儲能——新能源的“孿生兄弟”
能源，是與國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展和國家安全緊密相關(guān)的重大話題。當前，擺在我們面前的現(xiàn)實矛盾是一直依賴的化石能源日益枯竭，且傳統(tǒng)能源利用方式引起的環(huán)境惡化日趨嚴重。一個典型的例子是近年來霧霾天氣在我國出現(xiàn)得日益頻繁，已經(jīng)嚴重影響了國民健康，這也使得人們對清潔能源的需求更為迫切。因此，節(jié)約化石能源、提高化石能源利用效率、實現(xiàn)節(jié)能減排以及研究開發(fā)和大規(guī)模可再生能源，實現(xiàn)能源多樣化成為世界各國能源發(fā)展戰(zhàn)略的共識。
在哥本哈根世界氣候大會上，美國作為發(fā)達國家的代表承諾2020年溫室氣體比2005年減排17%，我國作為發(fā)展中國家的代表承諾2020年單位國內(nèi)生產(chǎn)總值碳減排40%~45%。新能源和節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)已被定為我國的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。
在相關(guān)政策的大力推動下，我國新能源產(chǎn)業(yè)有了較快發(fā)展。尤其是風能、太陽能發(fā)電裝機容量大幅增加。據(jù)統(tǒng)計，2013年，我國新增風電裝機容量16088.7兆瓦，同比增長24.1%，截至2013年末，累計裝機容量91412.89兆瓦，同比增長21.4%。新增裝機和累計裝機兩項數(shù)據(jù)均居世界第一。據(jù)國家能源局數(shù)據(jù)，截至2013年末，累計并網(wǎng)太陽能裝機容量14790兆瓦。僅2013年，我國太陽能新增并網(wǎng)裝機容量11300兆瓦，年度新增裝機容量為全球第一。
但是，可再生能源的快速發(fā)展給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行帶來一定挑戰(zhàn)。風能、太陽能發(fā)電輸出具有隨機性、間歇性的非穩(wěn)態(tài)特性，對于電網(wǎng)側(cè)來說，不像火力發(fā)電廠那樣能夠按照發(fā)電計劃輸出功率，滿足電網(wǎng)負荷與發(fā)電平衡的調(diào)度需求。因此，大規(guī)模可再生能源集中并網(wǎng)對電網(wǎng)調(diào)峰和運行穩(wěn)定性產(chǎn)生較大沖擊，造成部分已建成的新能源設(shè)施不能如期并網(wǎng)運行，不僅給設(shè)施投資建設(shè)企業(yè)造成巨大損失，而且造成大量的“棄風”和“棄光”，嚴重影響新能源產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。風能、太陽能等可再生能源的并網(wǎng)消納已經(jīng)成為發(fā)展的瓶頸問題。
儲能技術(shù)是電力系統(tǒng)發(fā)展歷程中一直渴望的技術(shù)，它可將間歇的、不穩(wěn)定、不可控的可再生能源變成穩(wěn)定、可控，高電能質(zhì)量的優(yōu)質(zhì)能源，真正實現(xiàn)清潔能源、穩(wěn)定電力的美好愿景。
為此，儲能技術(shù)也和新能源、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)一起并稱為第三次工業(yè)革命的核心技術(shù)，是能源互聯(lián)網(wǎng)時代的電能存儲器。當前，美國、日本等發(fā)達國家都在集國家之力，從資金、政策等方面為大型工業(yè)儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造條件，力爭在第三次能源變革中占據(jù)先機。2012年，美國能源部制定了詳細的儲能技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃。美國加州儲能法案規(guī)劃2020年儲能裝機容量將達到最大電力負荷的5%，并制定了諸如儲能電價、稅收減免等激勵政策，推動儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。日本政府在2013年度啟動首批能源特別追加預(yù)算，投入286億日元（約3.6億美元），實施大規(guī)模儲能技術(shù)在間歇式電源接入、電網(wǎng)調(diào)峰、分布式供電領(lǐng)域用應(yīng)用示范驗證。據(jù)國際權(quán)威資訊機構(gòu)麥肯錫預(yù)測，2025年儲能技術(shù)對全球經(jīng)濟價值貢獻將超過1萬億美元，市場前景廣闊。
液流電池——儲能大家族中的中堅力量
在儲能大家族中，按照技術(shù)類型劃分，主要包括物理儲能和化學(xué)儲能。各種儲能技術(shù)具有不同的技術(shù)特點和應(yīng)用領(lǐng)域。物理儲能主要包括抽水儲能、壓縮空氣儲能。這兩種儲能技術(shù)具有規(guī)模大、壽命長、安全可靠、運行費用低的優(yōu)點，建設(shè)規(guī)模一般在百兆瓦級以上，儲能時長從幾小時到幾天。其中抽水儲能是目前在電力系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的儲能方式，全球總裝機容量達127吉瓦，占儲能總裝機容量的99%。但兩種儲能方式都需要特殊的地理條件和配套設(shè)施，建設(shè)的局限性較大。化學(xué)儲能相比于物理儲能具備系統(tǒng)簡單、安裝便捷以及運行方式靈活等優(yōu)點，建設(shè)規(guī)模一般在千瓦～百兆瓦級別，液流電池、鋰電池、鈉硫電池、鉛炭電池是目前電力系統(tǒng)用儲能的主流技術(shù)。
液流電池是由美國科學(xué)家thallerl.h.（nasalewisresearchcenter）于1974年提出的一種電化學(xué)儲能技術(shù)。液流電池是通過活性物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)來實現(xiàn)電能和化學(xué)能的相互轉(zhuǎn)化。充電時，正極發(fā)生氧化反應(yīng)，活性物質(zhì)價態(tài)升高；負極發(fā)生還原反應(yīng)，活性物質(zhì)價態(tài)降低。放電時則正好相反，正極發(fā)生還原反應(yīng)，活性物質(zhì)價態(tài)降低；負極發(fā)生氧化反應(yīng)，活性物質(zhì)價態(tài)升高。與傳統(tǒng)二次電池直接采用活性物質(zhì)做電極不同，液流儲能電池的電極均為惰性電極，只為電極反應(yīng)提供反應(yīng)場所，活性物質(zhì)通常以離子狀態(tài)存儲于電解液中。正極和負極電解液分別裝在兩個儲罐中，通過送液泵實現(xiàn)電解液在管路系統(tǒng)中的循環(huán)。運行過程中，全液態(tài)液流電池氧化還原反應(yīng)表現(xiàn)為離子價態(tài)的變化，沉積型液流電池表現(xiàn)為金屬的沉積與溶出。
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