新能源储能系统发展现状及未来发展趋势

新能源储能系统发展现状及未来发展趋势

目录

第一章新能源储能系统相关论述 (1)

1.1新能源相关论述 (1)

1.1.1新能源定义 (1)

1.1.2新能源分类 (1)

1.2储能技术相关论述 (1)

1.2.1储能技术的定义 (1)

1.2.2储能技术的分类 (1)

第二章国内外新能源储能系统的发展动态分析 (2)

2.1日本新能源储能系统的发展动态分析 (2)

2.1.1新能源储能电池的发展现状及未来发展趋势 (2)

2.1.2新能源储能系统的未来发展趋势 (3)

2.1.3新能源储能系统在实际中的应用 (3)

2.2美国在新能源储能系统的应用中漫漫求索 (4)

2.2.1政策与投资力度 (4)

2.2.2储能技术的经济性瓶颈 (5)

2.3我国新能源储能系统的现状 (5)

2.3.1储能是构建智能电网的关键环节 (6)

2.3.2商业模式不成熟制约储能发展 (6)

第三章国内外在相关新能源储能技术上的发展现状 (8)

3.1新能源储能系统的实际应用 (8)

3.2创能、节能与储能的完美搭配 (9)

3.3国内新能源储能技术瓶颈解析 (10)

3.3.1新能源科技发展的核心—储能技术 (10)

3.3.2新能源无"仓库储能"的尴尬 (10)

3.3.3储能技术的突破效应 (11)

3.3.4"不能等肚子饿了才去种麦子" (12)

第四章新能源储能系统的发展趋势 (13)

4.1日本新能源储能系统的发展趋势 (13)

4.1.1储能电池的发展趋势 (13)

4.2我国新能源储能系统的发展趋势 (13)

4.2.1我国智能电网带动储能产业发展态势研究分析 (13)

4.2.2新能源并网储能市场发展前景预测分析 (14)

第一章新能源储能系统相关论述

1.1新能源相关论述

1.1.1新能源定义

新能源的定义为：以新技术和新材料为基础，使传统的可再生能源得到现代化的开发和利用，用取之不尽、周而复始的可再生能源取代资源有限、对环境有污染的化石能源，重点开发太阳能、风能、生物质能、海洋能、地热能和氢能。

1.1.2新能源分类

新能源一般是指在新技术基础上加以开发利用的可再生能源，包括太阳能、生物质能、水能、风能、地热能、波浪能、洋流能和潮汐能，以及海洋表面与深层之间的热循环等；此外，还有氢能、沼气、酒精、甲醇等，而已经广泛利用的煤炭、石油、天然气、水能、等能源，称为常规能源。随着常规能源的有限性以及环境问题的日益突出，以环保和可再生为特质的新能源越来越得到各国的重视。

1.2储能技术相关论述

1.2.1储能技术的定义

储能技术是将电力转化成其他形式的能量储存起来，并在需要的时候以电的形式释放。

1.2.2储能技术的分类

目前全球储能技术主要有物理储能（如抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能等）、化学储能（如钠硫电池、液流电池、铅酸电池、镍镉电池、超级电容器等）和电磁储能（如超导电磁储能等）三大类。目前技术进步最快的是化学储能，其中钠硫、液流及锂离子电池技术在安全性、能量转换效率和经济性等方面取得重大突破，产业化应用的条件日趋成熟。

第二章国内外新能源储能系统的发展动态分析

储能是智能电网、可再生能源接入、分布式发电、微网以及电动汽车发展必不可少的支撑技术，具体有5大类17小类应用。虽然储能的应用贯穿了电力系统的发电、输配电、用电、可再生能源的接入和辅助服务多个环节，但相对产业化首先发生在辅助服务和用户端的分布式发电和微网领域。目前美、日两国储能发展最快，已经在个别领域实现了产业化，而储能在中国市场的发展则刚刚起步。

2.1日本新能源储能系统的发展动态分析

2.1.1新能源储能电池的发展现状及未来发展趋势

【国际电力产业网】6月26日讯在这个减低排放为产业首要发展任务的年代，再生能源的发展几乎抢尽了石油产业的风采。再生能源的范畴，近十年期间除了创能与节能之外也开始缓步延伸到了储能系统发展，部分区域也开始进行相关补助的计划研拟。据EnergyTrend的探访与调查了解，储能系统初步需求将从地方的急难救助系统开始，使用规格以大型储能紧急备用电源系统为主，未来则将逐步渗透至家庭储能设备，朝着小型而分散的能源发展，以降低白日的尖峰用电负载，这也将会带动电池产业的蓬勃发展。

电动车产业（次世代自动车）虽然消耗电池的数量甚高，但是在基础建设尚未成熟且周边延伸产业尚未成形之际，于近五年内仍旧难以大规模普及；反观储能电池（蓄电池）产业除搭配可再生能源做应用，也可单独使用作为紧急备用电力系统，未来的市场需求可期。根据日本METI预估（图2-1），全球储能系统需求将随着智能城市的兴起而成长，以日本市场而言，因为灾害所促成的城镇再造机会，将更加速落实新型态能源应用的进程，预估从2012年开始在日本市场会有明显的成长需求，未来五年更会快速扩展至全球各主要城镇地区。

图2-1 日本储能电池应用发展期程

2.1.2新能源储能系统的未来发展趋势

对于日本而言，能源独立，已是刻不容缓的事情。2011年日本福岛大地震之后，核灾的问题让日本开始重视再生能源的实际应用，2012年第一季度甚至开始计划关闭所有核电厂，而太阳能将会是未来的重要发电方式之一。

目前来说，日本年度太阳能需求约在3.6GW，未来在2020年将计划提升至28GW（图2-2），以日本的太阳能电网属性来说，大多是走向分布式发电，而非美国此类集中式的方式。分布式太阳能系统的精神意涵，在于现地生产在地使用，因此在太阳能以及储能系统在搭配上将有可能以家用为单位进行推广。连带的使其系统设计将更有机会将轻巧的储能系统导入到生活之中。

2011年8月

日本计划从当前的装机容量3.69GW到2020年太

阳能产电量达28GW，这是一个大的飞跃。

2011年11月

1、自给自足的能量比率将要增倍，从目前的38%

上升到大约70%。

2、在能源资源结构中不浪费能源的比率从目前

的34%上升到70%。

3、来自居民消耗能量部分排放的CO2将要减半。

图2-2 日本新能源储能系统的未来发展趋势

Source:Energytrend2012

2.1.3新能源储能系统在实际中的应用

地震对于日本所带来的影响，除了是对于天灾预防所促成的警惕以外，对核能所产生的风险问题也让整体能源产业面临到重新思考的地步。对于东北地区而言，所产生的灾害是全面性的，也因此让日本期待新一波的造镇精神能够落实于重建区（图2-3）。

过去的再生能源系统的搭配大多是建置在独栋式建筑，此类建筑无论是空间或者面积都较为具有弹性，然而旧式的配电设备难以做大幅度的变动，换句话说再生能源在导入上仍有其限制。当新式建筑与配电系统重新规划之际，再生能源导入则变得更能发挥其独立能源的特点。同时个别建筑在电力设计的改变也将能够塑造出城镇等级的能源管理，让电力供应能够在特定区域内互通有无进，让创造闲置能源的家庭电力能够支援正在耗电的区域，达成能源分享的目的。

旧的建筑物可持续发展的小镇

图2-3 日本新能源储能系统在实际中的应用

Source:EnergyTrend2012

旧的建筑物

●最低限度的能源使用

●花更多的能量回收设备

●缺乏总的能源效率

可持续发展的小镇

●太阳能电池板技术不仅可以为家庭提供电源而且可以把未使用的能源存储

到家庭的储能电池中

●交通基础设施用头脑中设计的电动车

日本击出全球民生新能源储能系统市场的第一球。

2.2美国在新能源储能系统的应用中漫漫求索

伴随新能源产业的快速发展，绿色电力对传统电网造成愈加严重的冲击。电网规模的储能技术应用作为最优化解决方案逐渐受到各个大力发展新能源的国家的重视。美国电力储能协会ESA负责人Brad Roberts日前对【中国储能网】海外特约记者表示：虽然目前明显还不是储能应用的黄金时间，但我们已经可以看到其巨大的市场潜力。

杜克能源发言人Brad Roberts对此表示：我们对大规模储能技术十分感兴趣，优秀的储能技术是我们赖以发展的保障。该公司运营超过1000MW装机能力的风电场。

目前，杜克能源正在安装世界上最大的36MW风电储能系统，以配备其153MW装机容量的Notrees风电项目，从而实现平滑电力输出、谷电峰用的效果。在美国德克萨斯州，有将近11000MW的发电量来自于风电。由于储能技术还不足以普遍应用，当地电网运营商不得不依赖燃气发电厂进行调频。

由于储能技术还不够经济，杜克能源Notrees风电项目所安装的储能电池系统得到了美国能源部提供的2200万美元资金支持，以保障该项目的顺利实施。该储能电池系统采用了Xtreme的高级电池技术。

2.2.1政策与投资力度

谈及储能领域的投资于政策支撑，美国电力储能协会ESA负责人Brad Roberts对【中国储能网】海外特约记者表示：美国能源部为促进储能技术研发而设立1.58亿美元的专项激励基金的这一行动产生了连锁效应，引发了产业界对电池、压缩空气储能、飞轮储能等其他储能技术高达7.8亿美元的投资。

2010年9月29日，加州州长施瓦辛格签署众议院法案（AB）2514号，得益于2514号法案的效果，加州已经开始着手进行储能标准组合的研究。

根据安永会计事务所的报告，美国储能技术在今年第二季度共吸引投资总额1.503亿美元。与去年同期相比增加4%，其中最大的一笔投资是通用压缩储能公司（General Compression Inc）获得的5450万美元的投资。这家开发创新型的大规模压缩空气储能系统的公司（General Compression Inc）位于马萨诸塞州，成立于2006年。在2011年6月7日获得融资总额达5450万美元。该公司的第一个项目目前正在德克萨斯州建设，合作方为康菲石油公司。

2.2.2储能技术的经济性瓶颈

美国电力储能协会ESA负责人Brad Roberts对【中国储能网海】外特约记者表示：虽然在过去的几年内，储能技术成本已经得到了显著下降，但总体看来，当前的储能技术离可再生能源接入的要求依然有很长的距离。举个例子来看，在总投资4360万美元的杜克能源Notrees风电储能项目中，每千瓦的储能成本依然高达1211美元($43.6 million/36,000 kilowatts = $1,200)，但我们可接受的目标是400美元。

美国麻省理工学院化学材料系教授Donald R Sadoway曾经对此表示：在这一新兴市场领域，储能技术的价格成本很高。一个MW级的储能系统的总体成本显然比单体电池的成本高出很多，这涉及到多方面的技术因素。

抽水蓄能无疑是最为经济的储能方式，压缩空气储能的经济性也被看好。但两者均受制于地理环境而无法得到全方位的应用。而较为传统的锂电池在大规模电网储能领域的应用一直备受争议。但锂电鼻祖A123似乎对其产品在电网储能领域的应用十分自信。和A123有良好合作关系的AES储能公司副总裁John Zahuranci对【中国储能网】海外特约记者表示：当我们按比例放大单个项目时，我们发现其储能成本明显下降。AES储能公司正在安装一个32MW的锂电储能系统，以配套其100MW的Laurel Mountain风电场（AES西佛吉尼亚州32MW 风电储能项目开建）。该锂电储能系统应用的就是A123的储能系统，A123宣称其大规模储能系统的锂电池组一致性问题得到了很好的解决，当前全球有多个项目使用了A123的大规模锂电储能系统。

2.3我国新能源储能系统的现状

从中关村储能产业技术联盟储能专业委员会了解到，从2000年到2011年底，全球储能项目（不含抽蓄）在电力系统的累计装机量超过548MW（兆瓦），年复合增长41%。2009年增幅超过250%，2011年增长65%。目前，日本和美国是应用最多的国家，在全球中分别占41%和39%，中国占4%。截止到2010年底，全球抽蓄总装机量达到123GW（吉瓦），中国装机总量约16GW，2015年计划达到41GW。目前，我国大约有近40个储能示范项目，而规模在1000千瓦的储能项目除了国网主要投资的张北风光储蓄输电项目外，就是南方电网投资的总容量为10000千瓦的储能项目以及国电集团和风锦州塘坊储能型风电场5000千瓦的储能系统示范项目，但是这些储能项目仅起示范、探索性作用，不具备产业化意义。

6月中旬，第二届北京国际储能大会在北京国际会议中心召开，中国科学院副院长李静海在会上指出：“储能科学与技术对于可再生能源的利用和节能意义重大。”储能是智能电网、可再生能源接入、分布式发电、微网及电动汽车发展必不可少的支撑技术，因此储能产业正成为新能源领域投资的热点之一。但同时，由于储能容量有限、受商业模式不成熟、相关技术标准体系缺失等因素的影响，储能产业发展还需加强交流，各取所长，共同发展。

2.3.1储能是构建智能电网的关键环节

“随着可再生能源体系和技术发展的不断成熟，无论在中国，还是在英国，越来越多风电、太阳能光伏发电正在接入电力系统，这对电网的安全稳定运营造成影响。那么，如何平衡电力供需?如何解决发电侧间歇式的问题?发展更多的储能技术是一种很好的解决办法。”英国皇家工程院院士Richard Williams在第二届北京国际储能大会上表示。

近年来，随着我国电网运营面临用电负荷持续增加、间歇式能源接入占比扩大、调峰手段有限等诸多困难，储能技术尤其是调峰电源得到了空前发展。据介绍，储能技术主要有物理储能(如抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等) 、化学储能( 如各类蓄电池、可再生燃料电池、液流电池、超级电容器等) 和电磁储能(如超导电磁储能等) 等。这些储能技术的技术水平、发展趋势、应用前景各不相同。

目前抽水蓄能技术相对成熟，功率和储能容量规模可以做的很大，对于控制电网的稳定和安全性及接入可再生能源都能发挥巨大作用，但存在受地势影响大、响应速度较慢等缺点;铅酸电池技术成熟，是目前最实用的储能系统，但因铅是重金属污染源，因此铅酸电池不是未来的发展趋势;锂离子电池成本较高，产品性能目前尚无法满足储能要求，且其经济性无法实现商业化运营。

有研究表明，单一的储能技术很难同时满足能量密度、功率密度、储能效率、使用寿命、成本等性能指标，如果将两种或两种以上性能互补性强的储能技术结合，可以取得较好的技术经济性能。

目前，我国正在建设的坚强智能电网以可再生能源的大规模利用和智能化为主要特征，发电形式将是大型集中式发电和分布式发电相结合，电力系统中的储能系统也将分为大规模集中式储能系统和大规模分布式储能系统。因此，没有任何一种储能技术可以全面满足智能电网接纳分布式能源的需求。为适应智能电网的发展，我国除发展抽水蓄能外，还应大力发展布置灵活的电池储能技术，如锂离子电池、钠硫电池以及超级电容器等。

2.3.2商业模式不成熟制约储能发展

储能技术拥有广泛的应用前景，但实现规模化储能是个世界性难题。例如，目前我国风电储能示范项目达几十个，但真正上规模、达兆瓦级的仅有国网的张北项目和南网的储能示范项目。其中，南网的储能示范项目为10兆瓦，张北项目为20兆瓦。因此，储能技术要在我国电力系统中大规模应用还需克服技术、成本等诸多问题，还需下大力气发展多种储能技术，实现自主创新。

对此，与会嘉宾指出：“在加大储能技术研发力量的同时，要建立适合我国的大容量新能源及储能技术的技术标准、安全标准、接入标准等标准体系。”严格的技术标准和规范化管理是驱动储能产业发展的重要动力。如西班牙就规定风电在上网前必须向电网提供风机出力曲线和发电短期预测曲线，误差不能超过一定比例，否则将受罚，这就会让发电商主动采用预测技术和储能技术。

“对储能企业来说，首先要考虑的是生存。市场决定研发，商业模式不成熟，储能产业就难以发展。目前我国的分布式储能已有一定市场，而大规模集中储能还未形成有效市场。”环宇集团董事长李中东指出。英国谢菲尔德大学教授Peter

Hall也认为：“可再生能源发电的价格因时段、季节不同而不同，我们必须考虑如何在储能方面挣钱。”因此，储能产业的发展除技术进步外，还需政策上的配套，如合理拉开不同供需时段的电价，使得储能的削峰填谷有利可图，这样就会吸引更多的市场力量参与进来。

近日，科技部发布的《智能电网重大科技产业化工程“十二五”专项规划》将“大规模储能系统”列为九大重点任务之一，以及我国即将实施的阶梯电价对推动储能产业的发展无疑是个好消息。

第三章国内外在相关新能源储能技术上的发展现状

目前全球储能技术主要有物理储能（如抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等）、化学储能（如钠硫电池、液流电池、铅酸电池、镍镉电池、超级电容器等）和电磁储能（如超导电磁储能等）三大类。下图（图3-1）介绍储能技术的发展现状。

图3-1 储能技术的发展现状

东润环能在储能系统技术领域和应用领域始终与国内外科研机构和企业保持着紧密的联系，包括钠硫电池领域的领先者日本NGK公司、中国科学院上海硅酸盐研究所，超导储能领域的领先者美国Bruker ETS公司、美国超导公司、中国科学院电工所以及磁悬浮飞轮储能领域的领先者美国Active Power公司。

3.1新能源储能系统的实际应用

由于风能、太阳能、海洋能等多种新能源发电受到气候和天气影响，发电功率难以保证平稳，而我们知道电力系统要求是供需一致，电能消耗和发电量相等，一旦这平衡遭到破坏，轻则电能质量恶化，造成频率和电压不稳，重则引发停电事故，为了解决这一问题，在风力发电、太阳能光伏发电或者太阳能热发电等新能源发电设备中都配备有储能装置，在电力充沛时，多余电力可以储存起来，在晚上、弱风或者超大风发电机组停运或者停运机组过多，发电量不足的时候释放出来以满足负荷需求。下图（图3-2）中，储能电池系统在模组连结上，可与市电电网做连结，提供电力在离峰与尖峰之间作为电力需求缓冲，同时与新能源结合，让电力来源可以兼具独立性与环保性。

图3-2 储能系统在新能源中应用的示意图

Source:EnergyTrend2012

3.2创能、节能与储能的完美搭配

一个完整的新式再生能源系统，在过去来说大部分所见是节能与创能模组相结合，例如太阳能搭配LED路灯即是一例，往往忽略掉储能系统的优化与延伸，因此大多选用效能较低的铅酸电池做为其过渡的搭配组合。

新能源可与高效率储能电池做良好的搭配，然而目前的太阳能系统大多是以并网的方式存在，原因在于现行的电力系统并不适合大规模电力反馈的机制，且在升降电压过程的电力回收效率也并不理想，因此大规模的太阳能系统大多是架设在发电厂周遭，以减少其他的电力系统困扰。

事实上，太阳能、发光二极管以及电池都是直流电驱动的元件，因此当创能、节能以及储能系统整合成为一个系统的时候（图3-3），电力使用效率将能够达到最高。然而，在目前的电力结构上，因为考虑到发电成本以及电力传输的流动性，大部分的电力来源仍以交流电为主，使得大城市地区在三种模组系统的整合应用上仍十分少数，而偏远地区受限于电力普及等问题，会因为便利性关系而牺牲成本考量，采用创能、节能、储能三种模组结合的整合式装置架构。

图3-3 完整的绿色能源系统搭配