隨著全球能源格局由依賴化石能源向追求清潔能源轉(zhuǎn)變,能源的持續(xù)穩(wěn)定供給,日益成為公眾關(guān)注的重要問題。其中,儲(chǔ)能技術(shù)貫穿新能源開發(fā)與利用的全部環(huán)節(jié),成為新能源發(fā)展的核心支撐。國(guó)家發(fā)展改革委和國(guó)家能源局聯(lián)合發(fā)布《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃(2016—2030年)》,部署十五項(xiàng)重點(diǎn)任務(wù),其中就包括先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)創(chuàng)新。
儲(chǔ)能技術(shù)是指通過裝置或者物理介質(zhì)將能量?jī)?chǔ)存起來以便后續(xù)需要時(shí)進(jìn)行利用的技術(shù)。目前,按照存儲(chǔ)介質(zhì)進(jìn)行分類,儲(chǔ)能技術(shù)主要可以分為機(jī)械類儲(chǔ)能、電化學(xué)類儲(chǔ)能、電磁類儲(chǔ)能、熱儲(chǔ)能、化學(xué)類儲(chǔ)能等。實(shí)際應(yīng)用中,機(jī)械類儲(chǔ)能以及電化學(xué)類儲(chǔ)能的應(yīng)用范圍相對(duì)更加廣泛。
機(jī)械類儲(chǔ)能是指利用機(jī)械原理將能量進(jìn)行存儲(chǔ)的技術(shù),例如典型的抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能以及飛輪儲(chǔ)能等。以目前主流的抽水蓄能為例,抽水蓄能主要是在用電低谷階段,利用過剩的電力將作為液態(tài)能量媒體的水從低海拔位置移動(dòng)至高海拔位置,以將過剩電力所具有的電能轉(zhuǎn)換為這部分水增加的重力勢(shì)能,實(shí)現(xiàn)能量的儲(chǔ)存。這樣,在用電高峰階段,通過控制高海拔位置的水流動(dòng)至低海拔位置,再將這部分水的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換為電能輔助電力供應(yīng)。僅針對(duì)這種削峰填谷的電力供應(yīng)思路,截至2021年10月國(guó)內(nèi)已經(jīng)研發(fā)出300件以上的專利,用于不斷優(yōu)化儲(chǔ)能效率以及電力供應(yīng)效果。
電化學(xué)類儲(chǔ)能是指利用化學(xué)反應(yīng)原理將能量進(jìn)行儲(chǔ)存的技術(shù),主要是基于電池實(shí)現(xiàn)能量在電能與化學(xué)能之間的轉(zhuǎn)換。主流的電池包括鋰離子電池、鉛酸電池、鈉硫電池和液流電池等。目前,鋰離子電池在電動(dòng)汽車、計(jì)算機(jī)、移動(dòng)設(shè)備上應(yīng)用普遍,幾乎已成為世界上應(yīng)用最為廣泛的電池。基于鋰離子電池的儲(chǔ)能技術(shù)也得到迅速發(fā)展,國(guó)內(nèi)公開的關(guān)于鋰離子電池的專利已超過2300件。
電磁類儲(chǔ)能、熱儲(chǔ)能以及化學(xué)類儲(chǔ)能在一些領(lǐng)域中也有相關(guān)應(yīng)用。其中,電磁類儲(chǔ)能是指利用電磁原理實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能的技術(shù),主要包括超級(jí)電容器儲(chǔ)能和超導(dǎo)儲(chǔ)能。熱儲(chǔ)能是指將能量在熱能與電能之間進(jìn)行轉(zhuǎn)化的技術(shù),主要包括顯熱儲(chǔ)能以及潛熱儲(chǔ)能等?;瘜W(xué)類儲(chǔ)能主要是指利用氫或合成天然氣作為二次能源的載體的技術(shù),如將氫與二氧化碳合成為甲烷的P2G技術(shù)等。
截至2021年10月,筆者檢索到國(guó)內(nèi)在儲(chǔ)能技術(shù)方面約有7.55萬件專利,包括約4.33萬件發(fā)明專利與約3.22萬件實(shí)用新型專利。其中,98%的專利均與電儲(chǔ)能相關(guān),即用于實(shí)現(xiàn)能量在電能與其它類型能量之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換,在智能電網(wǎng)、動(dòng)力電池等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。電儲(chǔ)能具備優(yōu)異的調(diào)節(jié)性能、靈活的安裝方式、環(huán)保等多種優(yōu)勢(shì)。
在大規(guī)模的電儲(chǔ)能技術(shù)中,抽水蓄能技術(shù)相對(duì)更加成熟,但是其受地理?xiàng)l件制約,在不滿足地理?xiàng)l件的情況下難以實(shí)現(xiàn)抽水蓄能。而以鋰離子電池為代表的電化學(xué)類儲(chǔ)能受地形等因素影響較小,可靈活運(yùn)用于發(fā)電側(cè)、輸配電側(cè)和用電側(cè),并具有放電電壓穩(wěn)定、工作溫度范圍寬、儲(chǔ)存壽命長(zhǎng)、無記憶效應(yīng)及無環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)。隨著電化學(xué)類儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展,電化學(xué)類儲(chǔ)能技術(shù)的成本不斷下降,商業(yè)化應(yīng)用日益成熟,這使得電化學(xué)類儲(chǔ)能的優(yōu)勢(shì)愈發(fā)明顯,并逐漸成為儲(chǔ)能技術(shù)的主流,且未來仍有較大的成本下降空間,發(fā)展?jié)摿^大。
截至2021年10月,筆者檢索到國(guó)內(nèi)約有1.92萬件電化學(xué)類儲(chǔ)能專利。由于電化學(xué)類儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用前景較廣,針對(duì)電化學(xué)類儲(chǔ)能技術(shù)的研究投入愈來愈多,后續(xù)會(huì)有更多的專利產(chǎn)出。以國(guó)家電網(wǎng)以及寧德時(shí)代為代表的多家企業(yè),對(duì)電化學(xué)類儲(chǔ)能技術(shù)的研究水平已經(jīng)處于領(lǐng)先地位,并已經(jīng)在全國(guó)范圍內(nèi)加速儲(chǔ)能布局,包括搭建儲(chǔ)能電站、構(gòu)建儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈(如動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈)等。另外,清華大學(xué)、重慶大學(xué)等高校也在積極致力于儲(chǔ)能技術(shù)的研究,不僅擁有數(shù)量較多的專利,也將專利付諸于實(shí)際應(yīng)用。
隨著儲(chǔ)能技術(shù)的不斷發(fā)展,新能源產(chǎn)業(yè)日益興起,只有將最新的儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用到智能電網(wǎng)、動(dòng)力電池等領(lǐng)域,方可保障電網(wǎng)高效安全運(yùn)行和電力供需平衡,提高電網(wǎng)穩(wěn)定性以及電能質(zhì)量,滿足社會(huì)公眾不斷增長(zhǎng)的對(duì)于新能源的需求。
原標(biāo)題:截至2021年,國(guó)內(nèi)在儲(chǔ)能技術(shù)方面約有7.55萬件專利