一直以來，儲能技術的研究和發(fā)展備受各國能源、交通、電力、電訊等部門的高度關注，尤其對發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)具有重大意義。受環(huán)境約束，各國紛紛大力提倡發(fā)展新能源，然而由于新能源發(fā)電具有不穩(wěn)定性和間歇性,大規(guī)模開發(fā)和利用將使供需矛盾更加突出,全球棄風、棄光問題普遍存在，嚴重制約了新能源的發(fā)展。因此，儲能技術的突破和創(chuàng)新就成為新能源能否順利發(fā)展的關鍵。從某種意義上說，儲能技術應用的程度將決定新能源的發(fā)展水平。全球儲能技術發(fā)展現(xiàn)狀
?。ㄒ唬┤蚋鲀δ芗夹g裝機情況
近年來，儲能市場一直保持較快增長。據(jù)美國能源部全球儲能數(shù)據(jù)庫（DOEGlobalEnergyStorageDatabase）2016年8月16日的更新數(shù)據(jù)顯示，全球累計運行的儲能項目裝機規(guī)模167.24GW（共1227個在運項目），其中抽水蓄能161.23GW（316個在運項目）、儲熱3.05GW（190個在運項目）、其他機械儲能1.57GW（49個在運項目）、電化學儲能1.38GW（665個在運項目）、儲氫0.01GW（7個在運項目），具體見圖1。
圖1?2016年全球各儲能技術類型最新裝機情況
全球累計運行的儲能項目裝機量以抽水蓄能占比最大，約占全球的96%。按照總裝機量，中國成為裝機位列第一的國家，日本和美國次之，三國裝機分別為32.1GW、28.5GW和24.1GW，共占全球裝機總量的50%。全球累計運行儲能項目裝機排名前十的主要是亞洲和歐洲國家，詳見表1。
表１2016年全球累計運行儲能裝機TOP10國家
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全球的儲能項目裝機主要分布在亞洲、歐洲和北美，見圖2。其中，亞洲主要是中國、日本、印度和韓國，歐洲主要是西班牙、德國、意大利、法國、奧地利，北美洲主要是美國。這十個國家的累計裝機量約占全球的近五分之四。亞洲在抽水蓄能上發(fā)展更為成熟，歐洲則在另外幾種儲能技術上發(fā)展優(yōu)勢更為明顯。其中，由于西班牙的光熱裝機的不斷擴大，使得該國超過德國成為歐洲儲能裝機比重最大的國家。美國的各類型儲能技術發(fā)展則相對均衡。
圖2?全球儲能技術類型區(qū)域分布
按照儲能技術類型分布來看，抽水蓄能裝機占比最大，主要分布在中國、日本和美國。與2014年相比，中國抽水蓄能裝機增速最快，增加了約10GW，美國則沒有變化。儲熱裝機排名第二，其中西班牙儲熱裝機量最大，占全球儲熱裝機總量的37%。其次，是美國和智利。智利儲熱技術發(fā)展非常迅速，今年首次超過南非。其他機械儲能，以德國為主，其次是英國和美國，三國占全球該技術類型總量的94%，僅德國就占58%。電化學儲能主要分布在美國、日本和韓國，其中美國占全球該技術類型總裝機的39%。日本在鈉硫電池、液流電池和改性鉛酸電池儲能技術方面處于國際領先水平，尤其在鈉硫電池領域具有絕對的專利技術優(yōu)勢。近兩年韓國的電化學儲能發(fā)展異常迅猛，一舉取代中國之前第三的位次。儲氫技術則發(fā)展相對較晚，尚不成熟，目前歐洲較為領先。全球各類型儲能技術裝機情況具體見表2。
表2 全球各類型儲能技術主要裝機國家
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從全球各儲能技術類型市場發(fā)育程度來看，抽水蓄能技術發(fā)展最為成熟，裝機規(guī)模也最大。儲熱技術近十年發(fā)展很快，目前在裝機量上排名第二。電化學儲能則是全球發(fā)展最為迅速，增速最快，也是在運項目數(shù)最多的技術。其他機械儲能增長相對比較平穩(wěn)。除此之外，儲氫、石墨烯儲能等新技術也開始進入市場。各類型技術發(fā)展趨勢詳見圖3。
圖3?2005～2016年全球各儲能技術裝機情況
抽水蓄能電站的儲能投資收益最高，技術成熟度也最高，是目前電力系統(tǒng)中最成熟、最實用的大規(guī)模儲能方式。據(jù)美國能源部全球儲能數(shù)據(jù)庫2016年8月16日的更新數(shù)據(jù)顯示，全球累計運行的抽水蓄能項目裝機161.23GW（316個在運項目），占全部裝機的96%。相比于其它儲能方式，抽水蓄能電站設備具有壽命長、儲能規(guī)模大、轉(zhuǎn)換效率高、技術成熟、運行條件簡便、清潔環(huán)保等特點，因而得到了快速發(fā)展和廣泛應用。隨著近年來新的儲能技術的不斷發(fā)展，以及抽水蓄能建設的地理選址受限等因素影響，抽水蓄能裝機增長逐漸趨緩。
以2011年為分界點，前5年儲熱裝機增速最快，較2007年增加7倍，后5年化學儲能則成為發(fā)展最快的技術，詳見表3。
表3 2016年各儲能技術類型增速
目前電化學儲能技術是各國儲能產(chǎn)業(yè)研發(fā)和創(chuàng)新的重點領域。盡管電化學儲能裝機量不大，僅有1.38GW，但是運行項目卻是最多的，高達665個。電化學儲能主要包括鉛酸電池、液流電池、鈉硫電池、鋰離子電池等。全球電化學儲能中鋰電池和鈉硫電池的占比比較大，裝機比例接近，而鋰離子電池的增速較快。鋰離子電池無論在運行項目中，還是在建、規(guī)劃項目中，均占據(jù)裝機第一的位置。IHS預計，到2025年全球蓄能裝置中鋰電池占比將會超過80%。鈉硫電池技術是目前唯一同時具備大容量和高能量密度的儲能電池，但由于鈉硫電池仍面臨成本高的難題，所以現(xiàn)在尚未在全球?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模應用。比較值得關注的是，近期石墨烯鋰離子電池的發(fā)明開啟了儲能技術的新紀元。
儲熱技術在近幾年也越來越受到重視，發(fā)展非常迅速。據(jù)美國能源部全球儲能數(shù)據(jù)庫2016年8月16日的更新數(shù)據(jù)顯示，全球儲熱累計總裝機為3.05GW，有190個在運項目，其中西班牙裝機規(guī)模最大，自2011年首次超過美國，至今一直領銜全球。然而，從儲熱技術的發(fā)展速度來看，西班牙近兩年來開始落后于美國。美國自2013年加快了儲熱技術的發(fā)展步伐，并在2016年達到0.8GW的裝機，較2015年增加33%。目前，儲熱技術應用于光熱電站已經(jīng)成熟，其在未來全球光熱發(fā)電項目開發(fā)中將被更加重視。
其他機械儲能（主要包括壓縮空氣儲能、飛輪儲能等）至今未實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化應用。其中，壓縮空氣儲能相對比較成熟，飛輪儲能尚處于研發(fā)階段。截至目前，其他機械儲能裝機量為1.57GW，但與快速增長的儲熱和電化學儲能相比，增長較為緩慢。目前，德國是該技術類型的最為積極的研發(fā)和應用推廣者。
國外典型國家儲能技術發(fā)展現(xiàn)狀
隨著各國對發(fā)展可再生能源比例目標的不斷提高，儲能技術成為當前各國研發(fā)和亟需實現(xiàn)技術突破的重要領域。分地區(qū)來看，以前主要以北美、中南美及亞洲部分地區(qū)等系統(tǒng)基礎設施不穩(wěn)定地區(qū)的應急電源用途為主。近年來，隨著補貼制度的完善，在德國、澳大利亞和美國部分地區(qū)，支持家庭光伏發(fā)電的自用蓄電池安裝項目在增加。在澳大利亞、德國和日本等市場，家用光儲系統(tǒng)在金融資本的支持下逐步盈利。加拿大、英國、美國的紐約州、韓國及一些島嶼國家的政府也出臺了儲能采購的相關政策和規(guī)劃。下面選擇幾個典型國家進行分析。
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美國發(fā)展儲能較早，目前擁有全球近半的示范項目，并且出現(xiàn)了若干實現(xiàn)商業(yè)化應用的儲能項目。美國能源部還專門建立了全球儲能數(shù)據(jù)庫，用于對全球儲能項目進行追蹤，同時設立了多個部門來促進并規(guī)范儲能的發(fā)展。據(jù)該數(shù)據(jù)庫2016年8月16日的更新數(shù)據(jù)顯示，美國累計儲能裝機24.12GW(491個在運項目)，其中抽水蓄能22.56GW（38個在運項目）、儲熱0.82GW（139個在運項目）、電化學儲能0.57GW（289個在運項目）、其他機械儲能0.17GW（25個在運項目），見圖4。
圖4?2016年美國最新儲能結構
目前美國的電網(wǎng)儲能以抽水蓄能為主，未來主要方向為電池等靈活儲能系統(tǒng)。美國發(fā)電裝機總量在1200GW左右，有大概2%的儲能能力。美國電網(wǎng)儲能的94%為抽水蓄能，總量超過20GW，基本上都是在1980年以前建造的，但由于其環(huán)境影響大、建造周期長、投資巨大、地理選址受限等原因，未來的發(fā)展非常有限。未來電網(wǎng)儲能的主要發(fā)展方向是使用更加柔性化、多功能、靈活的儲能系統(tǒng)。電池儲能技術由于高效、功能多樣、充放電雙向反應、響應速度快、清潔而成為首選。目前，美國全國電池儲能設施的安裝以每年30%～40%的速度增長，這個速度接近5年前光伏的增長速度。據(jù)美國能源部統(tǒng)計，截至2015年底全國電池儲能總功率已經(jīng)超過300MW，預計到2019年會增長到近1GW。
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德國政府正在實施一項宏大的能源轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略，即到2020年使可再生能源供電的比例達到35%，到2030年和2050年分別達到50%以上和80%以上，旨在使可再生能源成為德國未來電力供應的核心，而能源存儲技術的快速發(fā)展則成為該戰(zhàn)略的有效支撐。據(jù)美國能源部全球儲能數(shù)據(jù)庫2016年8月16日的更新數(shù)據(jù)顯示，德國累計儲能總裝機7.57GW（76個在運項目），其中抽水蓄能6.53GW（28個在運項目）、其他機械儲能0.91GW（4個在運行項目）、電化學儲能0.12GW（38個在運行項目）、儲氫0.01GW（5個在運行項目），見圖5。
圖5 2016年德國最新儲能結構
德國由于沒有開發(fā)光熱電站的資源條件，利用儲電技術實現(xiàn)更多可再生能源平滑并網(wǎng)成為重要選擇之一，尤其在太陽能儲電池領域潛力巨大。未來幾年，德國儲能市場將會呈現(xiàn)顯著性增長，GTMResearch預計2015~2021年可增長11倍，達到每年10.3億美元，且大幅增長將主要出現(xiàn)在住宅領域。目前，僅光伏發(fā)電就可為用戶帶來不錯的經(jīng)濟效益，今后光伏儲能的發(fā)展將很可能趕超光伏。即使零售電價按照預期適度的上漲，未來光伏上網(wǎng)電價下降，光伏儲能都將會越來越受市場歡迎。隨著德國進入21世紀20年代，儲能將扮演光伏市場里另一重要驅(qū)動力，同時為了避免更高的零售電價，用戶安裝光伏儲能系統(tǒng)會進一步增多。
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在日本主要有兩種儲能:抽水蓄能和電化學儲能。據(jù)美國能源部全球儲能數(shù)據(jù)庫2016年8月16日的更新數(shù)據(jù)顯示，日本累計儲能總裝機26.43GW（88個在運項目），其中抽水蓄能26.17GW（41個在運項目）、電化學儲能0.25GW（47個在運項目）。日本在電化學儲能領域的研究比較前沿，前期以鈉硫電池為主，后期以鋰離子電池為主。日本還非常關注智慧城市的概念，并將儲能作為核心技術引入智慧城市建設中，在國內(nèi)開展試點建設的同時，也在積極參與國外的智慧城市建設。
國內(nèi)儲能技術發(fā)展現(xiàn)狀及問題
目前，儲能產(chǎn)業(yè)在我國還處于發(fā)展的初級階段，隨著可再生能源的快速發(fā)展，國內(nèi)儲能市場潛力巨大，中國將成為全球最大儲能市場。雖然現(xiàn)階段儲能相關的政策還相對較少，也沒有相應的價格機制，但儲能作為一個新興產(chǎn)業(yè)已越來越受到政府能源部門和科技部門的關注和支持，應用示范的財政補貼也在逐步推進中。整體而言，目前我國儲能應用基本大多是一些示范工程，尚未實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化應用。
（一）中國儲能市場概況
目前來看，我國儲能產(chǎn)業(yè)還處于發(fā)展的初期階段，以應用示范為主。據(jù)美國能源部全球儲能數(shù)據(jù)庫2016年8月16日更新數(shù)據(jù)顯示，中國累計儲能總裝機32.10GW（94個在運行項目），其中抽水蓄能32GW（34個在運項目）、電化學儲能0.05GW（58個在運項目）、儲熱0.05GW（2個）。抽水蓄能電站和電化學儲能項目都主要集中在我國東部沿海城市，詳見圖6。
圖6?2016年中國各類型儲能項目區(qū)域分布情況
近5年，中國抽水蓄能發(fā)展相對緩慢，而電化學儲能市場的增速明顯高于全球市場，光熱儲能目前尚處于起步階段。得益于技術進步、成本降低，在目前無補貼的情況下，儲能在峰谷價差套利、輔助服務市場及可再生能源限電解決方案上已實現(xiàn)有條件的商業(yè)化運行。
1.抽水蓄能發(fā)展相對緩慢
“十二五”期間，中國抽水蓄能整體發(fā)展相對緩慢。2011～2014年處于緩慢增長期，裝機每年保持約5%的增速。2014年11月17日發(fā)布的《關于促進抽水蓄能電站健康有序發(fā)展有關問題的意見》明確指出要適度加快抽水蓄能電站建設步伐，提出到2025年全國抽水蓄能總裝機約1億千瓦的目標。在該政策刺激下，抽水蓄能建設開始提速。數(shù)據(jù)顯示，“十二五”前4年，累計開工11座電站，總規(guī)模14.6GW。僅2015年新開工的抽水蓄能電站項目就達10個，裝機量約14.1GW，且預計都將在2022年左右完工。
2.電化學儲能技術發(fā)展迅速
目前，我國電化學儲能發(fā)展相對迅速。國內(nèi)以鋰電池為主，發(fā)展也相對成熟，其累計運行裝機規(guī)模占我國電化學儲能市場總裝機的三分之二以上，在調(diào)頻輔助服務、分布式微網(wǎng)、戶用儲能領域的增長速度最快。此外，儲能在電動汽車充換電方面也發(fā)揮了很好的作用，如建立車電互聯(lián)(V2G)系統(tǒng)，光儲式電動汽車充換電站、需求響應充電等。然而，鋰電池儲能還處于商業(yè)化初期，由于價格高、用于大型儲能上尚存在弊端等因素，離大規(guī)模推廣普及還有一定的距離。
鈉硫電池在日本已經(jīng)實現(xiàn)商業(yè)化，在我國還沒有完全從實驗室走向商業(yè)化應用階段。該技術是目前唯一同時具備大容量和高能量密度的儲能電池，但由于成本高，在我國尚未實現(xiàn)大規(guī)模應用。值得注意的是，目前石墨烯鋰離子電池在電動汽車和儲能領域具有非常強的競爭力，可在幾分鐘內(nèi)充滿，為此石墨烯技術成為各國研發(fā)的頭號技術。當前我國在此技術上取得了重大突破。國內(nèi)最早進入石墨烯領域的上市公司之一東旭光電于今年7月8日推出了世界首款石墨烯基鋰離子電池產(chǎn)品。
3.光熱發(fā)展仍處于起步階段
目前，我國的儲熱項目尚不成熟，還在起步階段，共有兩個示范項目：一個是北京延慶的八達嶺項目，規(guī)劃裝機為1.5MW；另一個是青海的中控德令哈項目，規(guī)劃裝機50MW。八達嶺太陽能熱發(fā)電實驗電站于2012年8月成功發(fā)電，是亞洲首個兆瓦級太陽能塔式熱發(fā)電站，但目前未有并網(wǎng)消息。中控德令哈10MW塔式熔鹽儲能光熱電站于今年8月21日實現(xiàn)滿負荷并網(wǎng)發(fā)電。這是我國投運的第一座熔鹽儲能光熱電站，也是全世界第三座熔鹽儲能塔式光熱電站。青海省除中控德令哈的項目外，還有中廣核德令哈50MW槽式光熱發(fā)電、青海光熱電力集團格爾木200MW塔式光熱發(fā)電和博昱新能源有限公司德令哈50MW槽式光熱發(fā)電三個在建項目。今年9月1日國家發(fā)改委核定了太陽能熱發(fā)電標桿上網(wǎng)電價1.15元/kWh（適用于2016年實施的示范項目），為光熱發(fā)電行業(yè)迎來重大利好。
總體來講，目前我國應用相對比較廣泛的主流儲能技術為抽水蓄能、鋰離子電池和液流電池。除抽水蓄能外，目前還沒有一種技術在成本、安全、穩(wěn)定性等各項指標上占明顯優(yōu)勢。
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目前，國內(nèi)已經(jīng)有了一些地區(qū)性規(guī)定，提供了一些發(fā)展機會和市場模式，但離整體產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展還有很大距離。我國儲能商業(yè)化應用面臨儲能成本偏高、電力交易市場化程度不健全、儲能技術路線不成熟、缺乏儲能價格激勵政策等幾大挑戰(zhàn)，需要國家進一步出臺扶持政策。具體來說，主要有以下幾點：
1.儲能技術路線不成熟
儲能電池研究得多一點，但也只是對材料和單一裝置進行研究，很多項目還在示范驗證階段，整個系統(tǒng)應用以及整個產(chǎn)業(yè)并沒有一個明晰的技術路線，即哪類技術、哪種項目更有市場發(fā)展前景尚不明晰。
2.缺乏相應的數(shù)據(jù)支撐
目前國內(nèi)儲能系統(tǒng)沒有實現(xiàn)單獨參與電網(wǎng)調(diào)度，還沒有這方面的數(shù)據(jù)來說明儲能參與輔助服務的作用。抽水蓄能電站作為一種運行多年的儲能形式，積累了很多數(shù)據(jù)，但電價機制仍處于探索階段。目前，我國對儲能電池的評價還是空白，而電池儲能有壽命周期，與傳統(tǒng)電力設備壽命的概念不同?？稍陔娫磦?cè)、負荷側(cè)都多做一些試點，明確電池的壽命衰減情況、安全隱患、運行維護情況，積累數(shù)據(jù)、厘清紛繁數(shù)據(jù)之間的關聯(lián)性，讓試點和政策相互促進，為今后提議調(diào)頻電價做數(shù)據(jù)支撐。
3.儲能政策體系和價格機制不完善
現(xiàn)階段我國還未出臺儲能技術產(chǎn)業(yè)化相關的政策體系和價格機制，尤其是針對電力儲能，基本沒有實施細則的政策，參與電力市場的機制很不健全。儲能有利于提升電力系統(tǒng)的運行質(zhì)量、效率，但本身并不創(chuàng)造價值，如何為其定價是一個難點，國外通過成熟的電力市場，很容易為其定價，而國內(nèi)電力市場化改革還未完成。
4.成本高且不具備盈利性
絕大部分儲能項目因為成本高不具備盈利性，也缺乏可預期的收益以吸引資本跟進，利用峰谷差套利、通過參與需求響應獲得額外收益等用戶側(cè)手段一時也很難實現(xiàn)。
5.儲能項目融資困難
項目融資渠道也非常有限，主要是業(yè)主自有資本金加銀行融資，還沒能通過產(chǎn)業(yè)投資基金撬動項目開發(fā)，而且與社會資本之間的對接還不夠。
6.儲能技術有待進一步突破
目前，儲能技術在系統(tǒng)容量、轉(zhuǎn)換率、壽命、安全性等問題上還有待進一步提高。如儲能設備需要可靠性保證，由于風電和太陽能項目一般要運行20年，儲能設備至少要有10年的壽命期。如果電池儲能不能使用10年以上，對于電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)來講沒有意義。之前，我國儲能市場一直局限于通信領域，而在可再生能源和電動汽車領域的技術還有待進一步開發(fā)。
全球儲能發(fā)展前景展望
過去幾年，電網(wǎng)儲能市場的發(fā)展不夠集中。但是在未來幾年，隨著可再生能源的快速發(fā)展，電網(wǎng)儲能市場將迎來快速增長。據(jù)美國市場研究機構NavigantResearch研究，預計到2024年，全球儲能技術收益將突破210億美元(約合人民幣1300.1億元)。
就應用領域而言，隨著技術升級持續(xù)改變電網(wǎng)穩(wěn)定性、成本效益，儲能發(fā)展越來越受到可再生能源行業(yè)的歡迎。IHS預計，到2018年全球家庭光伏發(fā)電電池儲能裝機容量將達到900MW，其主要增長市場為德國、意大利與英國。電動汽車領軍者特斯拉在2015年4月在美國內(nèi)華達州建立了自己的電池工廠，預計2020年建成時，其年電池產(chǎn)量將達到35GWh。
就區(qū)域需求而言，由于對可再生能源并入電網(wǎng)的需求，亞洲將占據(jù)儲能領域的主導地位。市場研究與咨詢機構Frost&Sullivan預計，2016年亞洲每年新增太陽能發(fā)電量將增加至33GW，年均增長率達28.9%。這種需求有望推動對社區(qū)和電網(wǎng)規(guī)模儲能解決方案的關注，尤其是在日本、中國和韓國。目前，電池儲能絕大多數(shù)被用到電網(wǎng)輸配環(huán)節(jié)，未來工業(yè)、商業(yè)、尤其是居民儲能的增長速度會高過電網(wǎng)儲能。澳大利亞和日本有望在2016年成為住宅能源存儲的主要市場。
就技術路線而言，鋰離子電池是目前最具發(fā)展前景的技術。IHS預計，到2025年全球儲能裝置中，鋰電池將會占據(jù)超過80%。不僅是美國、日本，在南非、肯尼亞、菲律賓等其他國家的電池成本也在持續(xù)下降。到2025年，澳大利亞的儲能裝置安裝率將超過5%，成為全球蓄電池的領軍。
就中國而言，其儲能應用市場前景很大。根據(jù)《能源技術革命創(chuàng)新行動計劃(2016～2030年)》，到2020年示范推廣10MW/100MWh超臨界壓縮空氣儲能系統(tǒng)、1MW/1000MJ飛輪儲能陣列機組、100MW級全釩液流電池儲能系統(tǒng)、10MW級鈉硫電池儲能系統(tǒng)和100MW級鋰離子電池儲能系統(tǒng)等一批趨于成熟的儲能技術。新一輪電力體制改革將為新能源分布式電源和儲能應用打開市場。從經(jīng)濟性上看，儲能成本會隨著規(guī)?；瘧枚焖傧陆?，回收期逐漸縮短，并開始逼近贏利點。在該情況下，預計到2020年我國儲能市場累計裝機規(guī)模將超過50GW。
