步很快，價格迅速下降，能量轉換效率> 90%，壽命延長。其中磷酸鐵鋰電池的壽命達萬次，電池單體比能量提高到180Wh/kg，在我國電化學儲能中現(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;還應設立儲能電站強制保險規(guī)定，減緩投資人的后顧之憂。

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，應該推行電池免焊接成組技術。)

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、外報道了一些水系電池研究，尚無理想結果。

電池發(fā)展歷史說明，從一個新原理提出到實際應用，至少要經過10至15年的驗證、改進、工程化才能產業(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——儲能于化學物質中

在向碳中和目標的邁進中，光伏和風能發(fā)電量將在電能供應中占據(jù)主要份量。為應對數(shù)日陰雨、靜風天氣引起的電網嚴重缺電問題，現(xiàn)有的物理、電化學儲能均已無能為力。于是有人倡導“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：設備貴，輸運難，壓縮耗能高┅ ┅ 。有人倡導將氫氣轉成液氨，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的原料，轉化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(甜高粱、秸稈、陳糧)轉化為乙醇。

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

氫能與華貴又嬌氣的質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，如內燃機、燃氣輪機、SOFC等。所以不要夸大氫能和質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濟效益后，將會認識到“氫能-燃料電池”該降降溫!

使用甲醇、乙醇發(fā)電，如要準備若干億千瓦的發(fā)電設備，專為應對偶然發(fā)生的大規(guī)模電荒，在經濟性上不合算，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。

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的電，必要時向電網送電，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尖峰缺電的困擾，免除為了一天內只有幾十分鐘的尖峰用電而化大代價建設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)模嚴重缺電更加頻繁、更加急迫，又更容易操作。電網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，積累經驗。