新一輪的世界能源技術(shù)革命正在興起，推動著能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型，重塑著能源的格局。構(gòu)建綠色、低碳、清潔、高效、安全的能源體系是世界能源發(fā)展理念和主要方向。我國能源生產(chǎn)和消費總量均已居世界前列，但仍存在能源結(jié)構(gòu)不合理、能源利用效率不高、可再生能源利用比例低、能源安全利用水平有待進一步提高等問題。因此，推進能源改革，發(fā)展“綠色、低碳、清潔、高效、安全”的能源技術(shù)勢在必行。2014年6月，習(xí)近平總書記在中央財經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)小組第六次會議上提出了推動能源消費革命、能源供給革命、能源技術(shù)革命、能源體制革命和全方位加強國際合作的“四個革命、一個合作”的五方面要求，確立了我國能源安全發(fā)展的行動綱領(lǐng)。

促進儲能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，對提高能源利用效率、增加可再生能源利用比例、保障能源安全、推動能源革命具有重大的戰(zhàn)略意義。2017年10月，國家發(fā)展改革委等五部門聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于促進儲能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》，指出：“儲能是智能電網(wǎng)、可再生能源高占比能源系統(tǒng)、‘互聯(lián)網(wǎng)＋’智慧能源的重要組成部分和關(guān)鍵支撐技術(shù)。儲能可為電網(wǎng)運行提供調(diào)峰、調(diào)頻、備用、黑啟動、需求響應(yīng)支撐等多種服務(wù)，是提升傳統(tǒng)電力系統(tǒng)靈活性、經(jīng)濟性和安全性的重要手段；儲能可顯著提高風(fēng)、光等可再生能源的消納水平，支撐分布式電力及微網(wǎng)，是推動主體能源由化石能源向可再生能源更替的關(guān)鍵技術(shù)；儲能可促進能源生產(chǎn)消費開放共享和靈活交易、實現(xiàn)多能協(xié)同，是構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)，推動電力體制改革和促進能源新業(yè)態(tài)發(fā)展的核心基礎(chǔ)?！?/p>

物理儲能一般包括物理儲電和物理儲熱兩大類，物理儲能具有規(guī)模大、成本低、壽命長、環(huán)保等特點，具有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域和巨大的發(fā)展?jié)摿?。我國對物理儲能的發(fā)展非常重視，科學(xué)技術(shù)部、國家能源局、中國科學(xué)院以及各級地方政府等均對物理儲能的發(fā)展進行了重要部署。由此可見，物理儲能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的研究發(fā)展具有重要戰(zhàn)略意義。

國內(nèi)外物理儲能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

物理儲能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

抽水蓄能

抽水蓄能利用電能和水勢能的相互轉(zhuǎn)化進行能量存儲，具有效率高、容量大、壽命長、儲能周期不受限制等優(yōu)點，是目前技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的電力儲能技術(shù)。但是，由于抽水蓄能需要建造水庫和水壩，其應(yīng)用受地理條件的限制。表2為抽水蓄能技術(shù)特征，典型抽水蓄能電站規(guī)模為100—3000MW，主要適用于電力系統(tǒng)調(diào)頻、調(diào)峰填谷、能量管理、備用等方面。

抽水蓄能技術(shù)自從1882年國際第一座抽水蓄能電站在瑞士使用以來，已經(jīng)發(fā)展近130多年，技術(shù)已經(jīng)成熟。目前世界上在運營的最大抽水蓄能電站是1985年投入運行的美國巴斯康蒂抽水蓄能電站，裝機容量達到30．03MW。

我國的抽水蓄能技術(shù)研發(fā)與建設(shè)起步較晚，1968年首次在河北省崗南水電站引進2臺日本制造的單機11MW混合式抽水蓄能機組。經(jīng)過50余年的發(fā)展，我國抽水蓄能已從引進、吸收消化階段轉(zhuǎn)變?yōu)樽灾餮邪l(fā)階段。2016年6月投入商業(yè)運行的浙江仙居抽蓄電站機組是我國真正意義上第一臺完全自主設(shè)計、自主生產(chǎn)、自主安裝運營的設(shè)備，也標(biāo)志著我國打破國外的技術(shù)壟斷，完整掌握大型抽水蓄能電站核心技術(shù)。

總體來說，抽水蓄能技術(shù)正朝著大容量、高水頭、高效率、智能化方向發(fā)展，具體關(guān)鍵技術(shù)包括：高水頭大功率水泵水輪機、高轉(zhuǎn)速大功率發(fā)電機、變速調(diào)節(jié)控制、無人化智能控制與集中管理、信息化施工、隧道掘進機開挖技術(shù)、新型鋼材和瀝青混凝土技術(shù)等。

壓縮空氣儲能系統(tǒng)

傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)是基于燃?xì)廨啓C技術(shù)，利用電能和空氣內(nèi)能進行能量儲存的系統(tǒng)。傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)具有容量較大、周期長、壽命長、投資相對小等優(yōu)點，但由于其不是一項獨立的技術(shù)，必須同燃?xì)廨啓C電站配套使用，依賴燃燒化石燃料提供熱源，且依賴大型儲氣室，如巖石洞穴、鹽洞、廢棄礦井等，因此應(yīng)用也受到地理條件的限制。表3為壓縮空氣儲能技術(shù)特征，可見，壓縮空氣儲能系統(tǒng)與抽水蓄能技術(shù)特性相似，其應(yīng)用領(lǐng)域與抽水蓄能也相同。

傳統(tǒng)壓縮空氣儲能技術(shù)自從1949年StalLaval提出利用地下洞穴實現(xiàn)壓縮空氣儲能以來，國際上只有兩座大規(guī)模傳統(tǒng)壓縮空氣儲能電站投入商業(yè)運行，分別是德國的290MWHuntorf電站和美國的110MWMcIntosh電站。此外，日本建設(shè)2MW傳統(tǒng)壓縮空氣儲能示范電站。我國只進行了傳統(tǒng)壓縮空氣儲能技術(shù)相關(guān)理論研究。

傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)存在依賴大型儲氣洞穴、依賴化石燃料兩大技術(shù)瓶頸，嚴(yán)重限制了其推廣應(yīng)用。近年來，為解決上述技術(shù)瓶頸，國內(nèi)外學(xué)者開發(fā)了多種新型壓縮空氣儲能系統(tǒng)。目前國際上已經(jīng)實現(xiàn)MW級示范的系統(tǒng)包括：美國SustainX公司等溫壓縮空氣儲能系統(tǒng)、美國GeneralCompression公司蓄熱式壓縮空氣儲能系統(tǒng)、英國Highview公司液態(tài)空氣儲能系統(tǒng)。國內(nèi)，中國科學(xué)院工程熱物理研究所于2009年在國際上首次提出超臨界壓縮空氣儲能系統(tǒng)，并研制了國際首套1．5MW和10MW示范系統(tǒng)，系統(tǒng)效率高于全球所有同等規(guī)模系統(tǒng)的效率，并且已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，目前正在開展100MW級系統(tǒng)技術(shù)研發(fā)與示范。

壓縮空氣儲能技術(shù)正朝著不依賴化石燃料、不依賴大型儲氣室、提高系統(tǒng)效率方向發(fā)展，主要通過提高關(guān)鍵部件技術(shù)性能、優(yōu)化系統(tǒng)集成與控制技術(shù)等手段來實現(xiàn)，具體關(guān)鍵技術(shù)包括寬負(fù)荷壓縮機技術(shù)、高負(fù)荷膨脹機技術(shù)、高效蓄熱技術(shù)、儲氣技術(shù)和系統(tǒng)集成與控制技術(shù)等。

飛輪儲能

飛輪儲能是利用電能和飛輪動能相互轉(zhuǎn)化的能量存儲形式，具有單機功率大、效率高、循環(huán)壽命長、響應(yīng)速度快等優(yōu)點，具體技術(shù)性能見表4。該技術(shù)適用于調(diào)頻、調(diào)峰、移動應(yīng)急電源（EPS）和不間斷電源（UPS）等領(lǐng)域。

國外發(fā)達國家已經(jīng)出現(xiàn)了很多高性能的飛輪儲能產(chǎn)品。美國進展最快：美國ActivePower公司的100—2000kWUPS、Pentadyne公司的65—1000kVAUPS、BeaconPower公司的25MWSmartEnergyMatrix、波音公司高溫超導(dǎo)磁浮軸承的100kW／5kWh飛輪儲能，以及SatConTechnology公司的315—2200kVAUPS等產(chǎn)品已經(jīng)應(yīng)用于電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制、電力質(zhì)量改善和電力調(diào)峰和風(fēng)力發(fā)電全頻調(diào)峰等領(lǐng)域。在高溫超導(dǎo)飛輪儲能系統(tǒng)的研制方面，美國波音、德國ATZ等公司處在世界前列，日本ISTEC和韓國KEPRI也進行了卓有成效的研究。我國飛輪儲能處于關(guān)鍵技術(shù)突破階段，與國外先進技術(shù)水平差距有5—10年，且多與其他儲能方式配合使用。

飛輪儲能正朝著增加飛輪單機與單元儲能容量、增加功率、提高效率的方向發(fā)展，其關(guān)鍵技術(shù)包括先進復(fù)合材料飛輪技術(shù)、高速高效電機技術(shù)、磁懸浮軸承技術(shù)、飛輪陣列技術(shù)等。

超導(dǎo)儲能

超導(dǎo)儲能系統(tǒng)是目前唯一能將電能直接存儲為電流的儲能系統(tǒng)，具有響應(yīng)速度快、效率高，以及有功和無功輸出、可靈活控制等優(yōu)點，表5為超導(dǎo)儲能技術(shù)特征，主要應(yīng)用于提高電網(wǎng)的電能質(zhì)量領(lǐng)域。

自1969年法國Ferrier提出超導(dǎo)儲能以來，只有美國等少數(shù)國家開發(fā)出商業(yè)性產(chǎn)品，日本、德國等國家開發(fā)出原理樣機。美國已有6臺3MJ／8MVA小型超導(dǎo)儲能系統(tǒng)成功地安裝在威斯康星州公用電力的北方環(huán)型輸電網(wǎng)。德國公司ACCELInstrumentGmbHh和EUSGmbH聯(lián)合開發(fā)了2MJ超導(dǎo)磁體用于實驗室的UPS系統(tǒng)。日本ChubuElectricPower公司和國家能源開發(fā)組織啟動了一項10MW／19MJ超導(dǎo)儲能裝置研發(fā)項目。

我國較早地開展了超導(dǎo)儲能的基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)研究，并取得了顯著成果。中國科學(xué)院電工研究所于2008年完成1MJ／0．5MVA高溫超導(dǎo)儲能系統(tǒng)的研制，并在甘肅白銀實施了世界首座超導(dǎo)變電站限流－儲能示范工程，其具有目前世界上最大的高溫超導(dǎo)磁體，這標(biāo)志著我國超導(dǎo)技術(shù)基本達到國際先進水平，并在國際率先實現(xiàn)完整超導(dǎo)變電站系統(tǒng)的運行。

中、大功率（1—10MW／10—50MJ級）是超導(dǎo)儲能系統(tǒng)的研發(fā)方向，其關(guān)鍵技術(shù)包括超導(dǎo)材料技術(shù)、低溫制冷技術(shù)、超導(dǎo)限流技術(shù)、功率變換調(diào)節(jié)技術(shù)和系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)控技術(shù)等。

物理儲熱

根據(jù)儲熱形式，物理儲熱可分為顯熱儲熱和潛熱儲熱技術(shù)。其中，顯熱儲熱技術(shù)儲能密度低、體積大、溫度輸出波動大、成本低、裝置結(jié)構(gòu)簡單、技術(shù)成熟，已有商業(yè)化產(chǎn)品；潛熱儲熱技術(shù)具有儲能密度高、體積小、溫度輸出平穩(wěn)等優(yōu)點，但循環(huán)壽命有待提升，正處于低溫、小規(guī)模示范應(yīng)用階段，是目前的研究熱點。表6為物理儲熱技術(shù)特征，可廣泛應(yīng)用于能源網(wǎng)絡(luò)的“削峰填谷”、風(fēng)電儲存利用、太陽能熱發(fā)電、工業(yè)余熱利用、交通運輸過程中的溫度自調(diào)控、建筑物溫度自調(diào)節(jié)、電廠余熱回收及微型和智能電網(wǎng)等領(lǐng)域。

顯熱儲熱材料可分為低溫、中溫和中高溫儲熱材料。水的比熱大，主要用于低溫儲熱；導(dǎo)熱油、硝酸鹽的沸點比較高，常用于中溫儲熱；鎂磚、混凝土、熔融鹽等是主要的中高溫儲熱材料；高溫混凝土已應(yīng)用在太陽能熱發(fā)電等領(lǐng)域。2013年，美國阿肯色大學(xué)開發(fā)出可耐500oC的中高溫新型混凝土；同年，國家電網(wǎng)公司在北京建成首個采用鎂磚為蓄熱材料的集中電采暖試點示范項目，工作溫度范圍150oC—500oC。

潛熱儲熱材料可分為常低溫、中溫和中高溫相變材料。常低溫相變材料主要包括聚乙二醇、石蠟和脂肪酸等有機物及無機水合鹽，中溫相變材料主要包括硝酸鹽等無機鹽和有機糖醇等有機材料，中高溫相變材料主要包括氟化物、氯化物和鹽酸鹽等無機鹽、金屬和合金等。德國ZAE公司采用沸石為相變儲熱材料，建成4MWh移動儲熱供熱裝置。江蘇啟能新能源材料有限公司采用相變溫度為95oC的水合鹽相變儲熱技術(shù)實現(xiàn)供暖，儲熱容量為12MWh。新疆阿勒泰市風(fēng)電清潔供暖示范項目采用南京金合能源材料有限公司的相變儲熱磚，儲熱密度超過835kJ／kg和1680MJ／m3。綜上，相變儲熱技術(shù)具有儲能密度高、體積小、溫度輸出平穩(wěn)等優(yōu)點，但循環(huán)壽命有待提升，隨著國內(nèi)電能替代的發(fā)展需要，目前已經(jīng)成為研究熱點。

國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展差距

雖然我國政府對儲能愈來愈重視，但是經(jīng)過多方數(shù)據(jù)調(diào)研，由于發(fā)展較晚，整體上我國儲能技術(shù)與國際還有較大的差距（圖3）。除新型壓縮空氣儲能系統(tǒng)外，國際上其他物理儲能技術(shù)都處在應(yīng)用或推廣階段，而我國只有抽水蓄能和顯熱儲熱技術(shù)實現(xiàn)了推廣，其他物理儲能技術(shù)均處在示范與研發(fā)階段。

國內(nèi)外儲能技術(shù)指標(biāo)的比較見圖4。在規(guī)模方面，除新型壓縮空氣儲能外，其他儲能技術(shù)的規(guī)模較國外仍有一定的差距，特別是傳統(tǒng)壓縮空氣儲能、飛輪儲能和超導(dǎo)儲能；在效率方面，除新型壓縮空氣儲能外，其他儲能技術(shù)的效率均低于國外水平；在壽命方面，國內(nèi)飛輪儲能和超導(dǎo)儲能技術(shù)壽命遠低于國外水平。

美國政策

美國儲能技術(shù)的快速發(fā)展與政府政策密不可分。這些政策覆蓋了產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃、電價激勵、設(shè)備投資激勵、示范項目激勵等方面。其中，產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃政策主要有《美國加州儲能激勵法案》、美國能源部“SunShot計劃”等；電價激勵政策主要有聯(lián)邦能源管理委員會745號令、755號令、784號令、792號令等；設(shè)備投資激勵政策主要包括“自發(fā)電系統(tǒng)激勵計劃”等；示范項目激勵政策主要有《美國復(fù)蘇與再投資法案》等。整體而言，美國政策具備全面性和可持續(xù)發(fā)展性，并輔以大規(guī)模的政府資金支持。

日本政策

日本儲能政策主要包括產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃、電價激勵、可再生能源發(fā)展、分布式能源系統(tǒng)發(fā)展、設(shè)備投資激勵政策等。其中，產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃政策主要包括“日光計劃”“月光計劃”“新日光計劃”等；電價激勵政策主要有抽水蓄能的推動政策等；可再生能源發(fā)展政策主要包括電力企業(yè)采購可再生能源電力的特別措施法、電力公用事業(yè)的經(jīng)營者采購可再生能源的特別措施法等；分布式能源系統(tǒng)發(fā)展政策主要有《節(jié)能法修正案》；設(shè)備投資激勵政策主要有鋰離子電池儲能補貼政策。整體而言，日本政策具有前瞻性、全面性、高效性和可持續(xù)性的特點。

德國政策

德國儲能政策主要包括產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃、電價激勵、設(shè)備投資、可再生能源發(fā)展政策。其中，產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃政策有“第六次能源研究計劃”；電價激勵政策有“自消費”稅；設(shè)備投資激勵政策有德國光伏儲能補貼政策；可再生能源發(fā)展政策有《可再生能源法案》。整體而言，德國政策具備針對性和高效性。

中國政策

國內(nèi)儲能政策主要停留在指導(dǎo)層面，雖然近些年出臺了若干促進可再生能源發(fā)展、分布式光伏發(fā)展、電力體制改革的政策，加大了對儲能技術(shù)研發(fā)的重視程度，但并沒有針對儲能產(chǎn)業(yè)機制系統(tǒng)的方案。因此，需要結(jié)合國內(nèi)市場特點，借鑒國外先進經(jīng)驗，制定出符合我國國情要求，促進儲能產(chǎn)業(yè)穩(wěn)定、長遠、健康發(fā)展的政策。

我國物理儲能技術(shù)發(fā)展問題與挑戰(zhàn)

技術(shù)方面

關(guān)鍵技術(shù)難題。從技術(shù)角度來看，影響儲能技術(shù)規(guī)?；瘧?yīng)用的重大技術(shù)瓶頸還有待解決，比如大型抽水蓄能機組國產(chǎn)化程度較低，100MW級及以上壓縮空氣儲能中高負(fù)荷壓縮機和膨脹機技術(shù)尚未完全掌握；飛輪儲能的高速電機、高速軸承和高強度復(fù)合材料等關(guān)鍵技術(shù)尚未突破；超導(dǎo)儲能系統(tǒng)的高溫超導(dǎo)材料和超導(dǎo)限流技術(shù)等尚未突破等。

技術(shù)路線難題。從技術(shù)路線角度來看，除抽水蓄能外的物理儲能技術(shù)正處在關(guān)鍵時期：一方面技術(shù)亟待應(yīng)用檢驗，另一方面應(yīng)用側(cè)在選擇不同技術(shù)時又倍感困惑。這對技術(shù)的不斷創(chuàng)新提出了更高要求，迫切需要明確相關(guān)物理儲能技術(shù)發(fā)展路線，對其發(fā)展提供指導(dǎo)。

政策方面

標(biāo)準(zhǔn)體系缺失。相關(guān)配套管理規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)缺失，一定程度上導(dǎo)致并網(wǎng)發(fā)電企業(yè)對儲能技術(shù)的應(yīng)用缺乏內(nèi)在動力。在產(chǎn)品方面，應(yīng)建立強制性認(rèn)證機制，走“先標(biāo)準(zhǔn)、后制造”之路，為儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供政策保障。

激勵政策不夠完備。目前無論是工商業(yè)用戶還是居民用戶，“峰谷電價”等政策的缺失使得用戶端缺乏對儲能應(yīng)用的熱情和動力。而且現(xiàn)階段我國只有對可再生能源發(fā)電的上網(wǎng)電價政策，沒有針對與可再生能源配套的儲能部分的鼓勵政策。此外，由于示范應(yīng)用的成本較高，如不制定合理的示范項目激勵政策，很難推動儲能系統(tǒng)的商業(yè)化運行。

建議

加強儲能規(guī)?；瘧?yīng)用關(guān)鍵技術(shù)的持續(xù)支持力度，針對多種應(yīng)用，鼓勵并行發(fā)展具有不同技術(shù)特征的多種儲能技術(shù)。對具有重大應(yīng)用前景、國內(nèi)已開展基礎(chǔ)研究但尚未掌握的新型儲能技術(shù)，通過持續(xù)支持，使其盡快達到示范驗證水平。對已獲支持的儲能技術(shù)，在充分評估下，對于確實有重大應(yīng)用前景、進展良好、技術(shù)成熟度較高的技術(shù)，進一步強化支持，突破瓶頸技術(shù)，推進相關(guān)技術(shù)向產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化發(fā)展。

制定我國物理儲能技術(shù)發(fā)展路線，包含近、中、長期規(guī)劃，作為中國儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的目標(biāo)性指導(dǎo)文件。近期規(guī)劃應(yīng)明確重點發(fā)展的技術(shù)類別、確立示范項目資金支持和應(yīng)用方向；中、長期規(guī)劃應(yīng)確立規(guī)模、發(fā)展目標(biāo)、資金投入、技術(shù)方向、應(yīng)用類型的計劃并持續(xù)修正完善，使技術(shù)的發(fā)展有序、有重點、有目標(biāo)。

出臺儲能示范項目相關(guān)配套管理規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，建立強制性認(rèn)證機制。規(guī)范儲能產(chǎn)品規(guī)格和性能，推動儲能產(chǎn)品規(guī)范化生產(chǎn)和示范項目的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，促進儲能產(chǎn)品和行業(yè)的健康發(fā)展。