作者：陳海生1, 李泓2, 徐玉杰1, 徐德厚3, 王亮1, 周學(xué)志1, 陳滿4, 胡東旭1, 林海波12, 李先鋒5, 胡勇勝2, 安仲勛6, 劉語(yǔ)1, 肖立業(yè)7, 蔣凱8, 鐘國(guó)彬9, 王青松10, 李臻11, 康飛宇14, 王選朋15, 尹釗1, 戴興建1, 林曦鵬1, 朱軼林1, 張弛1, 張宇鑫1, 劉為11, 岳芬11, 張長(zhǎng)昆5, 俞振華11, 黨榮彬2, 邱清泉7, 陳仕卿1, 史卓群1, 張華良1, 李浩秒8, 徐成8, 周棟14, 司知蠢14, 宋振11, 趙新宇16, 劉軒13, 梅文昕10

　　單位：1. 中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所，北京2.中國(guó)科學(xué)院物理研究所，北京3.畢節(jié)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)國(guó)家能源大規(guī)模物理儲(chǔ)能技術(shù)研發(fā)中心，貴州 畢節(jié)4.南方電網(wǎng)儲(chǔ)能股份有限公司，廣東 廣州5.中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所，遼寧 大連6.上海奧威科技開(kāi)發(fā)有限公司，上海7.中國(guó)科學(xué)院電工研究所，北京8.華中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，湖北 武漢9.廣東新型儲(chǔ)能?chē)?guó)家研究院有限公司，廣東 廣州10.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)火災(zāi)科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 合肥11.中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟，北京12.吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春13.南方電網(wǎng)電力科技股份有限公司，廣東 廣州14.清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院，廣東 深圳15.武漢理工大學(xué)物理與力學(xué)學(xué)院，湖北 武漢16.南京師范大學(xué)能源與機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 南京

　　摘要：

　　本文對(duì)2024年度中國(guó)儲(chǔ)能技術(shù)的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述。通過(guò)對(duì)基礎(chǔ)研究、關(guān)鍵技術(shù)和集成示范三方面的回顧和分析，總結(jié)得出了2024年中國(guó)儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域的主要技術(shù)進(jìn)展，包括抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能、鉛蓄電池、鋰離子電池、液流電池、鈉離子電池、超級(jí)電容器、新型儲(chǔ)能技術(shù)、集成技術(shù)和消防安全技術(shù)等。綜合分析表明中國(guó)儲(chǔ)能又經(jīng)歷了高速發(fā)展的一年，在基礎(chǔ)研究、關(guān)鍵技術(shù)和集成示范方面均有重要進(jìn)展。中國(guó)保持了世界儲(chǔ)能技術(shù)基礎(chǔ)研究、技術(shù)研發(fā)和集成示范領(lǐng)域最為活躍的國(guó)家地位。中國(guó)機(jī)構(gòu)和學(xué)者在儲(chǔ)能領(lǐng)域發(fā)表SCI論文數(shù)、申請(qǐng)WIPO國(guó)際發(fā)明專(zhuān)利數(shù)、新增集成示范和產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目裝機(jī)容量均居世界第一;新型儲(chǔ)能裝機(jī)功率首次超過(guò)抽水蓄能，迎來(lái)歷史性時(shí)刻，總體上中國(guó)儲(chǔ)能實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化發(fā)展。

　　隨著國(guó)家“雙碳”戰(zhàn)略的深入實(shí)施，我國(guó)新型能源體系建設(shè)穩(wěn)步推進(jìn)，能源保障基礎(chǔ)不斷夯實(shí)，已建成全球最大的清潔能源系統(tǒng)。儲(chǔ)能是解決可再生能源規(guī)模化消納和實(shí)現(xiàn)能源革命的關(guān)鍵支撐技術(shù)，已成為構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的核心要素和基礎(chǔ)裝備，也是催生國(guó)內(nèi)能源新業(yè)態(tài)、搶占國(guó)際戰(zhàn)略新高地的重要領(lǐng)域，對(duì)構(gòu)建安全高效、清潔低碳的能源體系具有重要意義。

　　總體上，我國(guó)儲(chǔ)能行業(yè)處于高速發(fā)展階段，經(jīng)歷了從商業(yè)化初期階段向規(guī)模化發(fā)展階段的轉(zhuǎn)變。2021—2023年，筆者對(duì)中國(guó)主要儲(chǔ)能技術(shù)的年度研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述，得到了學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。2024年，我國(guó)中國(guó)儲(chǔ)能技術(shù)和產(chǎn)業(yè)又經(jīng)歷了高速發(fā)展的一年，儲(chǔ)能技術(shù)快速發(fā)展、裝機(jī)規(guī)模大幅增加、政策市場(chǎng)化推進(jìn)加快、產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)規(guī)模化發(fā)展。學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的朋友建議筆者繼續(xù)撰寫(xiě)一篇綜述性文章，對(duì)中國(guó)2024年儲(chǔ)能技術(shù)的研究進(jìn)展進(jìn)行系統(tǒng)的回顧和分析。

　　本文是受《儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù)》期刊邀請(qǐng)，依托中國(guó)化工學(xué)會(huì)儲(chǔ)能工程專(zhuān)業(yè)委員會(huì)和中國(guó)能源研究會(huì)儲(chǔ)能專(zhuān)業(yè)委員會(huì)的專(zhuān)家，擬對(duì)2024年中國(guó)的主要儲(chǔ)能技術(shù)的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，包括抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能、鉛蓄電池、鋰離子電池、液流電池、鈉離子電池、超級(jí)電容和新型儲(chǔ)能技術(shù)等，希望能夠通過(guò)對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)基礎(chǔ)研究、關(guān)鍵技術(shù)、集成示范等的回顧和分析，總結(jié)2024年中國(guó)儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域的主要進(jìn)展，為儲(chǔ)能領(lǐng)域的研究生、科研工作者和工程技術(shù)人員提供參考。

　　本文共14節(jié)，其中前言由陳海生撰寫(xiě)，第1節(jié)抽水蓄能由陳滿、徐德厚、周學(xué)志撰寫(xiě)，第2節(jié)壓縮空氣儲(chǔ)能由周學(xué)志、朱軼林、徐玉杰撰寫(xiě)，第3節(jié)儲(chǔ)熱儲(chǔ)冷由王亮、張弛、林曦鵬撰寫(xiě)，第4節(jié)飛輪儲(chǔ)能由胡東旭、戴興建、張華良撰寫(xiě)，第5節(jié)鉛蓄電池由林海波、劉為撰寫(xiě)，第6節(jié)鋰離子電池由李泓、岳芬撰寫(xiě)，第7節(jié)液流電池由李先鋒、張長(zhǎng)昆、俞振華撰寫(xiě)，第8節(jié)鈉離子電池由胡勇勝、黨榮彬、劉語(yǔ)撰寫(xiě)，第9節(jié)超級(jí)電容由安仲勛、劉語(yǔ)撰寫(xiě)，第10節(jié)新型儲(chǔ)能技術(shù)由肖立業(yè)、周學(xué)志、邱清泉、陳仕卿(重力儲(chǔ)能)、王亮、史卓群、徐玉杰(熱泵儲(chǔ)電)、蔣凱、李浩秒、徐成(液態(tài)金屬)、康飛宇、周棟、司知蠢(水系鋅離子)、王選朋、宋振(鉀離子電池)、尹釗、趙新宇、徐玉杰(AI for儲(chǔ)能)撰寫(xiě)，第11節(jié)集成技術(shù)由劉軒、鐘國(guó)彬、宋振撰寫(xiě)，第12節(jié)消防安全技術(shù)由王青松、梅文昕撰寫(xiě)，第13節(jié)綜合分析由陳海生、張宇鑫、李臻撰寫(xiě)，第14節(jié)結(jié)論與展望由陳海生撰寫(xiě)，全文由陳海生統(tǒng)稿。由于作者水平有限，加之時(shí)間倉(cāng)促，文中不足和不妥之處，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。

　　1 抽水蓄能

　　抽水蓄能是大規(guī)模儲(chǔ)能的主流技術(shù)之一，具有儲(chǔ)能容量大、系統(tǒng)效率高、運(yùn)行壽命長(zhǎng)、技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)。2024年我國(guó)抽水蓄能行業(yè)保持高速發(fā)展態(tài)勢(shì)，抽水蓄能技術(shù)進(jìn)入規(guī)模化、智能化、生態(tài)化發(fā)展的新階段。目前，水泵水輪機(jī)流動(dòng)特性、機(jī)組設(shè)備與控制技術(shù)、系統(tǒng)調(diào)度和優(yōu)化、市場(chǎng)價(jià)格機(jī)制及經(jīng)濟(jì)性、新型抽水蓄能等是基礎(chǔ)研究的重點(diǎn)方向;關(guān)鍵技術(shù)方面，大型電站工程建設(shè)技術(shù)、機(jī)組設(shè)計(jì)制造技術(shù)和系統(tǒng)集成及智能化運(yùn)行技術(shù)等是研發(fā)重點(diǎn)。

　　1.1　基礎(chǔ)研究

　　在流動(dòng)特性研究方面，文獻(xiàn)通過(guò)CFD仿真揭示了側(cè)式進(jìn)/出水口連接隧洞的流態(tài)演變規(guī)律，指出采用漸變擴(kuò)縮式斷面設(shè)計(jì)可使水頭損失降低25%，流量分配不均勻度控制在5%以內(nèi)。文獻(xiàn)針對(duì)水泵工況斷電事故，建立了導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)間與反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的量化關(guān)系模型，提出“快-慢-快”三段式關(guān)閉策略。文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)變速機(jī)組在水輪機(jī)工況下存在最佳轉(zhuǎn)速匹配點(diǎn)。文獻(xiàn)選取轉(zhuǎn)輪進(jìn)、出口角、包角和葉片數(shù)4個(gè)參數(shù)，基于正交試驗(yàn)驗(yàn)證了斜流泵進(jìn)行抽水蓄能化改造的可行性。文獻(xiàn)通過(guò)數(shù)值仿真計(jì)算，對(duì)孔道流量、流速分布及其不均勻性以及進(jìn)、出流水力單元的間距進(jìn)行了分析，獲取了同發(fā)同抽運(yùn)行時(shí)豎井式進(jìn)/出水口的水力特性。

　　在機(jī)組設(shè)備與控制技術(shù)方面，文獻(xiàn)分析了對(duì)稱(chēng)失磁故障對(duì)機(jī)組的影響，提出基于下拋?zhàn)杩箞A判據(jù)和直流電壓判據(jù)的新型保護(hù)方案，為交流勵(lì)磁電機(jī)主機(jī)設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)提供了理論支持。文獻(xiàn)針對(duì)大型雙饋感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子偏心故障風(fēng)險(xiǎn)，提出一種注入補(bǔ)償電流來(lái)抑制由偏心率引起的不平衡磁力的方法。文獻(xiàn)建立了定速與變速機(jī)組聯(lián)合運(yùn)行調(diào)頻數(shù)值仿真模型，并進(jìn)行調(diào)頻協(xié)調(diào)仿真，揭示了定速與變速機(jī)組聯(lián)合運(yùn)行下電站的一、二次調(diào)頻動(dòng)態(tài)特性。文獻(xiàn)在多個(gè)工況下提出了4種可行的協(xié)聯(lián)控制策略，仿真分析結(jié)果表明發(fā)電工況下適合采用交流勵(lì)磁系統(tǒng)控制功率、機(jī)組調(diào)速器控制轉(zhuǎn)速的控制策略;抽水工況下適合采用交流勵(lì)磁系統(tǒng)控制功率、機(jī)組調(diào)速器控制開(kāi)度的控制策略。

　　在系統(tǒng)調(diào)度和優(yōu)化方面，文獻(xiàn)開(kāi)發(fā)了抽蓄電站輸水發(fā)電系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)模型，實(shí)現(xiàn)輸水發(fā)電系統(tǒng)三維線路布置、聯(lián)動(dòng)快速計(jì)算以及多方案直觀量化比選，有效提高了設(shè)計(jì)效率。文獻(xiàn)提出一種基于博弈論組合賦權(quán)的抽水蓄能電站選址評(píng)價(jià)方法，結(jié)合了主觀賦權(quán)法的經(jīng)驗(yàn)判斷，又優(yōu)化了客觀賦權(quán)法的數(shù)據(jù)分析。文獻(xiàn)提出全清潔能源下的高品質(zhì)礦區(qū)能源系統(tǒng)及其配置優(yōu)化方法，在充分就地消納可再生能源，實(shí)現(xiàn)礦區(qū)生產(chǎn)供能的全清潔化的同時(shí)向外饋送靈活、穩(wěn)定、可控的電能。文獻(xiàn)通過(guò)協(xié)調(diào)風(fēng)電、光伏與抽水蓄能的互補(bǔ)特性，解決高比例可再生能源并網(wǎng)帶來(lái)的出力不確定性與電力市場(chǎng)收益優(yōu)化問(wèn)題，提升聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性。文獻(xiàn)考慮到風(fēng)能和太陽(yáng)能天然的互補(bǔ)性和不穩(wěn)定性、抽水蓄能電站“調(diào)峰調(diào)谷”的優(yōu)勢(shì)以及電網(wǎng)對(duì)穩(wěn)定可靠能源供應(yīng)的需求，基于改進(jìn)螢火蟲(chóng)算法開(kāi)展了多能協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度技術(shù)研究，互補(bǔ)運(yùn)行能源系統(tǒng)的出力波動(dòng)大幅降低。

　　在市場(chǎng)機(jī)制及經(jīng)濟(jì)性方面，文獻(xiàn)分別對(duì)現(xiàn)貨市場(chǎng)形成前后電力市場(chǎng)環(huán)境下的電量電價(jià)和容量電價(jià)進(jìn)行測(cè)算，指出現(xiàn)階段未形成現(xiàn)貨市場(chǎng)的情況下嚴(yán)格執(zhí)行兩部制電價(jià)是合理有效的，未來(lái)形成現(xiàn)貨市場(chǎng)后將由市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)生成電價(jià)。文獻(xiàn)在抽水蓄能電站的市場(chǎng)化運(yùn)行背景下，構(gòu)建了抽水蓄能電站順次參與現(xiàn)貨-輔助服務(wù)市場(chǎng)的容量電費(fèi)定價(jià)模型，實(shí)現(xiàn)以經(jīng)營(yíng)期內(nèi)收支平衡為目標(biāo)定期滾動(dòng)核定抽水蓄能電站的待分?jǐn)偝杀尽Ｎ墨I(xiàn)通過(guò)確定抽水蓄能項(xiàng)目核算邊界、識(shí)別基準(zhǔn)排放情景、確定基準(zhǔn)線碳匯核算方法，構(gòu)建了抽水蓄能電站項(xiàng)目碳減排量核算方法。文獻(xiàn)從系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性、低碳性、靈活性、可靠性4個(gè)效益維度，建立了抽水蓄能電站在新建電力系統(tǒng)中的運(yùn)行效果評(píng)價(jià)體系，能夠全面、真實(shí)地反映抽水蓄能電站給新建電力系統(tǒng)帶來(lái)的效益。

　　在新型抽水蓄能技術(shù)方面，文獻(xiàn)研發(fā)的氣液復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)，通過(guò)液態(tài)壓縮空氣與抽水蓄能的耦合，使循環(huán)效率和建設(shè)成本均得到改善。文獻(xiàn)闡述三種不同地(海)下抽水蓄能發(fā)展現(xiàn)狀，關(guān)鍵技術(shù)和挑戰(zhàn)，提出基于硬巖掘進(jìn)機(jī)挖掘的低成本地下抽水蓄能方案。文獻(xiàn)驗(yàn)證了水下抽蓄(UPHS)與海上風(fēng)電協(xié)同外送的可行性。電磁暫態(tài)仿真表明，配置30%風(fēng)電容量的UPHS系統(tǒng)可將并網(wǎng)點(diǎn)功率波動(dòng)從40%抑制至12%;容量?jī)?yōu)化研究發(fā)現(xiàn)，水下抽蓄的引入可以大幅提升遠(yuǎn)海風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)規(guī)模與投資收益。

　　1.2　關(guān)鍵技術(shù)

　　在機(jī)組設(shè)計(jì)制造技術(shù)方面，首臺(tái)套交流勵(lì)磁變速抽蓄機(jī)組國(guó)產(chǎn)化研發(fā)迎來(lái)多項(xiàng)里程碑式進(jìn)展。2024年8月，東方電氣在四川德陽(yáng)完成了300 MW級(jí)變速抽水蓄能機(jī)組發(fā)電電動(dòng)機(jī)1∶1轉(zhuǎn)子飛逸試驗(yàn)，驗(yàn)證了轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。10月，水利水電科學(xué)院完成了南網(wǎng)儲(chǔ)能公司肇慶浪江和惠州中洞兩個(gè)抽水蓄能電站變速機(jī)組的第三方試驗(yàn)臺(tái)水泵水輪機(jī)模型驗(yàn)收試驗(yàn)。12月，惠州中洞抽水蓄能電站400 MW變速機(jī)組發(fā)電電動(dòng)機(jī)通風(fēng)模型試驗(yàn)在哈爾濱電機(jī)廠順利完成。

　　在智能運(yùn)維技術(shù)方面，文獻(xiàn)分析了數(shù)字孿生技術(shù)對(duì)智能抽水蓄能電站關(guān)鍵業(yè)務(wù)的支撐效果，其開(kāi)發(fā)的數(shù)字孿生智能抽水蓄能電站檢修系統(tǒng)能顯著提高電站運(yùn)行效率和管理水平。文獻(xiàn)提出一種新型抽蓄機(jī)組故障診斷知識(shí)圖譜構(gòu)建方法，為機(jī)組故障領(lǐng)域的智能問(wèn)答、輔助決策等方面的具體應(yīng)用建立了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。文獻(xiàn)提出了考慮聲-振模態(tài)結(jié)合的抽水蓄能機(jī)組軸承故障診斷技術(shù)，綜合運(yùn)用聲紋與振動(dòng)特征，采用逆巴克頻譜變換、卷積計(jì)算、長(zhǎng)短期神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法，有效提升了軸承故障診斷的準(zhǔn)確率。我國(guó)首個(gè)抽水蓄能大模型正式投用，可實(shí)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)預(yù)警分析、資產(chǎn)線上管理、檢修策略制定等功能。

　　大型電站工程建設(shè)技術(shù)方面，廣東梅州抽水蓄能電站二期工程首條排風(fēng)豎井順利貫通，這是我國(guó)首個(gè)硬巖區(qū)4 m大直徑400 m級(jí)深豎井采用反井鉆機(jī)全斷面掘進(jìn)技術(shù)的工程。國(guó)內(nèi)首臺(tái)1000 MPa級(jí)高強(qiáng)鋼引水鋼岔管在天臺(tái)抽水蓄能電站順利通過(guò)驗(yàn)收，該電站額定水頭724 m，為世界最高，成功應(yīng)用后，將為1000 MPa級(jí)高強(qiáng)鋼在國(guó)內(nèi)后續(xù)特大水電工程、超高水頭抽蓄電站、大容量沖擊式發(fā)電機(jī)組關(guān)鍵核心承壓部件上的大規(guī)模應(yīng)用提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。

　　1.3　集成示范

　　2024年，豐寧、蟠龍、廈門(mén)、阜康、句容、清原、東陽(yáng)、寧海、五岳和鎮(zhèn)安等抽水蓄能電站均有機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電。其中，河北豐寧抽水蓄能電站裝機(jī)容量、儲(chǔ)能能力、地下廠房規(guī)模和地下洞室群規(guī)模均為世界第一。11、12號(hào)機(jī)組分別于2024年8月和12月投產(chǎn)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)大型交流勵(lì)磁變速機(jī)組應(yīng)用空白。重慶蟠龍抽水蓄能電站是首次在軟巖區(qū)建設(shè)大型抽水蓄能電站，運(yùn)用錨索加固、模型仿真分析技術(shù)，運(yùn)用遙感遙測(cè)技術(shù)，解決長(zhǎng)斜井施工難題，建成地質(zhì)災(zāi)害一體化智能監(jiān)測(cè)預(yù)警體系，探索形成國(guó)產(chǎn)機(jī)組定轉(zhuǎn)子光纖測(cè)溫的“蟠龍經(jīng)驗(yàn)”。福建廈門(mén)抽水蓄能電站是國(guó)內(nèi)首個(gè)全站監(jiān)控系統(tǒng)使用全國(guó)產(chǎn)芯片的抽水蓄能電站。新疆阜康抽水蓄能電站是國(guó)內(nèi)抽水蓄能行業(yè)首個(gè)采用EPC工程總承包管理模式的項(xiàng)目，采用BIM技術(shù)貫穿設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維全生命周期，首次設(shè)計(jì)制造應(yīng)用庫(kù)岸面板大跨度曲面滑模，首次研究應(yīng)用瀝青和鋼筋混凝土面板接頭大變形止水結(jié)構(gòu)。遼寧清原抽水蓄能電站為東北地區(qū)最大的抽水蓄能電站，首次在抽水蓄能領(lǐng)域應(yīng)用氣泡防冰技術(shù)。河南五岳抽水蓄能電站是國(guó)內(nèi)首臺(tái)采用“高強(qiáng)度復(fù)合轉(zhuǎn)輪”的機(jī)組，轉(zhuǎn)輪效率達(dá)94.3%。同時(shí)，抽蓄機(jī)組參與電力市場(chǎng)邁出了里程碑式的一步。廣東梅州電站作為我國(guó)首個(gè)自主參與電力市場(chǎng)交易的抽水蓄能電站，標(biāo)志著抽水蓄能市場(chǎng)化經(jīng)營(yíng)路徑的突破。

　　2 壓縮空氣儲(chǔ)能

　　壓縮空氣儲(chǔ)能(CAES)技術(shù)具有儲(chǔ)能容量大、儲(chǔ)能周期長(zhǎng)、系統(tǒng)效率高、運(yùn)行壽命長(zhǎng)、比投資小等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是極具發(fā)展前景的大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)之一。2024年，我國(guó)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)實(shí)現(xiàn)了100 MW到300 MW的跨越式發(fā)展，在系統(tǒng)總體特性和能量損失機(jī)理、關(guān)鍵技術(shù)、集成示范等方面均取得重要進(jìn)展。

　　2.1　基礎(chǔ)研究

　　在系統(tǒng)總體特性與參數(shù)優(yōu)化方面，文獻(xiàn)提出了一種結(jié)合概率-負(fù)載因子的非設(shè)計(jì)運(yùn)行CAES系統(tǒng)耦合設(shè)計(jì)方法，揭示了壓縮機(jī)/膨脹機(jī)在變質(zhì)量流量、變壓力等條件下的效率變化規(guī)律。文獻(xiàn)研究了一種基于連續(xù)氣體注入與雙活塞水循環(huán)的新型液體活塞系統(tǒng)，通過(guò)動(dòng)態(tài)建模與幾何參數(shù)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)了近等溫膨脹下的恒定功率輸出。文獻(xiàn)提出了一種結(jié)合階梯相變儲(chǔ)能單元和液體活塞近等溫壓縮的新型絕熱-等溫壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，驗(yàn)證了階梯相變儲(chǔ)能在降低能量等級(jí)耗散和提升熱經(jīng)濟(jì)性方面的綜合優(yōu)勢(shì)。文獻(xiàn)建立了先進(jìn)絕熱水下壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)熱力學(xué)模型，分析了風(fēng)能波動(dòng)性對(duì)于儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化特性影響。文獻(xiàn)建立了考慮多時(shí)間尺度動(dòng)態(tài)特性、可變工況之間的相互作用和多變量協(xié)調(diào)控制的AA-CAES動(dòng)力學(xué)模型，可以反映短期尺度的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。

　　在壓縮機(jī)內(nèi)流特性及變工況調(diào)控方面，文獻(xiàn)研究了徑向進(jìn)氣混合壓氣機(jī)在不同的葉片葉尖間隙下的性能和葉尖泄漏渦的發(fā)展模式，揭示了徑向進(jìn)氣室和葉輪之間的相互影響。文獻(xiàn)將軸流壓縮機(jī)性能預(yù)測(cè)與實(shí)際壓縮機(jī)幾何形狀相結(jié)合，得到流道、葉片排幾何形狀和壓縮機(jī)性能圖譜。文獻(xiàn)研究了空氣中水蒸氣的非平衡冷凝對(duì)壓縮機(jī)葉片腐蝕和熱效率下降的影響。文獻(xiàn)建立了一種適用于多級(jí)離心壓縮機(jī)變工況調(diào)節(jié)的性能預(yù)測(cè)方法，可獲得進(jìn)口導(dǎo)葉開(kāi)度最佳調(diào)節(jié)策略。文獻(xiàn)研究了無(wú)油渦旋壓縮機(jī)在變工況下的流動(dòng)特性。文獻(xiàn)揭示了壓縮機(jī)組末級(jí)壓縮機(jī)流量、壓比、溫度等關(guān)鍵參數(shù)的變化規(guī)律、變頻調(diào)節(jié)對(duì)定流量注氣的控制策略。文獻(xiàn)對(duì)壓氣機(jī)葉頂間隙流動(dòng)研究與相關(guān)的流動(dòng)控制技術(shù)進(jìn)行分類(lèi)分析，綜合給出了各類(lèi)壓氣機(jī)優(yōu)化的研究方向。

　　在膨脹機(jī)內(nèi)流特性和變工況調(diào)控方面，文獻(xiàn)研究了CAES系統(tǒng)中軸流式渦輪在變工況運(yùn)行時(shí)，由軸向熱膨脹引起的葉片-機(jī)匣間隙變化對(duì)渦輪內(nèi)部流場(chǎng)特性的影響規(guī)律。文獻(xiàn)針對(duì)往復(fù)式膨脹機(jī)進(jìn)行研究，分析了間隙流動(dòng)、膨脹效率、輸出功等內(nèi)流特性隨工況變化的規(guī)律。文獻(xiàn)提出不同極限壓力下噴嘴的入口壓力對(duì)應(yīng)的最優(yōu)噴嘴調(diào)速方法，揭示了渦輪氣動(dòng)效率、流動(dòng)損失及級(jí)間匹配特性的耦合影響規(guī)律。文獻(xiàn)基于流固耦合分析闡明了葉片疲勞失效與工況切換頻率、瞬態(tài)載荷幅值間的關(guān)聯(lián)機(jī)制。文獻(xiàn)提出一種流道靜葉安裝角調(diào)節(jié)方法，提升了膨脹機(jī)的效率，揭示了不同基準(zhǔn)壓力和噴嘴配氣方式下靜葉安裝角對(duì)膨脹機(jī)氣動(dòng)特性的影響規(guī)律。

　　在蓄熱(冷)換熱器傳蓄熱特性方面，文獻(xiàn)通過(guò)建立絕熱式壓縮空氣儲(chǔ)能熱力系統(tǒng)模型，分析了換熱器端差、空氣側(cè)壓降對(duì)系統(tǒng)效率的影響。文獻(xiàn)提出了一種基于非穩(wěn)態(tài)傳熱正規(guī)狀況的一維液-固兩相無(wú)量綱模型，探究了填料的半徑、密度、比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)和蓄熱器長(zhǎng)徑比對(duì)蓄熱器效率的影響規(guī)律。文獻(xiàn)探究了相變材料熱物理性質(zhì)對(duì)絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)性能以及儲(chǔ)熱系統(tǒng)的影響規(guī)律。文獻(xiàn)引入高溫?zé)崮艽鎯?chǔ)系統(tǒng)對(duì)釋能壓縮空氣進(jìn)行加熱，以提升空氣渦輪機(jī)性能。文獻(xiàn)針對(duì)水下壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，分析比較了各類(lèi)不同的蓄熱介質(zhì)以提升系統(tǒng)性能。文獻(xiàn)設(shè)計(jì)了液體活塞結(jié)構(gòu)與管式換熱結(jié)構(gòu)耦合的多管陣列壓縮/膨脹機(jī)，液體活塞結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高壓密封，管式換熱結(jié)構(gòu)增加換熱面積以提高換熱量。文獻(xiàn)提出了一種三階段布局的相變材料優(yōu)化方案，可提高潛熱蓄能系統(tǒng)的效率。

　　在儲(chǔ)氣室熱力學(xué)和氣密性等研究方面，文獻(xiàn)針對(duì)某封閉煤礦的四個(gè)采礦層，研究了地下壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的技術(shù)可行性。文獻(xiàn)利用應(yīng)變等效原理將裂隙引起的初始損傷變量與巖體疲勞損傷變量耦合，得到巖體在循環(huán)應(yīng)力作用下的損傷變量。文獻(xiàn)建立了內(nèi)襯密封壓氣儲(chǔ)能儲(chǔ)氣庫(kù)的熱力耦合理論模型，揭示了不同上限載荷下襯砌混凝土裂紋的變形、聲發(fā)射和斷裂韌度變化規(guī)律。文獻(xiàn)分析了人工硐室儲(chǔ)氣庫(kù)穩(wěn)定性分析理論、內(nèi)襯硐室密封方案和熱力學(xué)過(guò)程分析方法等的優(yōu)缺點(diǎn)。文獻(xiàn)研究了儲(chǔ)氣庫(kù)結(jié)構(gòu)的彈塑性狀態(tài)，提出儲(chǔ)氣庫(kù)運(yùn)行壓力區(qū)間的確定方法并解釋其物理意義。文獻(xiàn)對(duì)鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)當(dāng)前建造技術(shù)進(jìn)行分析，提出鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)智能建造工藝技術(shù)框架及其具體內(nèi)容。文獻(xiàn)對(duì)低品位鹽巖含沉積物空間雙井水平穴室壓縮空氣儲(chǔ)能進(jìn)行綜合安全評(píng)價(jià)。

　　在壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)與其他系統(tǒng)耦合研究方面，文獻(xiàn)開(kāi)發(fā)了三種能源系統(tǒng)解決方案，能夠模擬典型的存儲(chǔ)操作過(guò)程充電，放電和存儲(chǔ)。文獻(xiàn)提出了將固體氧化物燃料電池與壓縮空氣儲(chǔ)能相結(jié)合的系統(tǒng)。文獻(xiàn)提出將CAES與生物質(zhì)發(fā)電系統(tǒng)耦合，實(shí)現(xiàn)了84.90%的往返效率。文獻(xiàn)通過(guò)將風(fēng)力發(fā)電、柴油發(fā)電和A-CAES技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了能源供應(yīng)的穩(wěn)定性和高效性。文獻(xiàn)提出了一種將A-CAES與CO2捕集技術(shù)相耦合的設(shè)計(jì)方案。文獻(xiàn)提出了一種利用液體活塞系統(tǒng)、NH3和跨臨界CO2循環(huán)組成的液態(tài)空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)。文獻(xiàn)提出了壓縮空氣耦合儲(chǔ)熱的混合動(dòng)力系統(tǒng)，提高壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)在輕型短程低速車(chē)輛上的適用性。

　　2.2　關(guān)鍵技術(shù)

　　2024年，我國(guó)CAES在系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)技術(shù)、壓縮機(jī)技術(shù)、蓄熱(冷)換熱器技術(shù)、膨脹機(jī)技術(shù)、系統(tǒng)集成與控制技術(shù)等方面均有重要進(jìn)展。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方面，中國(guó)科學(xué)院工程熱物理所基于“過(guò)程對(duì)應(yīng)-參數(shù)匹配”設(shè)計(jì)理論攻克了300 MW級(jí)系統(tǒng)全工況設(shè)計(jì)與調(diào)控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)額定效率72%以上。壓縮機(jī)和膨脹機(jī)技術(shù)方面，從流動(dòng)機(jī)理、整機(jī)結(jié)構(gòu)及變工況調(diào)節(jié)方面入手，突破了壓縮機(jī)和膨脹機(jī)全三維氣動(dòng)與多級(jí)變幾何聯(lián)合調(diào)控技術(shù)，發(fā)明了多型號(hào)寬工況組合式壓縮機(jī)和高負(fù)荷軸流式膨脹機(jī)并完成集成測(cè)試。蓄熱(冷)換熱器方面，通過(guò)級(jí)聯(lián)式多相變溫區(qū)匹配蓄熱、微尺度強(qiáng)化傳熱及陣列式動(dòng)態(tài)調(diào)控技術(shù)的協(xié)同創(chuàng)新，構(gòu)建了壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)高效低阻、變工況自適應(yīng)的蓄熱(冷)換熱技術(shù)體系。系統(tǒng)并網(wǎng)與控制方面，攻克了儲(chǔ)能-電力系統(tǒng)耦合控制技術(shù)，形成儲(chǔ)能系統(tǒng)并網(wǎng)及其動(dòng)態(tài)精細(xì)控制方案，確保電站在電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相、備用及黑啟動(dòng)等場(chǎng)景中快速響應(yīng)。

　　2.3　集成示范

　　2024年，我國(guó)在壓縮空氣儲(chǔ)能集成示范方面實(shí)現(xiàn)了里程碑式突破，多個(gè)示范項(xiàng)目啟動(dòng)并加速推進(jìn)。比如山東肥城國(guó)際首套300 MW/1800 MWh鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能電站2024年4月實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電，單機(jī)功率、系統(tǒng)效率和儲(chǔ)能容量均創(chuàng)國(guó)際紀(jì)錄。在建項(xiàng)目中，寧夏中寧100 MW/400 MWh壓縮空氣儲(chǔ)能電站項(xiàng)目順利完成105 MW全球單機(jī)功率最大壓縮空氣儲(chǔ)能電動(dòng)機(jī)的吊裝。河南信陽(yáng)300 MW壓縮空氣儲(chǔ)能示范項(xiàng)目首次使用平硐式人工硐室等。總體上，2024年，我國(guó)壓縮空氣儲(chǔ)能實(shí)現(xiàn)新增并網(wǎng)/調(diào)試/投運(yùn)的項(xiàng)目共5個(gè)，總規(guī)模711 MW。新增擬建/在建/并網(wǎng)的壓縮氣體儲(chǔ)能項(xiàng)目共計(jì)37個(gè)，規(guī)模累計(jì)達(dá)11.78 GW。其中，中儲(chǔ)國(guó)能、大唐集團(tuán)、華能集團(tuán)、中國(guó)電建、中國(guó)能建以及三峽集團(tuán)等企業(yè)積極參與，產(chǎn)業(yè)發(fā)展已進(jìn)入快車(chē)道。

　　3 儲(chǔ)熱儲(chǔ)冷

　　儲(chǔ)熱儲(chǔ)冷技術(shù)是具有廣闊應(yīng)用場(chǎng)景的大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)，具有成本低、效率高、規(guī)模大等特點(diǎn)。儲(chǔ)熱儲(chǔ)冷技術(shù)通常包括顯熱、潛熱、熱化學(xué)儲(chǔ)熱等三種技術(shù)。2024年，我國(guó)學(xué)者在儲(chǔ)熱儲(chǔ)冷領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究、關(guān)鍵技術(shù)和集成示范方面取得了重要的進(jìn)展，其中儲(chǔ)熱儲(chǔ)冷材料、儲(chǔ)熱儲(chǔ)冷單元特性、系統(tǒng)控制與優(yōu)化等方面是目前的研究熱點(diǎn)。

　　3.1　基礎(chǔ)研究

　　在儲(chǔ)熱儲(chǔ)冷材料制備方面，文獻(xiàn)制備了一種新型納米碳化硅基復(fù)合碳酸鹽熱儲(chǔ)材料，通過(guò)添加納米碳化硅顯著提高了基礎(chǔ)材料的儲(chǔ)熱密度。文獻(xiàn)開(kāi)發(fā)了基于鋼鐵高爐渣與無(wú)機(jī)鹽混合的復(fù)合相變材料，與純鋼鐵高爐渣儲(chǔ)熱單元進(jìn)行了對(duì)比，并研究了關(guān)鍵因素對(duì)復(fù)合相變儲(chǔ)熱單元儲(chǔ)熱和放熱過(guò)程的影響。文獻(xiàn)通過(guò)自然吸附法，以改性膨脹石墨為多孔載體，制備了一種形狀穩(wěn)定的甘氨酸水基相變材料，并引入十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)作為改性劑以提高其與改性膨脹石墨的相容性。針對(duì)熱化學(xué)儲(chǔ)熱技術(shù)，文獻(xiàn)采用溶液浸漬法制備了沸石13X/MgSO4和LiCl混合溶液復(fù)合的吸附劑材料，研究了不同質(zhì)量比下復(fù)合吸附劑的結(jié)構(gòu)特性和吸附儲(chǔ)能性能。文獻(xiàn)研究了不同沸石(3A、5A和13X)與MgSO4復(fù)合材料的熱化學(xué)吸附儲(chǔ)能性能。

　　在儲(chǔ)熱單元傳熱特性方面，文獻(xiàn)研究了方形相變儲(chǔ)熱單元中翅片和金屬泡沫組合對(duì)儲(chǔ)熱和放熱過(guò)程的影響。文獻(xiàn)構(gòu)建了一個(gè)中溫圓柱形潛熱儲(chǔ)能系統(tǒng)，裝載相變材料且配備螺旋翅片和H形翅片的換熱管，研究了恒溫和階躍溫下相變材料溫度演變及充放電時(shí)間、功率、能量和效率等參數(shù)。文獻(xiàn)通過(guò)自建潛熱儲(chǔ)能系統(tǒng)，對(duì)純石蠟、生物炭/石蠟復(fù)合相變材料和膨脹石墨/石蠟復(fù)合相變材料的充放熱過(guò)程中的溫度分布和熱性能進(jìn)行比較分析。文獻(xiàn)研究了與平板集熱器集成的填充床潛熱儲(chǔ)能罐的循環(huán)熱性能，探討了不同尺寸、流量、入口溫度閾值和加熱月份對(duì)熱性能的影響。文獻(xiàn)研究了熱水置換系統(tǒng)中的相變儲(chǔ)熱過(guò)程，通過(guò)數(shù)值模擬分析了V形翅片、直翅片和環(huán)形翅片對(duì)儲(chǔ)熱單元內(nèi)部流速、液相和溫度變化的影響。文獻(xiàn)研究了振動(dòng)場(chǎng)與熱源協(xié)同作用，分析了振動(dòng)頻率和方向?qū)醾鬟f效率及溫度分布均勻性的影響。文獻(xiàn)針對(duì)相變材料熱能存儲(chǔ)系統(tǒng)中相變材料導(dǎo)熱性低的問(wèn)題，研究了振蕩管束對(duì)熔化和固化過(guò)程的影響。

　　3.2　關(guān)鍵技術(shù)

　　在儲(chǔ)熱系統(tǒng)控制與優(yōu)化方面，文獻(xiàn)開(kāi)展了高溫含水層熱能存儲(chǔ)技術(shù)的熱性能分析，通過(guò)實(shí)驗(yàn)開(kāi)展加熱存儲(chǔ)和等溫存儲(chǔ)研究，實(shí)施不同停機(jī)時(shí)間方案以識(shí)別最優(yōu)方案。文獻(xiàn)以太陽(yáng)能-火電-儲(chǔ)能一體化發(fā)電系統(tǒng)為研究對(duì)象，采用貝葉斯算法優(yōu)化長(zhǎng)短期記憶神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，建立電力消費(fèi)側(cè)負(fù)荷需求預(yù)測(cè)模型，并基于燃煤電廠輸出特性提出穩(wěn)定其輸出波動(dòng)的運(yùn)行策略。文獻(xiàn)比較了在燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)電廠中集成壓縮空氣儲(chǔ)能和熔鹽蓄熱兩種靈活性技術(shù)，分析了其對(duì)靈活性、能量效率、?效率和盈利能力的影響。文獻(xiàn)針對(duì)中深層地?zé)釤峤粨Q系統(tǒng)中天然恢復(fù)和人工儲(chǔ)熱單獨(dú)應(yīng)用的性能和效率問(wèn)題，基于中深層同軸井式熱交換器的數(shù)值傳熱模型，分析不同組合對(duì)系統(tǒng)性能的影響。文獻(xiàn)提出了一種將太陽(yáng)能熱能儲(chǔ)存在枯竭油氣藏中并同時(shí)封存CO2以用于可再生能源供暖的新方案。文獻(xiàn)提出了利用完整巖石板和破碎巖石的復(fù)合填充方案以提高系統(tǒng)的巖石填充床熱能存儲(chǔ)性能。文獻(xiàn)針對(duì)太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)與季節(jié)性熱能存儲(chǔ)結(jié)合的方案，構(gòu)建動(dòng)態(tài)模擬平臺(tái)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)和模擬分析不同運(yùn)行策略對(duì)系統(tǒng)性能的影響。

　　潛熱儲(chǔ)熱是當(dāng)前的熱點(diǎn)方向，文獻(xiàn)研究了具有相變蓄熱功能的散熱器的蓄熱性能，提出的新型GPCR設(shè)計(jì)使相變材料腔體內(nèi)溫度分布更均勻。文獻(xiàn)針對(duì)潛熱儲(chǔ)能系統(tǒng)中相變材料供需不匹配及泄漏問(wèn)題，借鑒仿生學(xué)原理提出仿生海螺和仿生線粒體封裝模型，并分析其傳熱性能。文獻(xiàn)提出了針對(duì)相變材料基季節(jié)性熱能存儲(chǔ)的綜合設(shè)計(jì)與運(yùn)行優(yōu)化框架，用于確定存儲(chǔ)規(guī)模和相變溫度等參數(shù)。文獻(xiàn)提出了基于卡諾電池和級(jí)聯(lián)潛熱存儲(chǔ)技術(shù)的多能源系統(tǒng)，研究了壓縮機(jī)壓力比、總級(jí)數(shù)、級(jí)面積和管內(nèi)流體速度等因素對(duì)系統(tǒng)性能系數(shù)和總儲(chǔ)能效率的影響。文獻(xiàn)研究了級(jí)聯(lián)形式排列具有顯著相變溫度差的連續(xù)潛熱-顯熱存儲(chǔ)裝置，并基于Ragone圖分析不同工況下的功率/能量密度綜合響應(yīng)。

　　在儲(chǔ)冷技術(shù)方面，文獻(xiàn)研究和優(yōu)化了微熱管陣列的冷熱能存儲(chǔ)設(shè)備，使優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)固結(jié)時(shí)間減少26.59%、熱交換溫差僅為4 ℃且緊湊因子達(dá)到0.8219。文獻(xiàn)基于相變技術(shù)開(kāi)發(fā)了適用于冷鏈運(yùn)輸末端-18 ℃以下的冷能存儲(chǔ)箱，該冷能存儲(chǔ)箱對(duì)環(huán)境溫度變化具有較強(qiáng)適應(yīng)性。文獻(xiàn)通過(guò)引入雙溫冷熱能存儲(chǔ)技術(shù)來(lái)提高空氣分離裝置和液態(tài)空氣儲(chǔ)能(LAES)系統(tǒng)集成的效率。文獻(xiàn)發(fā)展了LNG冷能回收-冷凍淡化-蓄熱耦合系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用LNG冷能驅(qū)動(dòng)有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電，同時(shí)進(jìn)行海水冷凍離心淡化，并將淡化冰作為蓄熱介質(zhì)儲(chǔ)存。

　　3.3　集成示范

　　在儲(chǔ)熱系統(tǒng)集成示范方面，山西建龍5 MW熔鹽儲(chǔ)能項(xiàng)目成功實(shí)現(xiàn)并汽發(fā)電，該項(xiàng)目利用鋼廠副產(chǎn)煤氣加熱熔鹽儲(chǔ)熱并實(shí)施放熱技術(shù)，為汽輪機(jī)提供調(diào)峰蒸汽。濟(jì)寧華源熱電熔鹽儲(chǔ)能調(diào)峰調(diào)頻項(xiàng)目建成并網(wǎng)，該項(xiàng)目熔鹽汽電聯(lián)合加熱功率50 MW，儲(chǔ)能容量100 MWh，額定產(chǎn)汽量為75噸/小時(shí)。華能德州電廠模塊化熔鹽儲(chǔ)能項(xiàng)目成功商運(yùn)，總儲(chǔ)熱量為180 MWh，可提升機(jī)組調(diào)峰能力30 MW。華能海門(mén)電廠“基于熔鹽儲(chǔ)熱的調(diào)頻調(diào)峰安全供熱綜合提升示范項(xiàng)目”順利投運(yùn)，該項(xiàng)目熔鹽電加熱功率60 MW，儲(chǔ)能容量120 MWh，額定產(chǎn)汽量90噸/小時(shí)。中核集團(tuán)熔鹽線性菲涅爾光熱儲(chǔ)能示范項(xiàng)目，在玉門(mén)100 MW光熱儲(chǔ)能工程機(jī)組順利并網(wǎng)發(fā)電，該項(xiàng)目配置8小時(shí)熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)。中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所研制的20 MWh噴淋式填充床儲(chǔ)熱項(xiàng)目在華電山西朔州熱電廠建成投產(chǎn)。在儲(chǔ)冷系統(tǒng)集成示范方面，孚能科技動(dòng)力電池生產(chǎn)基地高效機(jī)房水儲(chǔ)冷項(xiàng)目、廣東微容電子科技有限公司水儲(chǔ)冷中央空調(diào)改造項(xiàng)目等多個(gè)儲(chǔ)冷項(xiàng)目投運(yùn)投產(chǎn)。

　　4 飛輪儲(chǔ)能

　　飛輪儲(chǔ)能在短時(shí)高頻儲(chǔ)能領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。2024年，中國(guó)飛輪儲(chǔ)能技術(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)控制策略及工程示范應(yīng)用方面取得顯著進(jìn)展。研究重點(diǎn)集中于提升飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的可靠性、效率及壽命，同時(shí)注重多場(chǎng)景混合儲(chǔ)能協(xié)同控制，混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的創(chuàng)新控制策略顯著提升了電網(wǎng)調(diào)頻能力。集成示范項(xiàng)目逐步規(guī)模化，飛輪儲(chǔ)能的工程化應(yīng)用邁入新階段。

　　4.1　基礎(chǔ)研究

　　在基礎(chǔ)研究方面，相關(guān)研究聚焦在動(dòng)力學(xué)、能量損耗、熱管理及控制算法優(yōu)化等方面。文獻(xiàn)對(duì)比了內(nèi)置式與表貼式飛輪電機(jī)轉(zhuǎn)子的力學(xué)特性，通過(guò)軸系動(dòng)力學(xué)分析驗(yàn)證了剛體振型預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。文獻(xiàn)對(duì)比了環(huán)氧樹(shù)脂-碳纖維、鈦合金、4340合金鋼飛輪轉(zhuǎn)子的儲(chǔ)能密度和儲(chǔ)能量，并分析了不同材質(zhì)的飛輪旋轉(zhuǎn)時(shí)的內(nèi)部應(yīng)力及形變的差異。文獻(xiàn)研究了飛輪轉(zhuǎn)子材料30Cr2Ni4MoV的疲勞特性，評(píng)估了內(nèi)部缺陷對(duì)轉(zhuǎn)子疲勞壽命的影響。文獻(xiàn)針對(duì)UPS系統(tǒng)用永磁同步電機(jī)，優(yōu)化了氣隙厚度、永磁體鍍銅等參數(shù)，使轉(zhuǎn)子損耗降低10.5%。文獻(xiàn)通過(guò)多物理場(chǎng)耦合建模仿真，分析了飛輪電機(jī)溫度場(chǎng)，與試驗(yàn)結(jié)果誤差控制在±3%以內(nèi);文獻(xiàn)提出改進(jìn)電機(jī)定子散熱流道設(shè)計(jì)，使永磁體最高溫度下降10.5%。文獻(xiàn)提出基于級(jí)聯(lián)擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的自抗擾控制方法，顯著抑制了母線電壓波動(dòng);文獻(xiàn)采用積分滑模控制策略，使電壓調(diào)整率提升45%。文獻(xiàn)整合了一個(gè)基于平均共識(shí)算法的生命周期參數(shù)，使生命周期較長(zhǎng)的飛輪承擔(dān)更多的充放電任務(wù)，從而有效地平衡了飛輪的生命周期并延長(zhǎng)了飛輪陣列的整體使用壽命。

　　4.2　關(guān)鍵技術(shù)

　　在關(guān)鍵技術(shù)方面，相關(guān)研究集中在聯(lián)合儲(chǔ)能、振動(dòng)抑制、電機(jī)散熱及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)等方面。文獻(xiàn)通過(guò)鋰電池-飛輪聯(lián)合調(diào)頻方法，使系統(tǒng)頻率波動(dòng)減少30.81%;文獻(xiàn)提出基于模型預(yù)測(cè)控制的功率分配策略，優(yōu)化了鋰電與飛輪儲(chǔ)能的協(xié)同效率。文獻(xiàn)提出飛輪輔助抽水蓄能機(jī)組調(diào)頻策略，仿真顯示抽水蓄能機(jī)械動(dòng)作頻次減少，壽命延長(zhǎng)。文獻(xiàn)提出了一種基于最優(yōu)變分模態(tài)分解的飛輪-電池混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，該系統(tǒng)可為混合儲(chǔ)能配置和控制運(yùn)行策略的制定提供參考。文獻(xiàn)采用矩陣變換器替代傳統(tǒng)變流器，結(jié)合模型預(yù)測(cè)控制，避免直流環(huán)節(jié)電容問(wèn)題，仿真驗(yàn)證了系統(tǒng)運(yùn)行范圍的準(zhǔn)確性。文獻(xiàn)引入主控式彈支干摩擦阻尼器，使飛輪轉(zhuǎn)子一、二階模態(tài)振動(dòng)響應(yīng)低于30 μm，減振比超90%。文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)兆瓦級(jí)飛輪定子繞組電暈放電受氣壓影響顯著，為防暈結(jié)構(gòu)改進(jìn)提供依據(jù)。文獻(xiàn)提出了飛輪電機(jī)定子側(cè)低溫蒸發(fā)冷卻方案和轉(zhuǎn)子側(cè)高輻射涂層方案，冷卻效果顯著改善。文獻(xiàn)總結(jié)了飛輪儲(chǔ)能用永磁電機(jī)的各種分類(lèi)及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)比了多個(gè)飛輪儲(chǔ)能永磁電機(jī)案例中的主要參數(shù)，并分析了不同類(lèi)型電機(jī)性能的優(yōu)劣。文獻(xiàn)提出了一種新型儲(chǔ)能飛輪系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用高溫超導(dǎo)電磁鐵和零磁通線圈。文獻(xiàn)提出了一種用于飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的高可靠性永磁同步電機(jī)，該電機(jī)采用雙冗余繞組結(jié)構(gòu)，以確保電機(jī)的容錯(cuò)運(yùn)行。

　　4.3　集成示范

　　國(guó)內(nèi)學(xué)者和企業(yè)主要在電網(wǎng)調(diào)頻領(lǐng)域，開(kāi)展了飛輪儲(chǔ)能的集成示范應(yīng)用。國(guó)內(nèi)首套具備物理轉(zhuǎn)動(dòng)慣量支撐的構(gòu)網(wǎng)型飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)“國(guó)家電投構(gòu)網(wǎng)型陣列飛輪儲(chǔ)能示范項(xiàng)目”上電成功，主要驗(yàn)證慣量支撐、一次調(diào)頻和無(wú)功補(bǔ)償能力。國(guó)家能源蓬萊磁懸浮飛輪儲(chǔ)能示范項(xiàng)目將在山東省蓬萊市建設(shè)12 MW/3 MWh飛輪儲(chǔ)能工程示范項(xiàng)目，與330 MW火電機(jī)組聯(lián)合調(diào)頻。國(guó)內(nèi)首個(gè)兆瓦級(jí)飛輪混合儲(chǔ)能系統(tǒng)示范工程實(shí)現(xiàn)風(fēng)儲(chǔ)一次調(diào)頻。除了上述集成示范項(xiàng)目外，2024年還制定了《GB/T 44934—2024電力儲(chǔ)能用飛輪儲(chǔ)能單元技術(shù)規(guī)范》和《GB/T 44933—2024電力儲(chǔ)能用飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》兩項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，這將有利于飛輪儲(chǔ)能技術(shù)的規(guī)范化，從而推動(dòng)集成示范及商業(yè)應(yīng)用的進(jìn)一步發(fā)展。

　　5 鉛蓄電池

　　盡管面臨儲(chǔ)能新技術(shù)的挑戰(zhàn)，鉛蓄電池憑借其成熟的產(chǎn)業(yè)鏈體系、高安全性、低成本和優(yōu)異的可回收性，在通信備用電源、電動(dòng)自行車(chē)、汽車(chē)起動(dòng)電源以及分布式儲(chǔ)能等領(lǐng)域繼續(xù)占據(jù)重要地位。鉛炭電池通過(guò)向鉛酸電池負(fù)極活性物質(zhì)引入碳材料顯著提升了循環(huán)壽命和充放電性能，是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。2024年，中國(guó)鉛蓄電池技術(shù)在政策支持和市場(chǎng)需求的雙重驅(qū)動(dòng)下，取得了顯著的發(fā)展，研發(fā)重點(diǎn)主要集中在提高能量密度、延長(zhǎng)循環(huán)壽命、降低成本和增強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)性等方面。

　　5.1　基礎(chǔ)研究

　　在基礎(chǔ)研究方面，相關(guān)研究聚焦于材料創(chuàng)新與性能提升，添加劑的研究仍然是主要方向。在負(fù)極添加劑方面，文獻(xiàn)開(kāi)展了將Bi-MOF煅燒制備棒狀的Bi@C復(fù)合材料和層狀多孔泡沫炭(CF)，提升負(fù)極活性物質(zhì)(NAM)導(dǎo)電性和氫析出反應(yīng)(HER)抑制能力的研究。文獻(xiàn)研究制備了多種鉛炭復(fù)合材料，這些材料因Pb納米顆粒均勻分布、高比表面積和微介孔結(jié)構(gòu)，有效抑制了HER并增強(qiáng)了碳與活性物質(zhì)的親和力。文獻(xiàn)研究了在多孔蜂窩碳材料上均勻負(fù)載Pb/Ni，鉛納米顆粒抑制HER，鎳納米顆粒提高介孔體積和電子傳遞速率。文獻(xiàn)開(kāi)展了在稻殼活性炭(RHAC)上原位生長(zhǎng)碳納米管(CNT)得到CNTs/RHAC復(fù)合材料的研究，使材料的電子電導(dǎo)率和離子電導(dǎo)率同時(shí)增強(qiáng)。

　　在正極添加劑方面，文獻(xiàn)研究了研制的二氧化錫包覆稻殼基二氧化硅(RH-SiO2)的復(fù)合材料(SnO2/RH-SiO2)。作為鉛酸電池正極添加劑，SnO2/RH-SiO2具有分層多級(jí)孔結(jié)構(gòu)，可作為堅(jiān)固的導(dǎo)電骨架。文獻(xiàn)開(kāi)展了在還原氧化石墨烯上負(fù)載非晶態(tài)鉛(Pb/rGO)并用作鉛炭電池的正極添加劑的研究，無(wú)定形鉛抑制氧析出反應(yīng)(OER)并增強(qiáng)rGO對(duì)PAM的親和力。文獻(xiàn)開(kāi)展了制備PANI/GO復(fù)合材料的研究。添加0.45% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))PANI/GO的電池在0.1 C倍率下的放電容量比空白樣品高63.5%。文獻(xiàn)研究了將PEDOT涂覆在RHAC表面，形成PEDOT@RHAC復(fù)合材料，顯著提高了氧析出電位，防止活性材料脫落。文獻(xiàn)研究了將原位合成的BaSO4和在不同倍率下放電的正極活性材料作為鉛酸電池添加劑。在HRPSoC條件下，含原位合成BaSO4的電池循環(huán)壽命達(dá)20588次。文獻(xiàn)研究了利用全氟辛酸(PFOA)作為電解質(zhì)添加劑。PFOA促進(jìn)硫酸鉛均勻成核，降低電荷轉(zhuǎn)移電阻，增強(qiáng)氫鍵網(wǎng)絡(luò)。添加PFOA后，HRPSoC的循環(huán)壽命增加213.9%。

　　此外，在鉛蓄電池新型板柵、模型與電池狀態(tài)預(yù)測(cè)方面也取得一定的進(jìn)展。文獻(xiàn)研究了一種三明治結(jié)構(gòu)鈦基拉網(wǎng)式負(fù)極板柵，負(fù)極能量密度達(dá)163.5 Wh/kg，循環(huán)壽命在0.5 C放電倍率下達(dá)到339次，不僅提高了電池的耐用性，還可大幅增加鉛酸電池的質(zhì)量能量密度。文獻(xiàn)研究了在采用感應(yīng)熔煉機(jī)制備的PbCaSnAl-M(M = Mg，Sr，Ba)合金中，添加Sr和Ba將腐蝕速率從0.366 mg/(cm2·h)分別降至0.258 mg/(cm2·h)和0.289 mg/(cm2·h)。文獻(xiàn)研究了利用原位電化學(xué)阻抗譜(EIS)，通過(guò)失水實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)出了明確的失水指標(biāo)，可用于有效識(shí)別和應(yīng)對(duì)電池失水問(wèn)題。文獻(xiàn)研究了一種基于EIS評(píng)估變電站備用電源鉛酸電池健康狀態(tài)(SOH)的簡(jiǎn)單有效的方法，模型誤差<2.7%。文獻(xiàn)研究了用于預(yù)測(cè)單個(gè)電池和電池組的荷電狀態(tài)(SOC)的模型。文獻(xiàn)研究了一種鉛酸電池與燃料電池的混合設(shè)計(jì)，通過(guò)多功能工作模式，大幅度提高了鉛酸電池的功率密度和能量密度。

　　5.2　關(guān)鍵技術(shù)

　　2024年，中國(guó)在鉛蓄電池關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域取得了多項(xiàng)技術(shù)突破。在電解液方面，文獻(xiàn)研究了硫酸亞錫、琥珀酸與三元氟化物等復(fù)配的電解液添加劑，有效提升電池容量和循環(huán)壽命。文獻(xiàn)研究了高分子膠體電解質(zhì)，不僅增強(qiáng)了電解質(zhì)的穩(wěn)定性，還有效防止了分層現(xiàn)象。文獻(xiàn)研究了一種抑制鉛炭電池循環(huán)失水的電解液，該電解液包含硫酸溶液、芐叉丙酮和L-半胱氨酸，能夠有效提升鉛炭負(fù)極板的析氫過(guò)電位，減少氣體析出，并降低電池循環(huán)過(guò)程中的失水量。針對(duì)極端環(huán)境下的使用需求，文獻(xiàn)研究了一種耐低溫電解質(zhì)技術(shù)，確保鉛蓄電池在寒冷氣候下的穩(wěn)定運(yùn)行，拓寬了應(yīng)用范圍。

　　在電極制備方面，文獻(xiàn)研究了一種正極板柵預(yù)處理技術(shù)，通過(guò)原位生成PbO2，提高了正板柵與活性物質(zhì)的結(jié)合性能，改變傳統(tǒng)的固化干燥工序，并增強(qiáng)化成效果，降低制造工藝的時(shí)間成本和能源成本。

　　在添加劑制備技術(shù)方面，文獻(xiàn)研究了通過(guò)改變活性炭材料表面特性和添加抑氫劑的雙重方式，提高了對(duì)析氫失水反應(yīng)的抑制效果，有助于延長(zhǎng)所制備的鉛炭電池負(fù)極的使用壽命和容量。文獻(xiàn)研究了一種鉛炭電池碳基負(fù)極添加劑的可控制備方法，該方法通過(guò)有機(jī)鉛絡(luò)合沉淀策略，實(shí)現(xiàn)鉛炭緊密結(jié)合，并且能保留碳材料的高比表面積和孔隙率，重復(fù)性極強(qiáng)，容易實(shí)現(xiàn)規(guī)模化制備。文獻(xiàn)研究了介孔氟摻雜碳材料，通過(guò)抑制氫氣析出延長(zhǎng)了電池壽命。

　　在數(shù)字化技術(shù)方面，通過(guò)集成先進(jìn)的BMS(電池管理系統(tǒng))，實(shí)現(xiàn)了電池狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和智能控制，使電池質(zhì)保期延長(zhǎng)至3年。在綠色生產(chǎn)方面，鉛酸蓄電池綠色生產(chǎn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了鉛酸蓄電池生產(chǎn)原料的減量化，廢水、固廢的再利用和再循環(huán)。

　　5.3　集成示范

　　2024年，鉛炭電池的集成示范項(xiàng)目顯著增加。江蘇布拉芙300 MWh鉛炭?jī)?chǔ)能項(xiàng)目正式開(kāi)工。國(guó)家電投壽光40 MW/80 MWh儲(chǔ)能項(xiàng)目結(jié)合磷酸鐵鋰與鉛炭電池并網(wǎng)運(yùn)行，該項(xiàng)目為新能源配建儲(chǔ)能轉(zhuǎn)為獨(dú)立儲(chǔ)能項(xiàng)目，探索了混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性與可靠性。昆工科技0.5 MW/2 MWh鋁基鉛炭?jī)?chǔ)能系統(tǒng)成功并網(wǎng)，該系統(tǒng)采用創(chuàng)新材料和技術(shù)，展現(xiàn)了光儲(chǔ)一體化的高效性。此外，兩個(gè)鉛炭電池生產(chǎn)基地開(kāi)始建設(shè)和發(fā)展。吉電能谷白城鉛炭電池項(xiàng)目一期工程已建成500萬(wàn)kVAh鉛炭電池產(chǎn)能，二期、三期規(guī)劃總產(chǎn)能達(dá)8500萬(wàn)kVAh。昆工恒達(dá)儲(chǔ)能電池基地寧夏新型鉛炭電池項(xiàng)目總投資24億元，設(shè)計(jì)年產(chǎn)2000萬(wàn)kVAh長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能專(zhuān)用電池。

　　6 鋰離子電池

　　鋰離子電池是目前發(fā)展最快的新型儲(chǔ)能技術(shù)。2024年中國(guó)鋰電池儲(chǔ)能技術(shù)以大容量、高安全、低成本為主線，推動(dòng)基礎(chǔ)研究、規(guī)模應(yīng)用與多元化突破的協(xié)同發(fā)展;磷酸鐵鋰電池是儲(chǔ)能鋰電池的主流技術(shù)路線，500 Ah以上大儲(chǔ)能電芯是當(dāng)前的重要發(fā)展方向;同時(shí)，固態(tài)鋰電池儲(chǔ)能的研究與應(yīng)用取得顯著進(jìn)展，正從實(shí)驗(yàn)室邁向產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

　　6.1　基礎(chǔ)研究

　　在正極材料方面，文獻(xiàn)研究了通過(guò)陶瓷工藝將化學(xué)短程無(wú)序引入到層狀鈷酸鋰正極材料晶體結(jié)構(gòu)中，顯著提高了其循環(huán)壽命和倍率能力，為氧化物正極材料設(shè)計(jì)開(kāi)辟了新的途徑。文獻(xiàn)研究了在商業(yè)磷酸鐵鋰顆粒表面構(gòu)建多功能硼摻雜石墨烯/碳酸鋰納米界面層，顯著提高了磷酸鐵鋰材料在高倍率和低溫條件下的電化學(xué)性能。文獻(xiàn)研究了一種新型正極補(bǔ)鋰材料，通過(guò)硫和硅酸鋰協(xié)同反應(yīng)機(jī)制在電池循環(huán)過(guò)程中持續(xù)提供活性鋰，顯著提高了儲(chǔ)能電池的循環(huán)壽命。

　　在負(fù)極材料方面，文獻(xiàn)開(kāi)展了通過(guò)局部還原技術(shù)，以蒙脫石合成了微米級(jí)單體層狀硅負(fù)極材料的研究，可有效緩沖充放電過(guò)程中硅負(fù)極的體積膨脹。文獻(xiàn)研究了在鋰金屬負(fù)極上通過(guò)一種機(jī)械聯(lián)鎖的菊花鏈網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建了穩(wěn)定的人造固態(tài)電解質(zhì)界面，在磷酸鐵鋰全電池中展現(xiàn)了優(yōu)異的循環(huán)性能和倍率性能。

　　在電解質(zhì)和隔膜方面，文獻(xiàn)提出了電壓驅(qū)動(dòng)型電解液添加劑概念，通過(guò)添加m-Li2ZrF6納米顆粒在金屬鋰表面原位形成富含t-Li2ZrF6的固體電解質(zhì)界面，顯著抑制了鋰枝晶生長(zhǎng)，使金屬鋰電池在3000次循環(huán)后容量保持率超過(guò)80%。文獻(xiàn)研究了環(huán)狀含硫添加劑在高壓鈷酸鋰表面的相互作用機(jī)理，提出了高反應(yīng)活性的磺酸酯添加劑分子設(shè)計(jì)原則，可以滿足鈷酸鋰在4.6 V高壓和45 ℃高溫下的穩(wěn)定循環(huán)。文獻(xiàn)研究了通過(guò)聚合物鏈段設(shè)計(jì)和多孔基膜支撐設(shè)計(jì)了聚氨酯基復(fù)合固體電解質(zhì)，能夠在不犧牲伸長(zhǎng)率和力學(xué)性能基礎(chǔ)上支持添加70%以上LATP無(wú)機(jī)填料，并在140 ℃恒溫1 h無(wú)明顯熱收縮。

　　同時(shí)，我國(guó)在高比能鋰電池和固態(tài)鋰電池研究方面取得了重要進(jìn)展。文獻(xiàn)通過(guò)研究聚乙烯隔膜各向異性參數(shù)設(shè)計(jì)和寬域孔徑梯度分布開(kāi)發(fā)出孔隙率高達(dá)75%以上的隔膜，將聚合物-氧化物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的力學(xué)性能提升近50倍，提升了固態(tài)電池的本質(zhì)安全特性。文獻(xiàn)研究了通過(guò)將軟碳與立方相納米LLZTO復(fù)合，組成了具有高Li+擴(kuò)散系數(shù)的離子/電子混合導(dǎo)電界面保護(hù)層，有效提高了全固態(tài)金屬鋰電池在高電流密度/高面容量下的電化學(xué)性能。

　　6.2　關(guān)鍵技術(shù)

　　在電芯技術(shù)方面，大容量電芯成為行業(yè)焦點(diǎn)，儲(chǔ)能鋰電池正式向500 Ah+大容量時(shí)代邁進(jìn)，寧德時(shí)代針對(duì)海外市場(chǎng)、長(zhǎng)壽命和高能量密度應(yīng)用場(chǎng)景，推出三款容量在500 Ah以上的儲(chǔ)能電芯;億緯鋰能宣布實(shí)現(xiàn)628 Ah超大容量電芯量產(chǎn)，瑞浦蘭鈞針對(duì)4 h以上儲(chǔ)能需求定制化開(kāi)發(fā)出564 Ah電芯，可實(shí)現(xiàn)10000次超長(zhǎng)循環(huán)壽命和25～30年日歷壽命;陽(yáng)光電源發(fā)布了625 Ah大疊片標(biāo)準(zhǔn)電芯;中創(chuàng)新航推出采用新工藝的625 Ah儲(chǔ)能專(zhuān)用電芯，能量密度達(dá)440 Wh/L;海辰儲(chǔ)能推出了587 Ah和1175 Ah儲(chǔ)能專(zhuān)用電芯等。同時(shí)，為匹配長(zhǎng)薄化的大容量電芯，極片工藝逐步由卷繞式轉(zhuǎn)向疊片式，以實(shí)現(xiàn)更優(yōu)異的能量密度、循環(huán)性能及安全性能。

　　伴隨大容量電芯的市場(chǎng)滲透，組串式+交直流一體儲(chǔ)能系統(tǒng)加速發(fā)展，電池?zé)峁芾沓蔀樘嵘齼?chǔ)能系統(tǒng)效率、安全性和經(jīng)濟(jì)性的核心技術(shù)之一。2024年液冷儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)突破，溫控效率較傳統(tǒng)風(fēng)冷提升50%，全液冷與復(fù)合式液冷散熱系統(tǒng)成為發(fā)展趨勢(shì)，寧德時(shí)代、海辰儲(chǔ)能、力神電池等紛紛推出集成液冷系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化儲(chǔ)能柜。

　　傳感技術(shù)成為推動(dòng)鋰電池儲(chǔ)能高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵支持技術(shù)，在提升安全性、效率和智能化管理方面取得了顯著突破。分布式溫度監(jiān)測(cè)技術(shù)取得廣泛應(yīng)用;光纖傳感技術(shù)配合快速RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)估計(jì)電池荷電狀態(tài)和健康狀態(tài);數(shù)字孿生平臺(tái)與傳感數(shù)據(jù)結(jié)合，顯著提升熱失控預(yù)警能力;BMS-PCS一體化系統(tǒng)配合傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)單體電池差異，實(shí)現(xiàn)故障模塊自動(dòng)切換，解決電池組“短板效應(yīng)”。

　　6.3　集成示范

　　2024年，多項(xiàng)具有里程碑意義的鋰電池儲(chǔ)能項(xiàng)目相繼實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)投運(yùn)，在系統(tǒng)規(guī)模、技術(shù)融合及應(yīng)用場(chǎng)景創(chuàng)新方面均取得顯著進(jìn)展。國(guó)內(nèi)單體規(guī)模最大的電化學(xué)儲(chǔ)能電站——內(nèi)蒙古磴口儲(chǔ)能項(xiàng)目成功并網(wǎng)運(yùn)行，采用磷酸鐵鋰電池體系，建設(shè)規(guī)模為505? MW/1010? MWh。廣東陽(yáng)西電廠儲(chǔ)能調(diào)頻項(xiàng)目建成為亞洲最大火電-儲(chǔ)能聯(lián)合調(diào)頻工程，磷酸鐵鋰裝機(jī)容量達(dá)105? MW/112? MWh。華能海南州共享儲(chǔ)能項(xiàng)目位于青海省海南州海拔3000米，是國(guó)內(nèi)最大的高壓直掛儲(chǔ)能電站，總裝機(jī)規(guī)模150? MW/600? MWh，推動(dòng)了高原地區(qū)儲(chǔ)能技術(shù)的示范應(yīng)用。江蘇三峽濱海儲(chǔ)能項(xiàng)目全容量并網(wǎng)投運(yùn)，為國(guó)內(nèi)規(guī)模最大的組串式儲(chǔ)能電站，總裝機(jī)容量為200 MW/400 MWh。新疆克州建成國(guó)內(nèi)規(guī)模最大的構(gòu)網(wǎng)型獨(dú)立儲(chǔ)能電站，總裝機(jī)容量達(dá)300? MW/1200 ?MWh。全球首個(gè)電網(wǎng)側(cè)大規(guī)模固態(tài)電池儲(chǔ)能電站——浙江龍泉磷酸鐵鋰儲(chǔ)能示范項(xiàng)目完成并網(wǎng)投運(yùn)，規(guī)模達(dá)100? MW/200 ?MWh，標(biāo)志著固態(tài)電池在電力系統(tǒng)側(cè)規(guī)模化應(yīng)用的首次突破。

　　2024年是固態(tài)儲(chǔ)能鋰電池技術(shù)邁向規(guī)模化量產(chǎn)的關(guān)鍵一年，氧化物聚合物電解質(zhì)技術(shù)路線率先實(shí)現(xiàn)在儲(chǔ)能領(lǐng)域的規(guī)模化應(yīng)用，衛(wèi)藍(lán)新能源、清陶能源等企業(yè)持續(xù)推進(jìn)該技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。百兆瓦時(shí)級(jí)固態(tài)電池儲(chǔ)能示范項(xiàng)目在浙江龍泉、新疆巴里坤、嘉興市悉科1237產(chǎn)業(yè)園等地區(qū)相繼落地。

　　7 液流電池

　　液流電池在高安全、大規(guī)模、長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域，具有廣泛的應(yīng)用前景。2024年，我國(guó)在基礎(chǔ)研究、技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面再上新臺(tái)階，創(chuàng)新型電池體系及新型關(guān)鍵材料持續(xù)涌現(xiàn)，基于100 MW/400 MWh全釩液流電池電站成功實(shí)現(xiàn)了全球首次新型儲(chǔ)能黑啟動(dòng)城市電網(wǎng)大容量火電機(jī)組實(shí)驗(yàn)，多個(gè)GW級(jí)生產(chǎn)基地上馬，產(chǎn)業(yè)迎來(lái)高速增長(zhǎng)。

　　7.1　基礎(chǔ)研究

　　在電解液方面，文獻(xiàn)研究了一種釩膠體電解液，將多價(jià)釩基膠體懸浮液的氧化還原化學(xué)與分散的導(dǎo)電劑集成到傳統(tǒng)的釩電解液中，實(shí)現(xiàn)了48 Wh/L的能量密度。文獻(xiàn)開(kāi)展了采用高電子濃度的異質(zhì)鹵素電解液的研究，該電解液通過(guò)I-和Br-間的化學(xué)反應(yīng)激發(fā)了I-/IO3-的多電子轉(zhuǎn)移過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了1200 Wh Lcatholyte-1的高能量密度。文獻(xiàn)開(kāi)展了萘衍生物作為有機(jī)活性分子的研究，在空氣環(huán)境下的液流電池中，40天內(nèi)沒(méi)有明顯的容量衰減。同時(shí)，成功合成了公斤級(jí)分子，組裝測(cè)試了中試規(guī)模的電堆，結(jié)果表明電堆具備良好的循環(huán)穩(wěn)定性。

　　在電極材料設(shè)計(jì)方面，為提高液流電池功率密度、穩(wěn)定性并拓寬溫度范圍，研究者提出多種電極優(yōu)化策略，降低電對(duì)的反應(yīng)勢(shì)壘，提高電荷轉(zhuǎn)移、離子傳遞速率，縮短活性物種擴(kuò)散距離。文獻(xiàn)研究了高活性、高穩(wěn)定性的鉍單原子電催化劑，較碳基催化劑負(fù)載石墨氈電極性能大幅提升。文獻(xiàn)研究了一種通過(guò)將金屬離子引入電解液而原位構(gòu)建的Cu@Cu6Sn5核殼催化劑。Cu6Sn5外殼中的銅和錫之間的電荷轉(zhuǎn)移加速了V2+/V3+氧化還原電對(duì)的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。

　　在離子傳導(dǎo)膜方面，文獻(xiàn)開(kāi)展了通過(guò)簡(jiǎn)單高效的原位聚合法，制備由仲胺鍵連接的自支撐共價(jià)有機(jī)聚合物膜的研究。該自支撐膜的無(wú)序網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使其具有亞納米級(jí)孔徑的超微孔通道，促進(jìn)了“離子篩”效應(yīng)。應(yīng)用于全釩液流電池在200 mA/cm2下經(jīng)過(guò)1000次循環(huán)后，仍能保持約80%的能量效率。文獻(xiàn)研究了一種支化微孔聚(芳基哌啶)膜的設(shè)計(jì)，使用立體配位螺二芴單體來(lái)控制支鏈的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和取向，從而實(shí)現(xiàn)剛性和柔性的平衡。應(yīng)用于中性水系有機(jī)液流電池時(shí)，在400 mA/cm2下保持50%的能量效率穩(wěn)定運(yùn)行1000次循環(huán)。

　　在電池耦合新體系方面，文獻(xiàn)研究了將價(jià)態(tài)發(fā)生偏移的液流電池電解液用作燃料電池陽(yáng)極反應(yīng)物，取代了傳統(tǒng)的氧還原反應(yīng)電極，突破了傳統(tǒng)燃料電池的限制，不僅能夠高效產(chǎn)生電能，還可以對(duì)液流電池的電解液進(jìn)行重整，從而恢復(fù)液流電池容量。

　　7.2　關(guān)鍵技術(shù)

　　在電解液方面，中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所成功開(kāi)發(fā)出萃取法短流程技術(shù)。近些年，五氧化二釩價(jià)格一直在平穩(wěn)下降，這有助于全釩液流電池電解液降本，從而提升儲(chǔ)能項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性。2024年釩電解液產(chǎn)量突破10萬(wàn)m3，產(chǎn)能持續(xù)增長(zhǎng)至20萬(wàn)m3，規(guī)模效應(yīng)逐步釋放。

　　在隔膜方面，2024年隔膜領(lǐng)域的國(guó)產(chǎn)替代在加速進(jìn)行中。蘇州科潤(rùn)目前全氟磺酸膜產(chǎn)能達(dá)100萬(wàn)m2。東岳未來(lái)氫能與國(guó)潤(rùn)儲(chǔ)能分別于2024年開(kāi)展擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃。具有成本優(yōu)勢(shì)的非氟膜產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程也取得了顯著進(jìn)展。中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所團(tuán)隊(duì)通過(guò)在非氟膜內(nèi)部構(gòu)建交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，顯著提高了膜的選擇性和穩(wěn)定性，為非氟膜的產(chǎn)業(yè)化奠定了基礎(chǔ)。目前非氟膜已實(shí)現(xiàn)了規(guī)模量產(chǎn)，并在開(kāi)封時(shí)代的全釩液流電池項(xiàng)目中全部使用了非氟膜體系，其成本可較全氟膜降低約50%。

　　7.3　集成示范

　　2024年，我國(guó)成功交付/投運(yùn)液流電池儲(chǔ)能項(xiàng)目35個(gè)，總裝機(jī)規(guī)模超過(guò)為0.62 GW/2.50 GWh。這些項(xiàng)目涵蓋了全釩液流電池、全鐵液流電池、鐵鉻液流電池、硫基液流電池和水系有機(jī)液流電池等多種技術(shù)路線。其中，全釩液流電池儲(chǔ)能項(xiàng)目有31個(gè)，占比約86.1%。嚴(yán)寒地區(qū)全國(guó)首套100 MW/400 MWh吉林松原乾安中卉玉字共享儲(chǔ)能電站成功并網(wǎng)為液流電池在極端條件下運(yùn)行提供了很好的經(jīng)驗(yàn)。

　　8 鈉離子電池

　　鈉離子電池作為新型儲(chǔ)能技術(shù)的重要支撐，因其資源稟賦優(yōu)勢(shì)與獨(dú)特電化學(xué)特性，受到學(xué)術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界的共同關(guān)注。2024年是中國(guó)鈉離子電池基礎(chǔ)研究和示范應(yīng)用具有里程碑意義的一年，包括材料創(chuàng)新突破性能瓶頸，規(guī)模化示范驗(yàn)證技術(shù)可行性，資源可持續(xù)性驅(qū)動(dòng)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。在長(zhǎng)壽命正極材料開(kāi)發(fā)、高性能碳基負(fù)極持續(xù)優(yōu)化、固體電解質(zhì)材料開(kāi)發(fā)及系統(tǒng)集成安全防控體系構(gòu)建等方面取得重要進(jìn)展。

　　8.1　基礎(chǔ)研究

　　鈉離子電池的正極材料主要包括層狀氧化物類(lèi)、聚陰離子類(lèi)和普魯士藍(lán)類(lèi)等三大技術(shù)路線。層狀氧化物正極材料的研究取得了一系列關(guān)鍵進(jìn)展。文獻(xiàn)探討了層狀氧化物在空氣中的穩(wěn)定性，揭示了水蒸氣在材料劣化中的重要作用。通過(guò)優(yōu)化陽(yáng)離子競(jìng)爭(zhēng)系數(shù)、提高顆粒尺寸以及采用高電位氧化還原對(duì)的設(shè)計(jì)，顯著提高了該類(lèi)材料的穩(wěn)定性。文獻(xiàn)提出了一種創(chuàng)新的O3型鈉離子層狀正極材料，通過(guò)引入P3型結(jié)構(gòu)特征有效改善了鈉離子的擴(kuò)散性和材料的循環(huán)穩(wěn)定性。此外，針對(duì)過(guò)渡金屬的遷移問(wèn)題，文獻(xiàn)提出了基于熵調(diào)控的Na0.67Zn0.05Ni0.22Cu0.06Mn0.66Ti0.01O2(NZNCMTO)正極材料，采用了鋅離子替代部分鈉離子的位置，通過(guò)調(diào)節(jié)層狀框架的結(jié)構(gòu)，阻礙了過(guò)渡金屬離子的遷移，并有效提高了材料的循環(huán)穩(wěn)定性。文獻(xiàn)開(kāi)發(fā)了雙陰離子基鈉超離子導(dǎo)體(Na2O2-MCl?，M=Hf、Zr、Ta)，通過(guò)引入氧離子(O²-)和氯離子(Cl-)的混合框架，成功解決了傳統(tǒng)單一陰離子固態(tài)電解質(zhì)的局限性。聚陰離子類(lèi)材料在提高熱穩(wěn)定性和循環(huán)壽命方面表現(xiàn)出重要潛力。文獻(xiàn)通過(guò)結(jié)合納米效應(yīng)和異質(zhì)結(jié)構(gòu)，成功設(shè)計(jì)了Na4.5Fe3.5(PO4)2.5(P2O7)，其可逆容量達(dá)到130 mAh/g，首效達(dá)到95.1%，正極能量密度接近400 Wh/kg。文獻(xiàn)提出的中熵NASICON結(jié)構(gòu)正極材料Na3.5V0.5Mn0.5Fe0.5Ti0.5(PO4)3(Me-NVMP)，通過(guò)調(diào)節(jié)構(gòu)型熵和提高倍率性能，在0.1C的電流下實(shí)現(xiàn)了165.8 mAh/g的高可逆容量，并在高倍率下表現(xiàn)出卓越的循環(huán)穩(wěn)定性。普魯士藍(lán)類(lèi)材料的研究也取得了一定的突破，文獻(xiàn)提出通過(guò)高熵策略優(yōu)化普魯士藍(lán)材料，在多金屬(Fe/Co/Ni/Mn/Cu)協(xié)同摻雜下，顯著提高了材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，抑制了過(guò)渡金屬離子的溶解與晶格畸變，從而提升了循環(huán)壽命。

　　在碳基負(fù)極材料方面，文獻(xiàn)研究了鈉離子電池碳負(fù)極的首次循環(huán)不可逆容量，提出通過(guò)缺陷工程優(yōu)化負(fù)極材料。在首次循環(huán)中，鈉離子的遷移動(dòng)力學(xué)不足導(dǎo)致了“偽死鈉”的形成，進(jìn)而影響了庫(kù)侖效率。通過(guò)金屬單原子修飾，文獻(xiàn)成功構(gòu)建了Ni單原子修飾的氮、磷共摻雜硬碳(Ni-NPC)，顯著提升了材料的初始庫(kù)侖效率和倍率性能。此外，文獻(xiàn)通過(guò)分子級(jí)調(diào)控瀝青前驅(qū)體，優(yōu)化了碳材料的孔隙結(jié)構(gòu)，提升了儲(chǔ)鈉容量。優(yōu)化后的瀝青基碳材料在實(shí)驗(yàn)中展現(xiàn)了416 mAh/g的可逆比容量，超過(guò)了傳統(tǒng)石墨的儲(chǔ)鋰容量。

　　在固體電解質(zhì)方面，文獻(xiàn)提出的無(wú)負(fù)極設(shè)計(jì)的全固態(tài)鈉電池，利用鋁粉集流體與固體電解質(zhì)的緊密接觸，避免了傳統(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)的副反應(yīng)，提高了電池的循環(huán)性能。文獻(xiàn)則提出了一種超高離子導(dǎo)電的鈉超離子玻璃NTOC，展示了20倍于傳統(tǒng)電解質(zhì)的離子導(dǎo)電率，且在室溫下展現(xiàn)了出色的電化學(xué)穩(wěn)定性和長(zhǎng)壽命。

　　8.2　關(guān)鍵技術(shù)

　　鈉離子電池正極的三條關(guān)鍵技術(shù)路線中，層狀氧化物因其高能量密度和長(zhǎng)循環(huán)壽命，已率先產(chǎn)業(yè)化。聚陰離子材料因優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和循環(huán)壽命，吸引了越來(lái)越多的關(guān)注，但仍需提高比容量。普魯士藍(lán)類(lèi)正極材料的產(chǎn)業(yè)化推廣相對(duì)較慢，仍需重點(diǎn)關(guān)注其在規(guī)模化制備過(guò)程中結(jié)晶水的控制;另外，普魯士藍(lán)類(lèi)正極材料較低的壓實(shí)密度、開(kāi)放骨架造成的嚴(yán)重副反應(yīng)帶來(lái)的循環(huán)穩(wěn)定性差和其熱失控之后產(chǎn)生的有毒氣體等問(wèn)題仍是其實(shí)際應(yīng)用的主要挑戰(zhàn)。

　　2024年，中科海鈉推出了大容量鈉離子電池，其能量密度為165 Wh/kg，支持20分鐘快充至80%SOC，且循環(huán)壽命突破8000次。該電池采用多元素協(xié)同摻雜技術(shù)、原子層沉積(ALD)涂層以及煤基硬碳負(fù)極，優(yōu)化了正極結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性并提升寬溫域性能。眾鈉能源發(fā)布了高倍率鈉電芯NFS-50，適用于UPS、電動(dòng)汽車(chē)等高倍率場(chǎng)景，具備高安全性、長(zhǎng)壽命及低溫升特點(diǎn)。海辰儲(chǔ)能發(fā)布專(zhuān)為電力儲(chǔ)能設(shè)計(jì)的∞Cell N162Ah鈉離子電池，優(yōu)化了電池設(shè)計(jì)，提升了其循環(huán)性能、寬溫域和大倍率充放電性能。

　　8.3　集成示范

　　2024年是鈉離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)示范應(yīng)用具有里程碑意義的一年。5月，南網(wǎng)廣西電網(wǎng)聯(lián)合中科海鈉和中國(guó)科學(xué)院物理研究所推出了10 MWh鈉離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，這是鈉離子電池首次實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用，驗(yàn)證了其在電網(wǎng)側(cè)調(diào)峰中的可行性。6月，大唐湖北100 MWh鈉離子新型儲(chǔ)能電站示范項(xiàng)目建成投運(yùn)，成為目前全球投產(chǎn)規(guī)模最大的鈉離子電池儲(chǔ)能項(xiàng)目。該項(xiàng)目采用大容量電芯與升壓變流一體機(jī)集成技術(shù)，系統(tǒng)具備調(diào)峰、調(diào)頻、AGC/AVC等復(fù)合功能，標(biāo)志鈉離子電池儲(chǔ)能首次實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)行。此外，比亞迪(徐州)鈉離子電池項(xiàng)目正式開(kāi)工，計(jì)劃年產(chǎn)30 GWh鈉離子電池電芯及相關(guān)配套產(chǎn)品。江淮汽車(chē)正式向用戶交付了全球首款鈉電池車(chē)，該車(chē)搭載中科海鈉的32140鈉離子圓柱電芯，標(biāo)志著鈉離子電池在汽車(chē)行業(yè)的首次應(yīng)用。

　　9 超級(jí)電容器

　　2024年，我國(guó)超級(jí)電容器領(lǐng)域得到了快速發(fā)展，在基礎(chǔ)研究、關(guān)鍵材料、單體及系統(tǒng)集成技術(shù)、示范應(yīng)用等多個(gè)方面取得了突破性進(jìn)展。通過(guò)新型電極材料、高性能電解液和界面工程的優(yōu)化，超級(jí)電容器性能得到了顯著提升，基本形成了覆蓋電極材料、電解液、隔膜、器件制造及系統(tǒng)集成的全鏈條產(chǎn)業(yè)體系，應(yīng)用場(chǎng)景也不斷拓展。

　　9.1　基礎(chǔ)研究

　　在電極材料方面，多個(gè)科研團(tuán)隊(duì)提出了創(chuàng)新的材料設(shè)計(jì)。文獻(xiàn)通過(guò)設(shè)計(jì)A位缺陷型RP鈣鈦礦材料，在氧嵌入贗電容機(jī)制上取得了重要突破。通過(guò)引入這種策略合成La0.7Sr1.2Fe0.9Co0.1O4，提高了材料的氧空位濃度至18.3%，并優(yōu)化了其電子導(dǎo)電性，使其在1 A/g電流密度下達(dá)到了983.6 F/g的比電容性能。文獻(xiàn)利用天然單寧成功制備了“海膽狀”NiCo-LDH/碳微球復(fù)合材料，采用微波水熱協(xié)同活化技術(shù)，使得該材料在保持1250 F/g比電容的同時(shí)，經(jīng)過(guò)5000次循環(huán)后仍保持72.5%的容量。文獻(xiàn)通過(guò)構(gòu)建NiCo2O4@NiCoAl-LDH異質(zhì)結(jié)電極，利用p-n結(jié)效應(yīng)加速電荷轉(zhuǎn)移，并優(yōu)化離子傳輸路徑，成功獲得了高比電容，萬(wàn)次循環(huán)后容量保持率達(dá)89.5%。

　　在器件結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面，文獻(xiàn)開(kāi)發(fā)的微型超級(jí)電容器模塊，采用電解質(zhì)定向沉積技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了5秒內(nèi)完成10000個(gè)微單元的精準(zhǔn)封裝。該模塊在190 V高壓下經(jīng)過(guò)9000次循環(huán)無(wú)性能衰減，并可與無(wú)線充電系統(tǒng)無(wú)縫集成。文獻(xiàn)在MXene基復(fù)合材料領(lǐng)域的研究也取得了顯著進(jìn)展，采用VO2納米片與V2C MXene構(gòu)建三維多孔異質(zhì)結(jié)構(gòu)，在提升導(dǎo)電性的同時(shí)抑制了層間堆疊，使得非對(duì)稱(chēng)超級(jí)電容器具有10.56 Wh/L的能量密度。

　　在極端環(huán)境及前瞻性探索方面，文獻(xiàn)提出了低鹽濃度水-乙腈混合電解液，該體系不僅拓寬了電化學(xué)窗口至2.2 V，還能夠在-30 ℃低溫下穩(wěn)定運(yùn)行。文獻(xiàn)開(kāi)發(fā)了分級(jí)多孔碳材料，并通過(guò)精準(zhǔn)調(diào)控微孔與介孔的比例，實(shí)現(xiàn)了在8 mg/cm²高載量下仍保持173 F/g比電容。文獻(xiàn)開(kāi)發(fā)了濕氣驅(qū)動(dòng)自充電超級(jí)電容器，集成了聚電解質(zhì)發(fā)電機(jī)和石墨烯電容器，能夠在90%濕度環(huán)境中自發(fā)產(chǎn)生0.9 V電壓。

　　在混合型電容器的研究中，鋅離子和鈉離子混合電容器成為熱點(diǎn)方向。在鋅離子電容器方面，文獻(xiàn)通過(guò)化學(xué)鍵作用得到的有序異雙原子碳超結(jié)構(gòu)能夠有效激活Zn²+離子，并提高電容性能。在鈉離子電容器方面，文獻(xiàn)通過(guò)摻鈷TiO2納米片負(fù)極引入晶體缺陷提高了導(dǎo)電性和贗電容型鈉離子存儲(chǔ)能力。文獻(xiàn)提出了一種解耦電解質(zhì)策略，通過(guò)抑制NaFeO2正極和活性炭負(fù)極上的析氫和析氧反應(yīng)，擴(kuò)大混合電容器的電壓窗口，提升能量密度和穩(wěn)定性。

　　9.2　關(guān)鍵技術(shù)

　　2024年，在超級(jí)電容器領(lǐng)域，新型電極材料、高性能電解液、界面優(yōu)化及大規(guī)模應(yīng)用等關(guān)鍵技術(shù)取得了突破，有效提升了電容器的能量密度、循環(huán)壽命及極端溫度下的適應(yīng)性。

　　在制備技術(shù)方面，文獻(xiàn)通過(guò)硬模板法擴(kuò)展MXene層間距，原位生長(zhǎng)NiCo-MOF并形成氧空位，顯著提升了電導(dǎo)性。該混合超級(jí)電容器能量密度為40.23 Wh/kg，經(jīng)過(guò)10000次循環(huán)后容量保持率為84.4%。文獻(xiàn)開(kāi)發(fā)了自支撐多組分協(xié)同電極，以碳納米管為基底，原位生長(zhǎng)Cu-MOF并結(jié)合NiCoP電沉積，解決了MOF導(dǎo)電性差的問(wèn)題。該混合超級(jí)電容器能量密度達(dá)58.2 Wh/kg，經(jīng)過(guò)1萬(wàn)次循環(huán)容量保持率超過(guò)80%。文獻(xiàn)設(shè)計(jì)了NiCo-LDH@MnCo-LDH核-殼異質(zhì)結(jié)構(gòu)，通過(guò)兩步水熱法有效抑制了體積膨脹并加速了離子擴(kuò)散，能量密度為56.1 Wh/kg。文獻(xiàn)開(kāi)展了“超快速熔鹽合成”法顯著提升了制備效率，合成的多孔碳比表面積高達(dá)1338 m²/g，能量密度為43.9 Wh/kg。

　　在隔膜制備技術(shù)上，文獻(xiàn)通過(guò)相置換和冷凍干燥技術(shù)制備了大尺寸的再生纖維素隔膜，具有優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性，提升了電容器的能量密度。集流體制備方面，文獻(xiàn)采用陽(yáng)極氧化與化學(xué)氣相沉積相結(jié)合的方法，開(kāi)發(fā)了三維碳納米材料/氧化鋁復(fù)合材料薄膜，能量密度達(dá)到140.9 μWh/cm²。

　　9.3　集成示范

　　2024年，中國(guó)在超級(jí)電容器儲(chǔ)能技術(shù)的集成示范方面取得了顯著進(jìn)展，尤其在電力調(diào)頻、交通動(dòng)力和微型電子設(shè)備等領(lǐng)域，展現(xiàn)了廣泛的應(yīng)用前景。

　　在電力系統(tǒng)調(diào)頻領(lǐng)域，超級(jí)電容器憑借其高功率密度和快速響應(yīng)特性，成為解決電網(wǎng)調(diào)頻難題的重要手段。2024年，江海股份與華能集團(tuán)聯(lián)合研發(fā)的“5 MW超級(jí)電容+15 MW鋰電池混合儲(chǔ)能調(diào)頻系統(tǒng)”正式投入運(yùn)行，該系統(tǒng)通過(guò)分層控制策略，實(shí)現(xiàn)秒級(jí)指令由超級(jí)電容獨(dú)立承擔(dān)，分鐘級(jí)指令由“超級(jí)電容+鋰電池”輔助補(bǔ)充，標(biāo)志著超級(jí)電容器在火電調(diào)頻中的應(yīng)用達(dá)到了國(guó)際水平。此外，思源清能開(kāi)發(fā)的“超容+鋰電”混合儲(chǔ)能系統(tǒng)提升了電網(wǎng)的穩(wěn)定性和新能源消納能力。

　　在交通動(dòng)力領(lǐng)域，中國(guó)中車(chē)推出的全球首列氫能源市域列車(chē)，采用“氫燃料電池+超級(jí)電容”混合動(dòng)力系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了600公里續(xù)航，且制動(dòng)能量回收效率高達(dá)80%，有效降低了能源消耗。在城市軌道交通中，超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于地鐵和有軌電車(chē)，通過(guò)其短時(shí)大功率特性支持頻繁啟停。

　　在微型電子設(shè)備方面，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所成功研制了高集成度微型超級(jí)電容器儲(chǔ)能模塊，使模塊在高壓下循環(huán)9000次后容量保持率接近100%。該技術(shù)能夠與無(wú)線充電系統(tǒng)無(wú)縫集成，2秒充電即可為微電子設(shè)備提供30分鐘的續(xù)航，為可穿戴設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)終端提供了創(chuàng)新性的儲(chǔ)能方案。

　　2024年，超級(jí)電容器儲(chǔ)能項(xiàng)目增速明顯。大唐魯北公司的4 MW/30 s超級(jí)電容+5 MW/5 MWh磷酸鐵鋰電池混合儲(chǔ)能投入運(yùn)行，提升了煤電機(jī)組的調(diào)頻性能，并顯著降低了設(shè)備疲勞和磨損。多個(gè)儲(chǔ)能項(xiàng)目也在招標(biāo)中，包括嘉峪關(guān)500 MW/1000 MWh獨(dú)立儲(chǔ)能項(xiàng)目、海南大唐文昌100 MW/200 MWh新型儲(chǔ)能示范項(xiàng)目等，這些項(xiàng)目采用了超級(jí)電容和鋰電池的混合儲(chǔ)能方案，推動(dòng)了超級(jí)電容技術(shù)在電力領(lǐng)域的應(yīng)用與普及。

　　10　其他新技術(shù)

　　10.1　液態(tài)金屬

　　液態(tài)金屬電池作為一種突破傳統(tǒng)電池構(gòu)型的新型儲(chǔ)能技術(shù)，憑借其獨(dú)特的工作原理和性能優(yōu)勢(shì)，逐漸成為高效、安全、低成本儲(chǔ)能解決方案的研究熱點(diǎn)。液態(tài)金屬電池以液態(tài)金屬和無(wú)機(jī)熔鹽作為電極和電解質(zhì)，這種設(shè)計(jì)使得電池具備了許多傳統(tǒng)電池所不具備的優(yōu)點(diǎn)，如低成本、長(zhǎng)壽命、高安全性和較高的回收價(jià)值。隨著液態(tài)金屬電池研究的深入，2024年度，我國(guó)在材料、器件、系統(tǒng)等多個(gè)層面開(kāi)展了廣泛而深入的探索，取得了顯著進(jìn)展。在材料方面，國(guó)內(nèi)科學(xué)家設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了低成本的電極和電解質(zhì)材料體系，發(fā)展了大容量電池構(gòu)建和自動(dòng)化制造的關(guān)鍵技術(shù)，并完成了液態(tài)金屬電池的標(biāo)準(zhǔn)化模組設(shè)計(jì)和系統(tǒng)集成。這些技術(shù)創(chuàng)新為液態(tài)金屬電池的實(shí)際應(yīng)用提供了強(qiáng)有力的支撐，也為液態(tài)金屬電池的規(guī)模化生產(chǎn)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

　　在基礎(chǔ)研究方面，研究者們通過(guò)材料的優(yōu)化和電池構(gòu)建方法的改進(jìn)，進(jìn)一步提升了液態(tài)金屬電池的性能。例如，文獻(xiàn)通過(guò)智能算法預(yù)測(cè)了所有潛在的SbaBibSncPbd正極合金的關(guān)鍵參數(shù)，并優(yōu)選了Li||Sb50Bi30Sn10Pb10高比能液態(tài)金屬電池。這一研究為液態(tài)金屬電池的高比能正極材料的開(kāi)發(fā)提供了重要參考。文獻(xiàn)采用合金化策略，構(gòu)建了Se-Sb合金正極，所構(gòu)建的Li||Se70Sb30電池的放電電壓達(dá)到了約1.65 V，顯示出良好的電化學(xué)性能。文獻(xiàn)則提出了一種利用Sn構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的合金正極策略，顯著提升了電化學(xué)動(dòng)力學(xué)性能。文獻(xiàn)成功構(gòu)建了Na-Li|LiCl-KCl-NaCl|Sb電池，并在485 ℃下運(yùn)行，經(jīng)過(guò)800圈的循環(huán)后，電池仍具有97%的容量保持率。文獻(xiàn)開(kāi)發(fā)了一種具有多步反應(yīng)機(jī)理的高比能鋰基液態(tài)金屬電池正極材料，所構(gòu)建的Li||Sb-Te電池具有1.02 V的放電電壓和459 Wh/kg的能量密度，表現(xiàn)出了優(yōu)異的儲(chǔ)能性能。而文獻(xiàn)則開(kāi)發(fā)了具有類(lèi)似反應(yīng)機(jī)理的高比能Sb-Cd電極，進(jìn)一步推動(dòng)了液態(tài)金屬電池的研究進(jìn)展。

　　在電池特性調(diào)控方面，文獻(xiàn)設(shè)計(jì)了一種陣列式正極集流體，用以提升液態(tài)金屬電池的能量效率。通過(guò)該設(shè)計(jì)，在0.1 C的放電條件下，電池的能量效率達(dá)到了92.2%。此外，文獻(xiàn)提出通過(guò)外部磁場(chǎng)或外部熱環(huán)境來(lái)降低電池放電過(guò)程中的濃差極化，從而提升電池的放電電壓。文獻(xiàn)通過(guò)外加磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，成功將300 ℃下運(yùn)行的Li|LiCl-KCl-CsCl|Bi電池的容量利用率從30%提升至100%。

　　在關(guān)鍵技術(shù)方面，研究者們?cè)诖笕萘侩姵貥?gòu)建與成組管理技術(shù)方面取得了顯著進(jìn)展。文獻(xiàn)發(fā)展了一種大容量液態(tài)金屬電池并聯(lián)模塊的電流分布分析方法。通過(guò)均差模型(MDM)與等效電路模型(ECM)，研究了液態(tài)金屬電池單體差異和并聯(lián)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)共同作用下的電流分布規(guī)律，定量計(jì)算了并聯(lián)模塊對(duì)電池單體容量和電阻差異的容忍裕度，優(yōu)化了液態(tài)金屬電池并聯(lián)模組的設(shè)計(jì)。這為大容量液態(tài)金屬電池的高效組裝提供了技術(shù)支持。

　　在電池均衡技術(shù)方面，文獻(xiàn)開(kāi)發(fā)了一種基于多個(gè)Buck-Boost電路的兩層雙向主動(dòng)均衡拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提出了一種采用電池單體荷電狀態(tài)作為變量的均衡策略。通過(guò)引入Floyd-Warshall算法，優(yōu)化了串聯(lián)模組的能量傳輸路徑，與傳統(tǒng)算法相比，均衡時(shí)間節(jié)省了14.8%。這一技術(shù)的應(yīng)用有助于提升液態(tài)金屬電池組的均衡效率和性能。

　　此外，文獻(xiàn)研究了液態(tài)金屬電池在振動(dòng)、傾斜、外部短路和熱沖擊等濫用條件下的電熱行為，明確了不同濫用條件下的安全閾值，為液態(tài)金屬電池在極限條件下的安全性評(píng)估提供了理論依據(jù)。文獻(xiàn)針對(duì)液態(tài)金屬電池低電壓、大容量的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種主被動(dòng)均衡相結(jié)合的復(fù)合均衡方案，通過(guò)電阻式被動(dòng)均衡電路實(shí)現(xiàn)組內(nèi)單電池均衡，并利用電感轉(zhuǎn)移電路實(shí)現(xiàn)電池組間的均衡，進(jìn)一步提升了電池系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

　　10.2　熱泵儲(chǔ)電

　　熱泵儲(chǔ)電技術(shù)，又稱(chēng)卡諾電池，是基于正逆向熱力學(xué)循環(huán)原理，通過(guò)熱泵和熱機(jī)的雙向高效轉(zhuǎn)化，將電能轉(zhuǎn)化為熱能進(jìn)行儲(chǔ)存的新型長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)。該技術(shù)具有高能量密度、低成本以及長(zhǎng)壽命的優(yōu)勢(shì)，是新型儲(chǔ)能技術(shù)研究的熱點(diǎn)之一。隨著我國(guó)在熱泵儲(chǔ)電領(lǐng)域的持續(xù)探索，當(dāng)前正處于從以基礎(chǔ)研究為主，向以關(guān)鍵技術(shù)突破轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵階段。

　　在基礎(chǔ)研究方面，系統(tǒng)分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化是重要研究方向，文獻(xiàn)研究了采用級(jí)聯(lián)充電和混合儲(chǔ)熱的新型朗肯循環(huán)熱泵儲(chǔ)電系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)寬溫域下的熱量協(xié)調(diào)和高密度儲(chǔ)電。文獻(xiàn)研究了基于相變儲(chǔ)熱的熱電儲(chǔ)電系統(tǒng)，通過(guò)數(shù)值模擬進(jìn)行了系統(tǒng)能量與熵分析，揭示了能效和熱力學(xué)的損失規(guī)律。文獻(xiàn)開(kāi)展了基于布雷頓循環(huán)和朗肯循環(huán)的CO2熱泵儲(chǔ)電系統(tǒng)的多工況設(shè)計(jì)優(yōu)化，兩類(lèi)系統(tǒng)的往返效率分別提高至62.83%和69.28%。此外，敏感性分析表明可通過(guò)增加質(zhì)量流量、減少換熱溫差以及提高渦輪機(jī)械等熵效率等方式有效提升系統(tǒng)性能。文獻(xiàn)研究了基于有機(jī)朗肯循環(huán)(ORC)和有機(jī)閃蒸循環(huán)(OFC)的熱泵儲(chǔ)電系統(tǒng)，探討了使用非共沸工質(zhì)和關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)對(duì)系統(tǒng)往返效率、?效率和能量密度的影響，明確了不同工況下的最優(yōu)配置及適用場(chǎng)景。文獻(xiàn)研究了基于熱化學(xué)儲(chǔ)能的熱泵儲(chǔ)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)甲醇分解反應(yīng)將低品位熱能轉(zhuǎn)化為高品位化學(xué)能，對(duì)甲醇/空氣流量比、壓縮機(jī)效率等設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化，系統(tǒng)往返效率、?效率和儲(chǔ)能密度可提升至63.7%、61.6%和8.1 kWh/m³。文獻(xiàn)研究了結(jié)合鈣基熱化學(xué)儲(chǔ)能的熱泵儲(chǔ)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用熱泵為鈣基反應(yīng)提供熱能，水合反應(yīng)放熱驅(qū)動(dòng)發(fā)電，研究發(fā)現(xiàn)壓比、反應(yīng)溫度、儲(chǔ)存溫度等參數(shù)對(duì)往返效率有顯著影響。文獻(xiàn)研究了基于超臨界二氧化碳(S-CO2)循環(huán)的高溫?zé)岜寐?lián)合循環(huán)卡諾電池，通過(guò)提高膨脹機(jī)入口溫度和優(yōu)化壓縮機(jī)分流比將最優(yōu)往返效率提升至62.8%。文獻(xiàn)將相變材料與殼管式熱能儲(chǔ)存技術(shù)相結(jié)合，研究了基于相變儲(chǔ)熱的先進(jìn)高溫?zé)岜脙?chǔ)能單元，并建立了二維瞬態(tài)模型，從傳熱流體和儲(chǔ)能介質(zhì)之間溫度變化、累積儲(chǔ)熱量及焓變等方面研究了其熱力學(xué)性能，系統(tǒng)最大功率可達(dá)1860 W。

　　在系統(tǒng)部件和工質(zhì)研究方面，文獻(xiàn)引入級(jí)聯(lián)潛熱儲(chǔ)能(CLHS)技術(shù)，重點(diǎn)分析了管內(nèi)流速、總級(jí)數(shù)及級(jí)面積等因素的影響，結(jié)果表明系統(tǒng)熱電聯(lián)供模式下的往返?效率上限提高7.5%。文獻(xiàn)研究了基于CO2二元混合工質(zhì)的跨臨界循環(huán)熱泵儲(chǔ)電系統(tǒng)，通過(guò)優(yōu)化工質(zhì)配比可顯著優(yōu)化系統(tǒng)性能，且增大儲(chǔ)能容量可有效降低全壽命周期成本(LCOS)。文獻(xiàn)通過(guò)比較組合策略、改變儲(chǔ)能溫度和設(shè)計(jì)權(quán)重因子的雙層優(yōu)化方法篩選出不同工質(zhì)對(duì)組合，發(fā)現(xiàn)采用非共沸混合工質(zhì)能夠顯著提高系統(tǒng)效率。文獻(xiàn)研究了不同非共沸工質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響，結(jié)果表明，適當(dāng)?shù)臏囟然破ヅ淠軌蝻@著減少換熱損失，系統(tǒng)最優(yōu)往返效率可提高19.75%。文獻(xiàn)研究了基于R1233zd(E)的非共沸混合工質(zhì)在不同熱泵儲(chǔ)電系統(tǒng)中的性能，發(fā)現(xiàn)適配的混合工質(zhì)可顯著提高系統(tǒng)效率。針對(duì)集成太陽(yáng)能的熱泵儲(chǔ)電系統(tǒng)，文獻(xiàn)研究了五種不同的有機(jī)循環(huán)工質(zhì)對(duì)往返效率、平準(zhǔn)化儲(chǔ)能成本和環(huán)境影響負(fù)荷(EIL)等熱經(jīng)濟(jì)性能參數(shù)的影響。優(yōu)化結(jié)果表明，正戊烷在多項(xiàng)指標(biāo)上表現(xiàn)優(yōu)異。此外，生命周期評(píng)估(LCA)還揭示了不同工質(zhì)在生命周期內(nèi)的環(huán)境影響差異。文獻(xiàn)研究了回?zé)崾接袡C(jī)朗肯循環(huán)(RHP-BORC)系統(tǒng)和帶有噴射器的有機(jī)閃蒸循環(huán)(RHP-EOFC)系統(tǒng)，并基于四組不同工質(zhì)組合展開(kāi)熱力學(xué)-經(jīng)濟(jì)性聯(lián)合分析。

　　在動(dòng)態(tài)特性與控制策略方面，文獻(xiàn)針對(duì)基于亞臨界有機(jī)朗肯循環(huán)的熱泵儲(chǔ)電系統(tǒng)，開(kāi)展了80 ℃和90 ℃熱源工況下的充/放電全周期動(dòng)態(tài)性能分析和實(shí)驗(yàn)研究。研究發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)充/放電周期內(nèi)運(yùn)行參數(shù)隨時(shí)間變化受儲(chǔ)/釋熱過(guò)程的非穩(wěn)態(tài)傳熱特性影響，隨著低溫?zé)嵩礈囟鹊奶岣撸到y(tǒng)效率從21.8%提升至46.1%。文獻(xiàn)研究了布雷頓循環(huán)熱泵儲(chǔ)電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)仿真物理模型，重點(diǎn)分析了系統(tǒng)儲(chǔ)/釋能階段啟動(dòng)過(guò)程中主要特性參數(shù)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

　　在系統(tǒng)耦合集成方面，文獻(xiàn)研究了耦合聚光太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的混合朗肯-布雷頓循環(huán)熱泵儲(chǔ)電集成系統(tǒng)，可有效提高聚光太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的整體效率和調(diào)度能力。文獻(xiàn)研究了耦合光伏集熱器的熱泵儲(chǔ)電系統(tǒng)，通過(guò)有機(jī)蒸汽驅(qū)動(dòng)冷、熱、電三聯(lián)供，優(yōu)化了熱能的梯級(jí)利用。文獻(xiàn)研究了一種用于冷、熱、電和氫多聯(lián)供的新型卡諾電池多能互補(bǔ)耦合系統(tǒng)，集成了布雷頓循環(huán)、有機(jī)朗肯循環(huán)及質(zhì)子交換膜電解槽循環(huán)，采用相變材料儲(chǔ)熱、冷熱電聯(lián)產(chǎn)和多聯(lián)產(chǎn)方式提升系統(tǒng)性能。文獻(xiàn)研究了集成海洋熱能的跨臨界CO2熱泵儲(chǔ)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用不同深度的海水作為冷源和熱源，最優(yōu)工況下效率可達(dá)64.3%。文獻(xiàn)研究了以液化天然氣為冷源的冷能集成熱泵儲(chǔ)電系統(tǒng)。文獻(xiàn)研究了耦合鋼鐵行業(yè)低溫?zé)煔庥酂岬挠袡C(jī)朗肯循環(huán)熱泵儲(chǔ)電集成系統(tǒng)。文獻(xiàn)引入回?zé)嵫b置優(yōu)化系統(tǒng)構(gòu)型，發(fā)現(xiàn)回?zé)嵝拖到y(tǒng)在不同工質(zhì)條件下系統(tǒng)能效系數(shù)和效率均有明顯提升。文獻(xiàn)研究了在獨(dú)棟建筑中構(gòu)建與混合光伏/熱能耦合的熱泵儲(chǔ)電集成系統(tǒng)，采用結(jié)合需求側(cè)管理的動(dòng)態(tài)調(diào)控策略可顯著降低系統(tǒng)年能耗和電網(wǎng)依賴性。

　　在關(guān)鍵技術(shù)方面，2024年我國(guó)在熱泵儲(chǔ)電技術(shù)領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和關(guān)鍵技術(shù)方面取得較大進(jìn)展。國(guó)家電力投資集團(tuán)研制的MW級(jí)熱泵儲(chǔ)能中試項(xiàng)目的高溫回?zé)崞骱偷蜏鼗責(zé)崞髟O(shè)備完成安裝。綠儲(chǔ)科技及湖州工業(yè)控制技術(shù)研究院聯(lián)合建設(shè)了全球首臺(tái)2 MW、600 ℃的特高溫?zé)岜脙?chǔ)能關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證平臺(tái)，壓縮機(jī)出口溫度達(dá)595 ℃，熔鹽儲(chǔ)熱溫度達(dá)570 ℃，制蒸汽溫度可達(dá)560 ℃，電熱效率達(dá)到141%。首航高科100 MW/400 MWh壓縮二氧化碳熔鹽儲(chǔ)能卡諾電池項(xiàng)目在山東肥城開(kāi)工建設(shè)。

　　10.3　重力儲(chǔ)能

　　重力儲(chǔ)能具有選址靈活、環(huán)境友好、自放電率低、儲(chǔ)能量大、循環(huán)壽命長(zhǎng)、放電深度高、響應(yīng)快、效率高等優(yōu)點(diǎn)，2024年我國(guó)學(xué)者在重力儲(chǔ)能基礎(chǔ)研究、關(guān)鍵技術(shù)和集成示范方面均取得了重要進(jìn)展。

　　在基礎(chǔ)研究方面，相關(guān)研究主要包括系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)、系統(tǒng)耦合特性與容量配置等。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究方面，中國(guó)科學(xué)院電工研究所提出了一種考慮機(jī)電耦合振動(dòng)的重力儲(chǔ)能系統(tǒng)建模方法，并利用7.5 kW垂直式重力儲(chǔ)能系統(tǒng)樣機(jī)對(duì)系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率進(jìn)行了測(cè)試。文獻(xiàn)研究了一套面向重力儲(chǔ)能選型與應(yīng)用的評(píng)價(jià)方法，從外部與內(nèi)部?jī)蓚€(gè)層面，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)的綜合評(píng)價(jià)與量化分析。文獻(xiàn)研究了通過(guò)在斜坡兩側(cè)增加輔助堆場(chǎng)并將斜坡分為兩段，通過(guò)控制頂部堆場(chǎng)重物塊釋放數(shù)量、斜坡堆場(chǎng)釋放高度以及斜坡堆場(chǎng)重物塊抓取位置，實(shí)現(xiàn)了重力儲(chǔ)能系統(tǒng)輸出功率的精確控制與負(fù)荷需求的快速響應(yīng);文獻(xiàn)開(kāi)展了采用斜軌式重力儲(chǔ)能通過(guò)背靠背雙PWM變流器實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)方案的研究。文獻(xiàn)在低轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩永磁同步電機(jī)設(shè)計(jì)方案和斜坡式重力儲(chǔ)能系統(tǒng)控制策略的基礎(chǔ)上，完成斜坡式重力儲(chǔ)能系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)的工程建設(shè)。

　　在系統(tǒng)耦合特性與容量配置方面，文獻(xiàn)研究了一種重力儲(chǔ)能系統(tǒng)機(jī)械與電氣聯(lián)合仿真的多軟件協(xié)同建模方法，結(jié)果表明多軟件協(xié)同仿真模型能夠更好地支撐對(duì)斜坡式重力儲(chǔ)能的功率特性分析、安全性評(píng)估和機(jī)械參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)等工作。文獻(xiàn)研究了一種由重力蓄能電池和超級(jí)電容組成的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)。以儲(chǔ)能系統(tǒng)投資成本最低和風(fēng)電場(chǎng)棄電率最低為雙目標(biāo)，并采用Pareto檔案多目標(biāo)粒子群優(yōu)化算法求解模型以確定風(fēng)電場(chǎng)收益率最高的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)容量配置方案。文獻(xiàn)研究了重力儲(chǔ)能的充放電模型，并在此基礎(chǔ)上提出一種應(yīng)用蓄電池與重力儲(chǔ)能相結(jié)合的混合儲(chǔ)能模型，以用戶綜合收益最高為目標(biāo)函數(shù)，利用量子粒子群優(yōu)化算法對(duì)模型進(jìn)行配置尋優(yōu)，得出混合儲(chǔ)能最優(yōu)的功率、容量配置。

　　在關(guān)鍵技術(shù)方面，相關(guān)研究方向主要包括并網(wǎng)技術(shù)和功率平滑技術(shù)、電動(dòng)發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)等。并網(wǎng)技術(shù)和功率平衡技術(shù)方面，文獻(xiàn)對(duì)垂直式重力儲(chǔ)能系統(tǒng)垂直提升、水平轉(zhuǎn)移和自動(dòng)接駁機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)，以及發(fā)電電動(dòng)機(jī)和并網(wǎng)控制技術(shù)中存在的技術(shù)難題進(jìn)行了分析。文獻(xiàn)針對(duì)重力儲(chǔ)能系統(tǒng)因離散質(zhì)量塊切換引起的輸出功率波動(dòng)問(wèn)題，提出了一種基于瞬時(shí)功率鏡像補(bǔ)償?shù)墓β势交刂撇呗浴Ｎ墨I(xiàn)針對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)的運(yùn)行優(yōu)化與效益評(píng)估，提出了基于重力塔型重力儲(chǔ)能和需求響應(yīng)的主動(dòng)配電網(wǎng)多目標(biāo)運(yùn)行優(yōu)化模型。華北電力大學(xué)和哈爾濱理工大學(xué)分別研制了基于斜坡軌道和傳動(dòng)鏈的重力儲(chǔ)能樣機(jī)和基于卷?yè)P(yáng)提升機(jī)和纜繩軌道的斜坡重力儲(chǔ)能樣機(jī)。

　　電動(dòng)發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)方面，文獻(xiàn)研究了用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的雙環(huán)控制器結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以根據(jù)系統(tǒng)各部分的運(yùn)行特性來(lái)協(xié)調(diào)直流母線電壓，隨后經(jīng)過(guò)網(wǎng)側(cè)變流器進(jìn)行功率控制，從而實(shí)現(xiàn)重力儲(chǔ)能系統(tǒng)的并網(wǎng)。文獻(xiàn)對(duì)廢棄礦井重力儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及功率調(diào)控展開(kāi)研究，指出該系統(tǒng)在一定程度上能夠提升儲(chǔ)能和發(fā)電容量，有效參與電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻，減少風(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源棄風(fēng)、棄光現(xiàn)象。

　　2024年，重力儲(chǔ)能系統(tǒng)在集成示范方面也取得了重要進(jìn)展。中國(guó)天楹如東26 MW/100 MWh重力儲(chǔ)能主體工程完成首套充放電單元測(cè)試;中國(guó)能建華北院在張家口啟動(dòng)基于豎井(1000米高差)的50 MW/300 MWh級(jí)豎井式重力儲(chǔ)能示范項(xiàng)目前期工作。此外，江蘇能楹擬在溫州建設(shè)15 MW/60 MWh山體式重力儲(chǔ)能電站，萊寶科技擬在山西霍州建設(shè)100 MW/600 MWh斜坡式重力儲(chǔ)能電站。

　　10.4　水系鋅離子

　　水系鋅離子電池因其高安全性、快充快放、低成本和環(huán)境友好等特點(diǎn)，展現(xiàn)了在大規(guī)模儲(chǔ)能和應(yīng)急電源系統(tǒng)中的廣闊應(yīng)用前景。2024年，我國(guó)在水系鋅離子電池的基礎(chǔ)研究、關(guān)鍵技術(shù)優(yōu)化和集成示范方面取得了顯著進(jìn)展，推動(dòng)了該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用與商業(yè)化。

　　在基礎(chǔ)研究方面，我國(guó)在電解質(zhì)優(yōu)化、電極材料改進(jìn)和界面調(diào)控方面取得了突破。文獻(xiàn)研究了一種去耦電解質(zhì)(DCE)，它通過(guò)采用非水相負(fù)極電解液和水相正極電解液的組合，有效防止了Mn²+的串?dāng)_，延長(zhǎng)了MnO2基鋅電池的使用壽命。磷酸三甲酯與NH4Cl的協(xié)同作用，不僅提高了Zn²+的傳導(dǎo)速率，還有效抑制了鋅負(fù)極的枝晶生長(zhǎng)和腐蝕。使用DCE電解質(zhì)的鋅|DCE|MnO2電池，在0.5 A/g的條件下循環(huán)900次后，容量保持率達(dá)80.1%。文獻(xiàn)提出了液體滲透鋁氧化物(Al2O3)框架電解質(zhì)(LIAFE)。LIAFE通過(guò)將液體電解質(zhì)滲透到鋁氧化物框架中，顯著減少了水分子的活性，抑制了析氫反應(yīng)(HER)等副反應(yīng)，同時(shí)在鋅陽(yáng)極表面形成了致密的缺水ZHS層，防止了鋅枝晶的生長(zhǎng)，并穩(wěn)定了電極與電解質(zhì)之間的界面。該電解質(zhì)在4000小時(shí)的長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)中，鋅陽(yáng)極表面保持平整，未發(fā)生鋅枝晶生長(zhǎng)，展示了良好的循環(huán)穩(wěn)定性。文獻(xiàn)通過(guò)自相分離電解液(SPSE)技術(shù)，能夠通過(guò)引入疏水含氟溶劑抑制鋅負(fù)極的氫氣析出和枝晶生長(zhǎng)，同時(shí)調(diào)節(jié)鋅離子在陽(yáng)極的沉積，形成保護(hù)性固體電解質(zhì)界面(SEI)。使用SPSE電解液的Zn|Zn對(duì)稱(chēng)電池表現(xiàn)出2500小時(shí)的穩(wěn)定循環(huán)壽命，而鋅全電池則在3000次循環(huán)中幾乎沒(méi)有發(fā)生氫氣析出和腐蝕，進(jìn)一步驗(yàn)證了該技術(shù)的有效性。

　　在電極保護(hù)方面，文獻(xiàn)利用3D打印技術(shù)開(kāi)發(fā)了基于聚偏二氟乙烯(PVDF)與MXene的復(fù)合材料保護(hù)層。通過(guò)調(diào)整3D打印工藝和MXene納米片的組成，成功實(shí)現(xiàn)了PVDF聚合物鏈的相變(從α相到β相)，顯著改善了材料的鐵電性能。該保護(hù)層不僅有效調(diào)控鋅離子濃度分布，促進(jìn)鋅的均勻沉積，還避免了鋅枝晶的形成。采用這種保護(hù)層的鋅陽(yáng)極在1.0 mA/cm2、1.0 mAh/cm2下循環(huán)4200小時(shí)，表現(xiàn)出優(yōu)異的低電壓滯后和高倍率性能。

　　在關(guān)鍵技術(shù)研究方面，2024年我國(guó)進(jìn)一步加強(qiáng)了水系鋅離子電池的界面調(diào)控和性能優(yōu)化。文獻(xiàn)提出，在鋅陽(yáng)極表面形成多層SEI相，有效抑制副反應(yīng)并促進(jìn)鋅的均勻沉積。通過(guò)此方法，Zn||Zn對(duì)稱(chēng)電池在0.5 mA/cm2條件下能夠循環(huán)4400小時(shí)，同時(shí)Zn||MnOOH全電池的容量保持率在720小時(shí)后仍然達(dá)到98.6%。此外，文獻(xiàn)采用了油包水電解質(zhì)中獨(dú)特的反向膠束結(jié)構(gòu)，能夠有效破壞水氫鍵，抑制鋅負(fù)極的析氫反應(yīng)，并在電場(chǎng)作用下發(fā)生定向運(yùn)動(dòng)和可逆破乳，從而增強(qiáng)陽(yáng)極脫溶劑化動(dòng)力學(xué)，并抑制界面副反應(yīng)。該電解質(zhì)在6000次循環(huán)中實(shí)現(xiàn)了99.8%的高鍍鋅/剝離庫(kù)侖效率，并在Zn||V10O24·12H2O電池中保持較長(zhǎng)的壽命，幾乎沒(méi)有氫氣析出和枝晶形成。

　　在低溫性能方面，文獻(xiàn)研究了通過(guò)添加非犧牲性添加劑與聚丙烯酰胺協(xié)同調(diào)控電解質(zhì)氫鍵網(wǎng)絡(luò)的方式，改變?nèi)芤旱哪厅c(diǎn)并阻止質(zhì)子傳輸，有效抑制了副產(chǎn)物的形成和枝晶的生長(zhǎng)。Zn//Zn對(duì)稱(chēng)電池在-10 ℃下以電流密度0.5 mA/cm2和截止面容量0.5 mAh/cm2條件下穩(wěn)定循環(huán)超過(guò)3970小時(shí)。此外，全電池在1 A/g的電流密度下能夠穩(wěn)定循環(huán)1000次，為水系鋅離子電池在低溫環(huán)境下的應(yīng)用提供了新的思路。

　　在集成示范方面，2024年，港華能源研究院與中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院聯(lián)合研發(fā)的水系鋅離子電池，在應(yīng)急電源系統(tǒng)(EPS)中成功搭載使用，并在深圳沙井成功實(shí)現(xiàn)示范。這一示范不僅驗(yàn)證了水系鋅離子電池的實(shí)際應(yīng)用潛力，還推動(dòng)了其在儲(chǔ)能領(lǐng)域的商業(yè)化進(jìn)程。此項(xiàng)集成示范的成功為水系鋅離子電池在實(shí)際應(yīng)用中的推廣提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)，預(yù)計(jì)將進(jìn)一步促進(jìn)該技術(shù)的發(fā)展與普及。

　　10.5　鉀離子電池

　　鉀離子電池因其原材料豐富、成本低、安全性較高，且負(fù)極材料可直接使用石墨等資源，近年來(lái)在儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用前景逐漸受到關(guān)注。與鋰離子電池相比，鉀離子電池的優(yōu)勢(shì)在于鉀資源豐富且價(jià)格低廉，特別適用于大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)。2024年，中國(guó)在鉀離子電池的電極材料設(shè)計(jì)、電解液優(yōu)化以及全電池集成方面取得了顯著進(jìn)展，部分鉀離子電池產(chǎn)品的能量密度和循環(huán)壽命已經(jīng)接近早期鋰離子電池的水平。

　　在基礎(chǔ)研究方面，鉀離子電池的正極材料一直是研究的重點(diǎn)。錳基層狀氧化物由于其高容量和較好的成本效益，成為了一類(lèi)有前景的材料。然而，由Jahn-Teller效應(yīng)引起的畸變，導(dǎo)致其在充放電過(guò)程中會(huì)發(fā)生內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)變和不可逆相變，進(jìn)而影響了循環(huán)性能。文獻(xiàn)通過(guò)將鋅離子引入到層狀過(guò)渡金屬氧化物K0.5Mn0.8Co0.2O2中，成功調(diào)節(jié)了材料的內(nèi)部應(yīng)變，抑制了富錳正極中的不可逆相變，顯著提高了材料的循環(huán)穩(wěn)定性。該材料在500次循環(huán)后，仍能保持較高的容量，且倍率性能優(yōu)異。

　　此外，鉀離子電池正極材料的空氣穩(wěn)定性也是研究的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。鉀離子電池的正極材料常常在空氣中吸濕或與二氧化碳反應(yīng)，導(dǎo)致材料容量的損失和循環(huán)穩(wěn)定性的下降。為了解決這個(gè)問(wèn)題，文獻(xiàn)通過(guò)在層狀正極表面包覆一層超薄的鉀富尖晶石相，來(lái)提高其空氣穩(wěn)定性。這種技術(shù)不僅提高了材料的循環(huán)壽命，還能夠有效降低生產(chǎn)成本，是一種具有較高應(yīng)用潛力的技術(shù)。文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)Si和O之間的強(qiáng)結(jié)合作用可保障Si—O四配位結(jié)構(gòu)持續(xù)穩(wěn)定，抑制O2釋放，K2FeSiO4通過(guò)氧陰離子的持續(xù)氧化還原反應(yīng)實(shí)現(xiàn)了高容量鉀離子電池的1400次長(zhǎng)循環(huán)。

　　在負(fù)極材料方面，石墨作為鉀離子電池負(fù)極材料，由于鉀離子(K+)的離子半徑較大，其插層機(jī)制常伴隨較大的體積膨脹(約60%)，這會(huì)導(dǎo)致負(fù)極材料的結(jié)構(gòu)降解，影響電池的循環(huán)性能。為了解決這一問(wèn)題，文獻(xiàn)通過(guò)將金屬有機(jī)框架(MOF)作為石墨化碳源，制備出具有多孔結(jié)構(gòu)的石墨負(fù)極材料，這種材料能夠緩解體積膨脹問(wèn)題，顯著提高電池的倍率性能。經(jīng)過(guò)1000次循環(huán)后，材料仍能提供較高的比容量(234 mAh/g)，表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。

　　紅磷作為高理論比容量(865 mAh/g)的鉀離子電池負(fù)極材料，在反復(fù)的鉀化/去鉀化過(guò)程中，會(huì)伴隨巨大的體積膨脹，導(dǎo)致粉化和容量衰減。文獻(xiàn)采用金屬酞菁共軛結(jié)構(gòu)，構(gòu)建了紅磷/石墨復(fù)合材料，通過(guò)這種復(fù)合結(jié)構(gòu)，紅磷在充放電過(guò)程中能夠保持較好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而提高了電池的循環(huán)穩(wěn)定性。文獻(xiàn)通過(guò)引入金屬酞菁，極大地改善了紅磷表面碳層分布的不均勻性，從而提高了鉀離子電池的初始庫(kù)侖效率和循環(huán)穩(wěn)定性。在具有π-共軛系統(tǒng)的氫鍵有機(jī)框架復(fù)合負(fù)極材料中，弱電子耦合在框架內(nèi)提供了電荷轉(zhuǎn)移通道，從而提高了K+的遷移速率和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

　　在關(guān)鍵技術(shù)方面，實(shí)現(xiàn)高能量密度和長(zhǎng)循環(huán)壽命的關(guān)鍵是深入理解界面化學(xué)、離子擴(kuò)散機(jī)制及電解質(zhì)作用等多個(gè)因素。普魯士藍(lán)及其類(lèi)似物因其開(kāi)放的三維骨架結(jié)構(gòu)，能夠?yàn)榇蟪叽绲拟涬x子提供更好的嵌入和脫出空間，因此表現(xiàn)出較好的容量和循環(huán)性能。

　　電解質(zhì)的優(yōu)化也是提升鉀離子電池性能的關(guān)鍵。電解液的穩(wěn)定性直接影響電池的性能，特別是固態(tài)電極中的離子擴(kuò)散速率和SEI膜的形成。高效的電解液能促進(jìn)穩(wěn)定的SEI膜的形成，防止副反應(yīng)的發(fā)生。低氟含量的電解液添加劑(如FE\LiNO3和AlCl3)可以有效促進(jìn)SEI膜的均勻形成，抑制枝晶生長(zhǎng)，提高電池的安全性和循環(huán)穩(wěn)定性。

　　在集成示范方面，武漢理工大學(xué)通過(guò)與安徽國(guó)芯新材料股份有限公司合作，成功研發(fā)了全球首款兩輪電動(dòng)車(chē)用鉀離子電池模組“鉀能壹號(hào)”。該電池組的能量密度為151 Wh/kg，續(xù)航里程達(dá)到150公里，相較于傳統(tǒng)鉛酸蓄電池，續(xù)航提升了3倍，表現(xiàn)出良好的市場(chǎng)前景。目前，該電池已經(jīng)在雅迪、綠佳等品牌電動(dòng)自行車(chē)上進(jìn)行了路試，反饋良好。2024年底，鉀離子電池正極材料的年產(chǎn)項(xiàng)目在江蘇省淮安市啟動(dòng)，預(yù)計(jì)2025年6月投產(chǎn)。隨著這些技術(shù)和政策的支持，鉀離子電池將逐步替代鉛酸電池，廣泛應(yīng)用于電動(dòng)兩輪車(chē)、叉車(chē)以及分布式儲(chǔ)能等領(lǐng)域，成為鋰離子電池儲(chǔ)能體系的重要補(bǔ)充。

　　10.6　AI for 儲(chǔ)能

　　人工智能(AI)技術(shù)正深刻重塑儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的技術(shù)范式，加速儲(chǔ)能產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、降低制造成本、提升運(yùn)維可靠性。2024年生成式大模型(如ChatGPT、DeepSeek)的突破式發(fā)展，進(jìn)一步推動(dòng)AI從輔助工具演變?yōu)閮?chǔ)能技術(shù)創(chuàng)新的核心驅(qū)動(dòng)力，為實(shí)現(xiàn)“低成本、高安全、長(zhǎng)壽命”的下一代儲(chǔ)能體系提供了新路徑。2024年，在設(shè)計(jì)分析、試驗(yàn)制造、運(yùn)行維護(hù)及集成示范四個(gè)階段，AI在不同儲(chǔ)能技術(shù)中取得重要進(jìn)展。

　　在設(shè)計(jì)分析方面，AI在儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化中發(fā)揮關(guān)鍵作用，顯著提升性能預(yù)測(cè)與結(jié)構(gòu)優(yōu)化的效率。在物理儲(chǔ)能方面，文獻(xiàn)研究了AI在抽水蓄能離心泵優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，指出智能算法與計(jì)算流體力學(xué)的融合可提升水力性能預(yù)測(cè)精度。文獻(xiàn)研究了自適應(yīng)支持向量回歸(SVR)模型，在多工況下將離心泵效率預(yù)測(cè)誤差降至6.63%，較傳統(tǒng)模型提升31.6%。文獻(xiàn)研究了基于機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)壓縮空氣儲(chǔ)能鹽穴幾何形態(tài)，測(cè)試集平均誤差僅1.6米。文獻(xiàn)研究了通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)優(yōu)化CAES與固體氧化物燃料電池(SOFC)耦合系統(tǒng)，系統(tǒng)能效達(dá)到63.4%。文獻(xiàn)研究了采用深度學(xué)習(xí)優(yōu)化壓氣機(jī)流場(chǎng)預(yù)測(cè)，誤差降低70%。文獻(xiàn)研究了結(jié)合混沌優(yōu)化算法與卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，利用小樣本數(shù)據(jù)優(yōu)化飛輪儲(chǔ)能的損耗模型。在電化學(xué)儲(chǔ)能方面，文獻(xiàn)研究了AI在鋰電材料篩選中的應(yīng)用，指出機(jī)器學(xué)習(xí)可加速電極/電解質(zhì)開(kāi)發(fā)。文獻(xiàn)結(jié)合高通量計(jì)算與機(jī)器學(xué)習(xí)勢(shì)能函數(shù)，篩選出130種高導(dǎo)固態(tài)電解質(zhì)。文獻(xiàn)利用貝葉斯優(yōu)化設(shè)計(jì)鋅空氣電池電解液，循環(huán)壽命超1700小時(shí)。

　　在試驗(yàn)制造方面，AI在試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和制造工藝優(yōu)化中顯著提升效率與精度。文獻(xiàn)基于物理引導(dǎo)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)抽水蓄能材料磨蝕量，結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)高度吻合。文獻(xiàn)研究了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測(cè)空氣馬達(dá)性能，優(yōu)化低耗氣率工況。在電化學(xué)儲(chǔ)能方面，文獻(xiàn)研究了鋰電制造大數(shù)據(jù)分析，指出AI可優(yōu)化工藝并檢測(cè)缺陷。文獻(xiàn)研究了智能數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)電池一致性評(píng)價(jià)與壽命預(yù)測(cè)。文獻(xiàn)研究了跨域泛化深度學(xué)習(xí)方法，提升極片缺陷檢測(cè)魯棒性。文獻(xiàn)研究了結(jié)合多物理場(chǎng)模擬與機(jī)器學(xué)習(xí)優(yōu)化液流電池設(shè)計(jì)，并開(kāi)發(fā)大語(yǔ)言模型輔助文獻(xiàn)分析。

　　在運(yùn)行維護(hù)方面，AI賦能儲(chǔ)能系統(tǒng)智能運(yùn)維，提升故障診斷與壽命預(yù)測(cè)能力。文獻(xiàn)研究了融合智能算法與LSTM模型，抽水蓄能壓力脈動(dòng)預(yù)測(cè)誤差降低23.6%。文獻(xiàn)研究了風(fēng)光蓄聯(lián)合系統(tǒng)雙層調(diào)度策略，可再生能源消納率得到有效提升。文獻(xiàn)研究了極限學(xué)習(xí)機(jī)(ELM)模型預(yù)測(cè)壓縮空氣儲(chǔ)能的管柱沖蝕率，較CFD提速70%。文獻(xiàn)采用深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)優(yōu)化飛輪儲(chǔ)能充放電閾值，電能利用率提升，穩(wěn)壓率達(dá)75.5%。在電化學(xué)儲(chǔ)能方面，文獻(xiàn)研究了物理信息融合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，鋰電健康狀態(tài)預(yù)測(cè)誤差僅0.87%。文獻(xiàn)研究了雙流視覺(jué)Transformer模型，實(shí)現(xiàn)超級(jí)電容器壽命高精度預(yù)測(cè)。

　　在集成示范方面，AI大模型在儲(chǔ)能示范項(xiàng)目中展現(xiàn)巨大潛力。南方電網(wǎng)部署抽水蓄能大模型，實(shí)時(shí)處理42萬(wàn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，智能化水平提升30%。中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所發(fā)布“電池?cái)?shù)字大腦2.0”，提升儲(chǔ)能電站穩(wěn)定性。螞蟻數(shù)科推出EnergyTS大模型，新能源預(yù)測(cè)性能較谷歌、亞馬遜提升22%～62%。

　　11　系統(tǒng)集成技術(shù)

　　規(guī)模化儲(chǔ)能正高速發(fā)展，儲(chǔ)能系統(tǒng)集成技術(shù)持續(xù)向高安全、大容量、高效率方向深度演進(jìn)，隨著電芯容量的提升和集成技術(shù)的優(yōu)化，5 MWh已成為鋰離子電池單艙儲(chǔ)能容量的主流，部分產(chǎn)品甚至突破至8 MWh。當(dāng)前儲(chǔ)能集成技術(shù)的研發(fā)重點(diǎn)集中于提高儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全性以及并網(wǎng)友好性等方面。鑒于電化學(xué)儲(chǔ)能的技術(shù)復(fù)雜性，本文聚焦于電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)的集成技術(shù)，其他儲(chǔ)能形式的集成技術(shù)本文暫不評(píng)述。

　　11.1　基礎(chǔ)研究

　　在功率變換方面，隨著新型電力系統(tǒng)加速演進(jìn)，新能源滲透率持續(xù)攀升，系統(tǒng)慣性水平下降導(dǎo)致頻率動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)能力弱化，電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定控制面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。在此背景下，高壓直掛構(gòu)網(wǎng)型變流器技術(shù)成為儲(chǔ)能功率變換領(lǐng)域的重要方向。該技術(shù)將電池簇劃分為多個(gè)低壓模塊，每個(gè)模塊配備獨(dú)立的DC/AC模塊，通過(guò)模塊級(jí)聯(lián)形成高壓輸出，直接接入電網(wǎng)，無(wú)需升壓變壓器，系統(tǒng)損耗小，同時(shí)并離網(wǎng)切換時(shí)間短。目前，構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)主要用于集中式、級(jí)聯(lián)式PCS，在組串方式上應(yīng)用較少。此外，仍需研究構(gòu)網(wǎng)型PCS的同步穩(wěn)定性、超調(diào)與振蕩等動(dòng)態(tài)特性，限流保護(hù)和暫態(tài)電流支撐等問(wèn)題，且其控制策略相對(duì)復(fù)雜，成本較高。

　　在電池管理方面，儲(chǔ)能電池管理系統(tǒng)(BMS)核心功能主要包括電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)、電池狀態(tài)估計(jì)、均衡管理和安全保護(hù)等方面，也是當(dāng)前的主要研究方向。近年來(lái)BMS不斷向智能化方向發(fā)展，隨著新型傳感技術(shù)的發(fā)展，引入多維的傳感信號(hào)(如壓力等)提高估計(jì)精度，同時(shí)應(yīng)用人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)算法實(shí)現(xiàn)電池狀態(tài)預(yù)測(cè)成為重點(diǎn)的研究方向，精度突破1%。在均衡管理與安全保護(hù)領(lǐng)域，采用模擬電源芯片實(shí)現(xiàn)電池不一致性主動(dòng)管理，并通過(guò)采用“電-熱-力”多維傳感及EIS在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，是當(dāng)前BMS主動(dòng)均衡技術(shù)的主要研究方向。

　　在系統(tǒng)能量管理及安全運(yùn)維方面，針對(duì)源、網(wǎng)、荷各側(cè)儲(chǔ)能的控制要求，核心技術(shù)在于曲線跟蹤、功率響應(yīng)、協(xié)同控制、充放電優(yōu)化等功能，面向儲(chǔ)能領(lǐng)域的能量管理系統(tǒng)(EMS)秒級(jí)存儲(chǔ)技術(shù)得到發(fā)展。近年來(lái)，全站級(jí)數(shù)據(jù)接入與分析、毫秒級(jí)調(diào)度響應(yīng)能力、電站設(shè)備安全高級(jí)應(yīng)用對(duì)EMS提出更高要求，逐步擴(kuò)充電池健康管理、全生命周期優(yōu)化等功能，并根據(jù)實(shí)際運(yùn)行需求，EMS實(shí)現(xiàn)從單一電站到多電站、多區(qū)域的協(xié)同優(yōu)化調(diào)度功能擴(kuò)展。此外，儲(chǔ)能電站EMS系統(tǒng)的智能化趨勢(shì)正在不斷深化，發(fā)展出基于機(jī)器學(xué)習(xí)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行自我診斷與預(yù)測(cè)等技術(shù)路線，提前預(yù)警潛在的設(shè)備故障或系統(tǒng)異常，減少人工干預(yù)。

　　11.2　關(guān)鍵技術(shù)

　　近年來(lái)，新型儲(chǔ)能系統(tǒng)集成關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)重點(diǎn)集中于安全防控與集成控制等。在安全防控方面，儲(chǔ)能電池系統(tǒng)主要通過(guò)BMS采集電池外部電壓、電流、溫度等數(shù)據(jù)，完成儲(chǔ)能電池的健康與安全管理，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)電池內(nèi)部狀態(tài)的精密測(cè)量，儲(chǔ)能電池植入式傳感器技術(shù)正成為研究熱點(diǎn)。文獻(xiàn)研究了一款可植入電池內(nèi)部的高精度光纖傳感器，率先實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰電池?zé)崾Э厝^(guò)程的精準(zhǔn)分析與早期預(yù)警，未來(lái)需解決由于光纖傳感器植入引起的電池結(jié)構(gòu)損壞、信號(hào)處理困難等問(wèn)題。文獻(xiàn)研究了植入式溫度、氣壓、應(yīng)變和氣體等傳感器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電池內(nèi)部信號(hào)采集，未來(lái)需進(jìn)一步發(fā)展集成電、熱、氣、力、化等多元傳感器智能電池技術(shù)。協(xié)能科技與中車(chē)聯(lián)合發(fā)布“一芯一管理CCS+技術(shù)方案”，為每塊電池配備獨(dú)立的智能管理芯片，實(shí)現(xiàn)高精度檢測(cè)、高安全管理。

　　在集成控制方面，隨著高比例可再生能源占比的大幅提升與高比例電力電子裝備的應(yīng)用，電力系統(tǒng)呈現(xiàn)“雙高”特征，其安全穩(wěn)定運(yùn)行面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)可以起到快速調(diào)頻調(diào)壓、增加慣量和短路容量支撐、抑制寬頻振蕩等作用，從而增強(qiáng)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，近年來(lái)受到國(guó)內(nèi)外眾多研究機(jī)構(gòu)及設(shè)備廠家的關(guān)注。華潤(rùn)電力等單位研制了全球首個(gè)100 MWh級(jí)智能組串式構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能系統(tǒng)，并完成投運(yùn)以及性能測(cè)試，成功解決了大規(guī)模構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能電站的多機(jī)并聯(lián)在電網(wǎng)擾動(dòng)下的穩(wěn)定性難題。南瑞開(kāi)發(fā)了支撐廣域純新能源電力系統(tǒng)并/離網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能一體化裝備，并應(yīng)用于內(nèi)蒙古額濟(jì)納“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”一體化示范工程，實(shí)現(xiàn)廣域純新能源電力系統(tǒng)黑啟動(dòng)、長(zhǎng)周期離網(wǎng)運(yùn)行等能力，成功構(gòu)建了以構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能為核心技術(shù)的多能互補(bǔ)、源荷互動(dòng)的廣域純新能源新型電力系統(tǒng)。

　　11.3　集成示范

　　隨著高比例可再生能源和高比例電力電子設(shè)備接入電力系統(tǒng)，構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)與裝備及其電網(wǎng)支撐能力成為近年來(lái)的儲(chǔ)能集成示范應(yīng)用熱點(diǎn)。由南網(wǎng)儲(chǔ)能投資建設(shè)，裝機(jī)容量為200 MW/400 MWh文山丘北獨(dú)立儲(chǔ)能項(xiàng)目已全容量并網(wǎng)運(yùn)行，該項(xiàng)目采用構(gòu)網(wǎng)型鋰電池+鈉電池的技術(shù)路線，是建成時(shí)全國(guó)最大的構(gòu)網(wǎng)型鋰+鈉混合技術(shù)路線電池儲(chǔ)能電站，可有效提高區(qū)域電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，為儲(chǔ)能行業(yè)混合技術(shù)路線應(yīng)用提供經(jīng)驗(yàn)。華能海南州150 MW/600 MWh儲(chǔ)能電站項(xiàng)目已順利并網(wǎng)并實(shí)現(xiàn)滿功率運(yùn)行，該項(xiàng)目采用35 kV高壓直掛儲(chǔ)能技術(shù)，具有系統(tǒng)電壓等級(jí)高、單機(jī)容量大、交直流并聯(lián)數(shù)量少、通信層級(jí)少等特點(diǎn)，是建成時(shí)全球海拔最高、規(guī)模最大的高壓直掛儲(chǔ)能電站，項(xiàng)目投運(yùn)后，可有效平抑新能源電站出力的波動(dòng)性和間歇性，為電網(wǎng)提供調(diào)峰、調(diào)頻、電力輔助等服務(wù)，進(jìn)而有效提升電網(wǎng)質(zhì)量和電網(wǎng)安全水平。

　　12 消防安全技術(shù)

　　在“雙碳”目標(biāo)的持續(xù)推進(jìn)下，我國(guó)電化學(xué)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)迎來(lái)爆發(fā)式增長(zhǎng)，隨著儲(chǔ)能系統(tǒng)向高能量密度、大規(guī)模集成方向發(fā)展，儲(chǔ)能電池?zé)崾Э匾l(fā)的安全事故頻發(fā)，這使得儲(chǔ)能系統(tǒng)消防安全技術(shù)的重要性愈發(fā)凸顯。2024年，我國(guó)在儲(chǔ)能電池?zé)崾Э囟嘞嗌淞骷皻怏w擴(kuò)散特性、熱失控傳播機(jī)制、熱管理技術(shù)、熱失控火災(zāi)預(yù)警技術(shù)、滅火技術(shù)等方面均取得重要進(jìn)展。

　　12.1　基礎(chǔ)研究

　　在熱失控多相射流和氣體擴(kuò)散方面，文獻(xiàn)研究了橢圓型、圓型和空腔安全閥三種典型安全閥類(lèi)型對(duì)100 Ah方形磷酸鐵鋰電池排氣行為和熱失控危害程度的影響，研究表明裝有橢圓形安全閥的磷酸鐵鋰電池的熱失控危害最小。文獻(xiàn)針對(duì)電池?zé)崾Э剡^(guò)程中的多相射流特性，研究了基于動(dòng)量守恒的電池?zé)崾Э囟嘞嗌淞鲄?shù)測(cè)量新方法，測(cè)量了熱失控時(shí)射流的速度、質(zhì)量流率、溫度、密度及總壓，并提出了電池?zé)崾Э厣淞鞯慕?jīng)驗(yàn)公式，并通過(guò)計(jì)算流體力學(xué)(CFD)手段重構(gòu)了點(diǎn)火前的氣體擴(kuò)散流場(chǎng)針對(duì)熱失控氣體擴(kuò)散。文獻(xiàn)研究了86 Ah方形磷酸鐵鋰電池在電化學(xué)儲(chǔ)能模組和集裝箱內(nèi)的氣體擴(kuò)散行為，發(fā)現(xiàn)H2的擴(kuò)散速度比CO更快，探測(cè)器響應(yīng)更早。研究可為儲(chǔ)能電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)和氣體探測(cè)提供指導(dǎo)依據(jù)。

　　在熱失控傳播機(jī)制方面，文獻(xiàn)研究了pack層級(jí)電池?zé)崾Э貍鞑バ袨椋l(fā)現(xiàn)模塊內(nèi)電芯經(jīng)歷順序傳播和同步傳播，而模塊之間為同步傳播，熱危害性更高;針對(duì)熱失控傳播的不確定性，文獻(xiàn)研究了一種充分考慮影響因素隨機(jī)變化的熱失控傳播不確定性評(píng)估方法，發(fā)現(xiàn)當(dāng)荷電狀態(tài)約為45%時(shí)，熱失控傳播的不確定性最為顯著;此外，隨著儲(chǔ)能用磷酸鐵鋰電池容量的增大，電池內(nèi)部一般由多個(gè)卷芯組成，文獻(xiàn)通過(guò)細(xì)化的熱失控仿真模型研究了280 Ah磷酸鐵鋰電池內(nèi)部熱失控傳播過(guò)程，分析了卷芯個(gè)數(shù)對(duì)電池?zé)崾Э匦袨榈挠绊懀l(fā)現(xiàn)電池卷芯數(shù)增加會(huì)促進(jìn)電池內(nèi)部的熱失控傳播，從而減小電池?zé)崾Э貢r(shí)間。研究可為電池及系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和防控提供理論依據(jù)。

　　12.2　關(guān)鍵技術(shù)

　　在熱管理技術(shù)的被動(dòng)散熱方面，針對(duì)傳統(tǒng)有機(jī)相變材料易泄漏、易燃、導(dǎo)電性強(qiáng)及成本高等問(wèn)題，文獻(xiàn)研究了多種新型相變材料，如外層導(dǎo)熱、內(nèi)層絕緣的柔性雙層相變材料，可提升安全性和導(dǎo)熱性能，以及快速熱響應(yīng)的可變導(dǎo)熱性材料、阻燃改性相變材料等應(yīng)用于電池?zé)峁芾砗蜔崾Э胤揽亍Ｔ谥鲃?dòng)散熱技術(shù)方面，文獻(xiàn)研究了動(dòng)態(tài)浸沒(méi)式液冷技術(shù)，在復(fù)合熱管理系統(tǒng)中，文獻(xiàn)研究了一種熱管和復(fù)合翅片耦合的新型熱管理系統(tǒng)，提出了一種依據(jù)不同環(huán)境溫度范圍控制冷卻液流速的液冷策略。這些技術(shù)的應(yīng)用，顯著提升了電池系統(tǒng)的散熱效率和安全性。

　　在熱失控預(yù)警技術(shù)方面，在傳統(tǒng)的通過(guò)電壓、溫度等信號(hào)預(yù)警之外，文獻(xiàn)研究了一種基于電化學(xué)阻抗譜(EIS)在線監(jiān)測(cè)的鋰離子電池?zé)崾Э仡A(yù)警方法，通過(guò)使用智能EIS監(jiān)測(cè)芯片提取電池內(nèi)部電化學(xué)信號(hào)實(shí)現(xiàn)熱失控在線預(yù)警。此外基于人工智能算法的熱失控預(yù)警技術(shù)也備受關(guān)注，文獻(xiàn)以電池機(jī)理模型提取特征，利用虛擬電壓特征數(shù)據(jù)構(gòu)建了高精度人工智能內(nèi)短路診斷模型，研究了一種低成本且高度靈活的解決方案。

　　在滅火技術(shù)方面，研究者們關(guān)注新型滅火劑開(kāi)發(fā)以及協(xié)同滅火策略。在新型滅火劑開(kāi)發(fā)方面，文獻(xiàn)研究了新型F-500微胞囊滅火劑對(duì)鋰離子電池火災(zāi)的滅火機(jī)理和表/界面活性，驗(yàn)證了細(xì)水霧和3% F-500滅火劑對(duì)243 Ah磷酸鐵鋰電池火災(zāi)的抑制效果。研究發(fā)現(xiàn)與細(xì)水霧相比，F(xiàn)-500滅火劑將電池的總?cè)紵裏峤档土私?0 MJ，且能將電池前表面和側(cè)面溫度降低至100 ℃左右;文獻(xiàn)研究了一種阻燃性能優(yōu)良的環(huán)境友好型微膠囊滅火劑，可使電池峰值熱釋放速率降低22.56 W/g。在協(xié)同滅火策略方面，文獻(xiàn)研究了液氮和細(xì)水霧協(xié)同冷卻策略，發(fā)現(xiàn)二者協(xié)同作用時(shí)的冷卻能力是液氮單獨(dú)使用的3倍。研究成果可為實(shí)際工程應(yīng)用中的滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支撐和理論依據(jù)。

　　12.3　集成示范

　　在儲(chǔ)能鋰離子電池系統(tǒng)熱管理技術(shù)應(yīng)用方面，2024年AC(交直流一體)存儲(chǔ)概念興起，電池和逆變器的聯(lián)合液冷散熱技術(shù)可顯著提高系統(tǒng)能量密度，逆變器的余熱回收利用可實(shí)現(xiàn)加熱效率指數(shù)倍的提升。同時(shí)自然冷卻、熱泵等節(jié)能技術(shù)的深度融合，提升了熱管理綜合能效，縮短儲(chǔ)能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)回收周期。陽(yáng)光電源率先在熱管理技術(shù)方面實(shí)現(xiàn)突破，其核心產(chǎn)品Powertitan2.0儲(chǔ)能系統(tǒng)，在中楷西藏阿里60 MW/120 MWh項(xiàng)目成功落地，進(jìn)一步促進(jìn)儲(chǔ)能熱管理技術(shù)發(fā)展。

　　在鈉離子電池儲(chǔ)能方面，2024年5月，我國(guó)首個(gè)十兆瓦時(shí)大容量鈉離子電池儲(chǔ)能電站——伏林鈉離子電池儲(chǔ)能電站在廣西南寧建成投運(yùn)，項(xiàng)目采用了大容量鈉離子電池和智能組串式技術(shù)，在提高儲(chǔ)能系統(tǒng)安全性的同時(shí)，系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換效率也得到了大幅提升。項(xiàng)目組運(yùn)用了新的儲(chǔ)能變流溫控技術(shù)和液氮滅火技術(shù)，讓該鈉離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠在實(shí)現(xiàn)能量整體轉(zhuǎn)換效率超過(guò)92%的同時(shí)，22000多個(gè)電池溫差不超過(guò)3 ℃，轉(zhuǎn)換效率、安全性等多項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)優(yōu)于同類(lèi)鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。

　　13　綜合分析

　　13.1　基礎(chǔ)研究

　　圖1給出了依據(jù)Web of Science核心數(shù)據(jù)庫(kù)，以“Energy Storage”為主題詞統(tǒng)計(jì)的2024年度中國(guó)機(jī)構(gòu)和學(xué)者關(guān)于儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)表的SCI論文數(shù)。2024年度中國(guó)機(jī)構(gòu)和學(xué)者共發(fā)表SCI論文數(shù)20025篇。其中儲(chǔ)熱技術(shù)、鋰離子電池技術(shù)、超級(jí)電容器、鈉離子電池技術(shù)的SCI論文數(shù)均超過(guò)1000篇，為當(dāng)前我國(guó)儲(chǔ)能領(lǐng)域基礎(chǔ)研究的熱門(mén)技術(shù)方向。

　　圖1 2024年中國(guó)主要儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)表SCI論文數(shù)

　　圖2給出了依據(jù)Web of Science核心數(shù)據(jù)庫(kù)，以“Energy Storage”為主題詞統(tǒng)計(jì)的2024年度世界主要國(guó)家關(guān)于儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)表的SCI論文數(shù)。2024年全世界共發(fā)表儲(chǔ)能技術(shù)相關(guān)SCI論文數(shù)40878篇。其中，中國(guó)、印度、美國(guó)、韓國(guó)、沙特、德國(guó)、英國(guó)、澳大利亞、意大利、伊朗10個(gè)國(guó)家發(fā)表SCI論文數(shù)超過(guò)1000篇。與2023年相比，排名前五的國(guó)家位次沒(méi)有變化，排名前十的國(guó)家位次有所變化，意大利的排名超過(guò)伊朗躋身第九位。2024年度中國(guó)機(jī)構(gòu)和學(xué)者發(fā)表了20025篇SCI論文，比2023年增加了近3500篇，繼續(xù)居世界第一，在全世界的占比為49.0%。世界儲(chǔ)能技術(shù)基礎(chǔ)研究較2023年更加活躍，中國(guó)仍然是全球儲(chǔ)能技術(shù)研究最為活躍的國(guó)家。從分項(xiàng)技術(shù)看，圖1中給出的所有單項(xiàng)技術(shù)包括抽水蓄能、壓縮空氣、儲(chǔ)熱、飛輪、鋰離子電池、超級(jí)電容、鈉離子電池、鉛電池、液態(tài)金屬、液流電池，中國(guó)機(jī)構(gòu)和學(xué)者2024年發(fā)表SCI論文數(shù)均位于世界第一，且領(lǐng)先的論文數(shù)進(jìn)一步增加。

　　圖2 2024年世界主要國(guó)家儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)表SCI論文數(shù)

　　圖3給出了依據(jù)Web of Science核心數(shù)據(jù)庫(kù)，以“Energy Storage”為主題詞統(tǒng)計(jì)的2014—2024年世界主要國(guó)家關(guān)于儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)表的SCI論文數(shù)。其中中國(guó)、美國(guó)、印度、韓國(guó)、德國(guó)、英國(guó)、澳大利亞、意大利、加拿大、西班牙、伊朗、日本、法國(guó)、沙特位列前14位。相較于2023年，中國(guó)、印度和沙特2024年度發(fā)表SCI論文數(shù)有明顯增加，美國(guó)、韓國(guó)、英國(guó)、德國(guó)和意大利2024年度發(fā)表SCI論文數(shù)略微增加，澳大利亞和伊朗2024年度發(fā)表SCI論文數(shù)有所減少。統(tǒng)計(jì)2014—2024年累計(jì)發(fā)表論文數(shù)發(fā)現(xiàn)，中國(guó)、美國(guó)、印度排名前三，2014—2024年累計(jì)發(fā)表論文數(shù)分別為123298篇、45133篇、25894篇。2024年當(dāng)年發(fā)表論文數(shù)的排名對(duì)比2014—2024年累計(jì)發(fā)表論文數(shù)排名上升的國(guó)家有印度、沙特、伊朗，其中沙特排名由累計(jì)第14位上升到第5位，排名上升最快。需要說(shuō)明的是圖3中2014—2024年發(fā)表的SCI論文的數(shù)據(jù)和去年統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)[5]稍有不同，這主要是由于Web of Science數(shù)據(jù)庫(kù)本身更新的原因，但總體趨勢(shì)是一致的。

　　圖3 世界主要國(guó)家儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)表SCI論文數(shù)(2014—2024)

　　從發(fā)展趨勢(shì)上看，自2014年以來(lái)，所有14個(gè)國(guó)家發(fā)表的儲(chǔ)能相關(guān)SCI論文數(shù)均呈現(xiàn)總體增加趨勢(shì)。中國(guó)自2014年以來(lái)儲(chǔ)能相關(guān)SCI論文數(shù)增加最為迅猛，且明顯領(lǐng)先其他國(guó)家。美國(guó)發(fā)表SCI論文數(shù)總體平穩(wěn)，印度于2023年超過(guò)美國(guó)成為當(dāng)年發(fā)表SCI論文數(shù)第二的國(guó)家。整體上看14個(gè)國(guó)家可分為三類(lèi)：一類(lèi)是西方發(fā)達(dá)國(guó)家，包括美國(guó)、德國(guó)、英國(guó)、澳大利亞、意大利、日本、法國(guó)、加拿大和西班牙，它們的儲(chǔ)能相關(guān)SCI論文數(shù)基本保持穩(wěn)定;另一類(lèi)是新興國(guó)家，包括中國(guó)、印度、韓國(guó)、沙特和伊朗，它們的儲(chǔ)能相關(guān)SCI論文數(shù)一直在增長(zhǎng)，并繼續(xù)保持上升趨勢(shì);其中中國(guó)從2014年以來(lái)，SCI論文數(shù)位居世界第一。

　　圖4給出了依據(jù)Web of Science核心數(shù)據(jù)庫(kù)，以“Energy Storage”為主題詞統(tǒng)計(jì)的2014—2024年世界主要國(guó)家關(guān)于儲(chǔ)能技術(shù)與中國(guó)合作發(fā)表的SCI論文數(shù)。其中美國(guó)、澳大利亞、英國(guó)、新加坡、德國(guó)、日本、加拿大、巴基斯坦、韓國(guó)、沙特、印度、丹麥位列前12位。2024年當(dāng)年的情況，有十個(gè)國(guó)家與中國(guó)合作發(fā)表SCI論文數(shù)超過(guò)200篇，它們分別是美國(guó)、英國(guó)、澳大利亞、沙特、巴基斯坦、新加坡、韓國(guó)、加拿大、德國(guó)和日本。美國(guó)是與中國(guó)合作發(fā)表SCI論文數(shù)最多的國(guó)家，2019年合作發(fā)表論文數(shù)達(dá)到高峰超過(guò)1000篇，之后有所下降，2023年降低到740篇，2024年有所回升。2024年與中國(guó)合作發(fā)表SCI論文數(shù)占各自國(guó)家論文總數(shù)比例較高的五個(gè)國(guó)家分別為澳大利亞、英國(guó)、美國(guó)、沙特和德國(guó)，占比分別為41.0%、34.6%、21.7%、17.6%、16.1%，這些國(guó)家同時(shí)位列全球儲(chǔ)能技術(shù)研究最為活躍的國(guó)家行列。

　　圖4 世界主要國(guó)家與中國(guó)合作發(fā)表儲(chǔ)能技術(shù)SCI論文數(shù)(2014—2024)

　　綜合分析圖2、圖3和圖4，當(dāng)前世界儲(chǔ)能技術(shù)研究的基本格局同2021—2023年沒(méi)有變化，仍可主要分為兩類(lèi)國(guó)家，一類(lèi)是美國(guó)、德國(guó)、英國(guó)和日本為代表的西方發(fā)達(dá)國(guó)家;另一類(lèi)是中國(guó)、印度、韓國(guó)和沙特為代表的新興國(guó)家。新興國(guó)家的基礎(chǔ)研究活躍度持續(xù)增加，而發(fā)達(dá)國(guó)家基本進(jìn)入穩(wěn)定期，總體上全球儲(chǔ)能基礎(chǔ)研究活躍程度仍在增加。中國(guó)與其他國(guó)家的合作促進(jìn)了其他國(guó)家儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)也為世界儲(chǔ)能技術(shù)的基礎(chǔ)研究注入了創(chuàng)新活力。中國(guó)2024年儲(chǔ)能相關(guān)SCI論文數(shù)首次超過(guò)2萬(wàn)篇，穩(wěn)居儲(chǔ)能技術(shù)基礎(chǔ)研究活躍度的第一梯隊(duì);第二梯度為印度和美國(guó)，但印度和美國(guó)的差距在拉大，2024年兩國(guó)SCI論文數(shù)差距超1000篇;其他國(guó)家為第三梯隊(duì)，它們的年發(fā)表論文數(shù)也在增加，特別是沙特、巴基斯坦、新加坡尤為明顯。

　　13.2　關(guān)鍵技術(shù)

　　表1給出了2024年中國(guó)儲(chǔ)能關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)進(jìn)展的總結(jié)。從表中可見(jiàn)，2024年我國(guó)主要儲(chǔ)能技術(shù)研發(fā)均取得了重要進(jìn)展，其中構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能、固態(tài)電池和AI+儲(chǔ)能是當(dāng)前技術(shù)研發(fā)的熱點(diǎn)方向。綜合分析各種儲(chǔ)能技術(shù)，大致可以分為三類(lèi)。一是基本成熟類(lèi)，主要包括抽水蓄能、鉛蓄電池、儲(chǔ)熱儲(chǔ)冷和鋰電池技術(shù)，其研發(fā)重點(diǎn)在于提升性能和應(yīng)用推廣。二是集成示范類(lèi)，主要包括液流電池、壓縮空氣儲(chǔ)能、鈉離子電池、飛輪儲(chǔ)能和超級(jí)電容器技術(shù)，其研發(fā)重點(diǎn)為攻克集成與工程示范技術(shù)。三是關(guān)鍵技術(shù)類(lèi)，主要包括重力儲(chǔ)能、熱泵儲(chǔ)電、液態(tài)金屬、水系電池、鉀離子電池等，其研究重點(diǎn)在于突破關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)從實(shí)驗(yàn)室到工程示范的轉(zhuǎn)變。同2023年相比[5]，儲(chǔ)能技術(shù)的三種分類(lèi)總體沒(méi)有變化，單項(xiàng)技術(shù)中鋰離子電池、壓縮空氣、液流電池、鈉離子電池和重力儲(chǔ)能的技術(shù)成熟度進(jìn)一步提升，鈉離子電池從關(guān)鍵技術(shù)類(lèi)提升至集成示范類(lèi)。

　　表1 2024年中國(guó)儲(chǔ)能關(guān)鍵技術(shù)與示范進(jìn)展

　　圖5給出了依據(jù)全球?qū)＠麛?shù)據(jù)庫(kù)incoPat，以“Energy Storage”為主題詞統(tǒng)計(jì)的2014—2024年中國(guó)機(jī)構(gòu)在中國(guó)地區(qū)申請(qǐng)的發(fā)明專(zhuān)利數(shù)，部分?jǐn)?shù)據(jù)與去年統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)稍有差異，這是由于數(shù)據(jù)庫(kù)自身更新的結(jié)果。從圖中可知2014—2024年中國(guó)儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)呈現(xiàn)持續(xù)增加趨勢(shì)，2024年中國(guó)儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)為51258篇，與去年基本持平，相較于2014年增長(zhǎng)近5倍。

　　圖5 中國(guó)儲(chǔ)能技術(shù)申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利數(shù)(2014—2024)

　　圖6給出了依據(jù)全球?qū)＠麛?shù)據(jù)庫(kù)incoPat統(tǒng)計(jì)的，2024年中國(guó)機(jī)構(gòu)在中國(guó)地區(qū)申請(qǐng)的主要儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)明專(zhuān)利數(shù)。可見(jiàn)，2024年，各種儲(chǔ)能技術(shù)中，儲(chǔ)熱儲(chǔ)冷技術(shù)申請(qǐng)的發(fā)明專(zhuān)利數(shù)仍最多，為10490件，其次是鋰離子電池技術(shù)9095件，鈉離子電池、液流電池、壓縮空氣儲(chǔ)能、超級(jí)電容器、熱泵儲(chǔ)電也非常活躍。總體上，各種儲(chǔ)能技術(shù)的排名和2021—2023年基本吻合，化學(xué)儲(chǔ)能發(fā)明專(zhuān)利數(shù)高于物理儲(chǔ)能，和材料密切相關(guān)的儲(chǔ)能技術(shù)申請(qǐng)專(zhuān)利的活躍程度很高。同2021—2023年類(lèi)似，儲(chǔ)能相關(guān)技術(shù)申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利數(shù)的活躍度，與圖1基礎(chǔ)研究SCI論文的活躍度情況基本吻合。

　　圖6 2024年中國(guó)主要儲(chǔ)能技術(shù)申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利數(shù)

　　圖7給出了依據(jù)全球?qū)＠麛?shù)據(jù)庫(kù)inco Pat，以“Energy Storage”為主題詞在世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)數(shù)據(jù)庫(kù)(WIPO)中統(tǒng)計(jì)的，2014—2024年世界主要國(guó)家關(guān)于儲(chǔ)能技術(shù)申請(qǐng)的國(guó)際發(fā)明專(zhuān)利數(shù)。需要說(shuō)明的是，一方面，2024年各國(guó)儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)明顯偏低，這是由于數(shù)據(jù)庫(kù)更新滯后的原因，圖中2014—2023年的數(shù)據(jù)更具參考價(jià)值;另一方面，圖中國(guó)際發(fā)明專(zhuān)利數(shù)與2023年相比稍有變化，這是數(shù)據(jù)庫(kù)自身更新的原因，不影響總體趨勢(shì)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)可見(jiàn)2014—2024年累計(jì)發(fā)明專(zhuān)利數(shù)中國(guó)排名第一，排名前8的國(guó)家順序?yàn)橹袊?guó)、美國(guó)、德國(guó)、日本、韓國(guó)、法國(guó)、英國(guó)、瑞士。從總體趨勢(shì)上看，其他國(guó)家的儲(chǔ)能?chē)?guó)際發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)變化較為穩(wěn)定，而中國(guó)儲(chǔ)能?chē)?guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)增長(zhǎng)迅猛，2018年以后一直保持世界第一，美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)、日本等國(guó)家有輕微波動(dòng)，但總體變化不大。

　　圖7 各國(guó)儲(chǔ)能技術(shù)WIPO國(guó)際發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)(2014—2024)

　　圖8給出了2023年各國(guó)儲(chǔ)能技術(shù)WIPO發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)。2023年，中國(guó)儲(chǔ)能WIPO國(guó)際發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)為2981篇，比2022年明顯增加，占全球42.8%，位居世界第一，其次是美國(guó)、德國(guó)、日本、韓國(guó)等國(guó)家。2023年中國(guó)儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)優(yōu)勢(shì)進(jìn)一步增大，逐漸接近世界的一半，中美兩國(guó)儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)總和占全球58.2%，為世界儲(chǔ)能領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)研究的最主要力量。

　　圖8 2023年各國(guó)WIPO國(guó)際發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)

　　綜合圖7和圖8可見(jiàn)，除中國(guó)外，國(guó)際發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)靠前的國(guó)家均為發(fā)達(dá)國(guó)家，和2022年相比國(guó)際儲(chǔ)能關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)的基本格局沒(méi)有變化，但和圖3中SCI論文數(shù)的基本格局有所不同。綜合圖1~8可見(jiàn)，在儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域，無(wú)論是基礎(chǔ)研究還是關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，中國(guó)均是世界上最活躍的國(guó)家。同時(shí)，2023年中國(guó)學(xué)者和機(jī)構(gòu)的國(guó)際發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)已占到42.8%，正逐步接近基礎(chǔ)研究的SCI論文數(shù)的比例(49.0%)，中國(guó)在國(guó)際儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域最活躍國(guó)家的地位進(jìn)一步鞏固。

　　13.3　集成示范

　　表1給出了2024年中國(guó)儲(chǔ)能集成示范進(jìn)展的總結(jié)。從表中可見(jiàn)，2024年我國(guó)主要儲(chǔ)能技術(shù)的集成示范均取得了重要進(jìn)展，大規(guī)模、長(zhǎng)時(shí)間和混合儲(chǔ)能是當(dāng)前集成示范的熱點(diǎn)方向。綜合分析大致可以分為三類(lèi)。一是系統(tǒng)規(guī)模或者性能提升的集成示范，主要包括抽水蓄能、鋰離子電池、壓縮空氣儲(chǔ)能、鉛蓄電池和飛輪儲(chǔ)能等。二是驗(yàn)證關(guān)鍵技術(shù)的集成示范，主要包括鋰離子電池、液流電池、壓縮空氣儲(chǔ)能、鈉離子電池、儲(chǔ)熱儲(chǔ)冷、和超級(jí)電容等。三是新型技術(shù)的集成示范，主要包括構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能、混合儲(chǔ)能、鉀離子儲(chǔ)能、面向極端條件的儲(chǔ)能等。

　　根據(jù)中國(guó)能源研究會(huì)儲(chǔ)能專(zhuān)委會(huì)/中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟全球儲(chǔ)能數(shù)據(jù)庫(kù)的不完全統(tǒng)計(jì)，如圖9所示，截至2024年底，中國(guó)已投運(yùn)的儲(chǔ)能項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)容量(包括物理儲(chǔ)能、化學(xué)儲(chǔ)能以及熔融鹽儲(chǔ)熱)達(dá)到137.9 GW，同比增長(zhǎng)59.9%，占全球市場(chǎng)37.1%，居世界第一位;其中抽水蓄能累計(jì)裝機(jī)容量為58.5 GW，同比增長(zhǎng)14.0%，新型儲(chǔ)能(抽水蓄能之外的儲(chǔ)能技術(shù))累計(jì)裝機(jī)容量首次超過(guò)抽水蓄能，達(dá)到78.3 GW，同比增長(zhǎng)126.5%，占全球市場(chǎng)47.3%，居世界第一位。2024年，我國(guó)儲(chǔ)能裝機(jī)繼續(xù)保持高速增長(zhǎng)，新增投運(yùn)儲(chǔ)能裝機(jī)容量51.4 GW，其中新增新型儲(chǔ)能投運(yùn)裝機(jī)43.7 GW，居世界第一位，約為2023年同期水平203%。從圖9可見(jiàn)，同2023年相比，我國(guó)2024年抽水蓄能裝機(jī)比例下降17.0%，歷史上首次低于50%;在新型儲(chǔ)能技術(shù)中，鋰離子電池占主導(dǎo)地位，壓縮空氣儲(chǔ)能、鉛蓄電池、液流電池和儲(chǔ)熱技術(shù)等，也占有一定的市場(chǎng)份額。2024年，我國(guó)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)一方面實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化發(fā)展，新增企業(yè)數(shù)量創(chuàng)新高，裝機(jī)容量和行業(yè)產(chǎn)能增加;但同時(shí)也存在儲(chǔ)能電池價(jià)格下降，行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)加劇，行業(yè)洗牌加速現(xiàn)象，需要引起各方注意。

　　圖9 2024年底中國(guó)儲(chǔ)能項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)情況

　　綜合分析2024年各儲(chǔ)能技術(shù)基礎(chǔ)研究、關(guān)鍵技術(shù)和集成示范的情況，各種儲(chǔ)能技術(shù)可大致分為四個(gè)梯隊(duì)，如圖10所示。其中，第一梯隊(duì)為抽水蓄能和鋰電池;第二梯隊(duì)為壓縮空氣儲(chǔ)能、液流電池、鉛蓄電池和儲(chǔ)熱儲(chǔ)冷技術(shù)，和2023年相比，鋰離子電池從第二梯隊(duì)躍升至第一梯隊(duì);第三梯隊(duì)為鈉離子電池、飛輪儲(chǔ)能和超級(jí)電容器，其中鈉離子發(fā)展速度最快，有可能未來(lái)進(jìn)入第二梯隊(duì);第四梯隊(duì)為液態(tài)金屬、熱泵儲(chǔ)電、重力儲(chǔ)能、金屬離子電池和水系電池等儲(chǔ)能新技術(shù)，需要進(jìn)一步的研發(fā)，以便實(shí)現(xiàn)集成示范和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

　　圖10 2024年中國(guó)儲(chǔ)能集成示范和產(chǎn)業(yè)化梯隊(duì)

　　圖11給出了2024年中國(guó)儲(chǔ)能技術(shù)和世界儲(chǔ)能技術(shù)先進(jìn)水平的對(duì)比。從圖中可見(jiàn)，中國(guó)儲(chǔ)能技術(shù)水平總體已進(jìn)入國(guó)際先進(jìn)國(guó)家行列。鋰離子電池、壓縮空氣儲(chǔ)能、液流電池和鈉離子電池技術(shù)已達(dá)到世界先進(jìn)水平;飛輪儲(chǔ)能、超級(jí)電容和儲(chǔ)能新技術(shù)與世界先進(jìn)水平還有一定的差距。同2023年相比，各儲(chǔ)能技術(shù)的總體發(fā)展水平有所提升，鋰電池、壓縮空氣儲(chǔ)能、鈉離子電池和飛輪儲(chǔ)能的提升幅度明顯。綜合圖3、圖6和圖11可見(jiàn)，2024年中國(guó)繼續(xù)保持全球基礎(chǔ)研究、技術(shù)研發(fā)和集成示范最為活躍的國(guó)家，中國(guó)發(fā)表SCI論文數(shù)、申請(qǐng)WIPO 國(guó)際發(fā)明專(zhuān)利數(shù)和儲(chǔ)能系統(tǒng)總裝機(jī)均繼續(xù)居世界第一，特別是新型儲(chǔ)能的優(yōu)勢(shì)更加明顯。

　　圖11 2024年中國(guó)儲(chǔ)能技術(shù)和世界先進(jìn)水平的比較

　　13.4　政策分析

　　2024年我國(guó)儲(chǔ)能政策熱度繼續(xù)攀升。據(jù)中國(guó)能源研究會(huì)儲(chǔ)能專(zhuān)委會(huì)/中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟全球儲(chǔ)能數(shù)據(jù)庫(kù)的不完全統(tǒng)計(jì)，2024年全國(guó)共發(fā)布儲(chǔ)能相關(guān)政策770余項(xiàng)，是去年同期的1.2倍。其中，國(guó)家層面發(fā)布77項(xiàng)，重點(diǎn)圍繞宏觀引導(dǎo)、管理規(guī)范、科技裝備、電力市場(chǎng)等方面全面提升產(chǎn)業(yè)發(fā)展質(zhì)量。地方層面，廣東政策數(shù)量繼續(xù)領(lǐng)跑全國(guó)，浙江、安徽、河南、江蘇等省份政策數(shù)量居于全國(guó)前列。全國(guó)有26個(gè)省市制定了到2025年的裝機(jī)目標(biāo)，總規(guī)模達(dá)到86.6 GW。截止到2024年底，其中山東省、河北省、湖南省、浙江省、廣東省、江蘇省、貴州省、西藏自治區(qū)8個(gè)省份已經(jīng)提前完成規(guī)劃目標(biāo)。總體上，2024年我國(guó)儲(chǔ)能政策的著力點(diǎn)主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

　　在儲(chǔ)能戰(zhàn)略地位的深化與強(qiáng)化方面，2024年，《中華人民共和國(guó)能源法》中著重提及推進(jìn)新型儲(chǔ)能高質(zhì)量發(fā)展，發(fā)揮各類(lèi)儲(chǔ)能在電力系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)作用。新型儲(chǔ)能首次被寫(xiě)入《政府工作報(bào)告》，提出要提高電網(wǎng)對(duì)清潔能源的接納、配置和調(diào)控能力，發(fā)展新型儲(chǔ)能。各地則圍繞其對(duì)可再生能源發(fā)展支撐、提升電力系統(tǒng)靈活性、促進(jìn)能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)、推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、增強(qiáng)能源安全以及促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等多個(gè)方面發(fā)揮的作用持續(xù)出臺(tái)引導(dǎo)政策，功能價(jià)值得到突出體現(xiàn)。

　　在市場(chǎng)機(jī)制改革與優(yōu)化方面，2024年全國(guó)統(tǒng)一電力市場(chǎng)“1+N”規(guī)則體系初步建成，新修訂的《電力市場(chǎng)運(yùn)行基本規(guī)則》基本構(gòu)建起“統(tǒng)一市場(chǎng)、協(xié)同運(yùn)作”的電力市場(chǎng)總體架構(gòu)，并正式確認(rèn)儲(chǔ)能的新型經(jīng)營(yíng)主體身份。《關(guān)于支持電力領(lǐng)域新型經(jīng)營(yíng)主體創(chuàng)新發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》鼓勵(lì)新模式、新業(yè)態(tài)創(chuàng)新發(fā)展，培育能源領(lǐng)域新質(zhì)生產(chǎn)力，進(jìn)一步降低新型儲(chǔ)能參與市場(chǎng)的準(zhǔn)入門(mén)檻，完善市場(chǎng)機(jī)制，促進(jìn)新型經(jīng)營(yíng)主體公平參與市場(chǎng)。從具體規(guī)則來(lái)看，儲(chǔ)能參與現(xiàn)貨市場(chǎng)交易機(jī)制更靈活，多地允許儲(chǔ)能自主選擇參與模式。輔助服務(wù)機(jī)制進(jìn)一步規(guī)范，與現(xiàn)貨相銜接的“一體多用、分時(shí)復(fù)用”商業(yè)模式逐步形成，廣東、甘肅等進(jìn)展較快省份，在全國(guó)儲(chǔ)能市場(chǎng)機(jī)制建設(shè)上起到示范參考。

　　在儲(chǔ)能的調(diào)節(jié)作用強(qiáng)化與提升方面，2024年國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局先后發(fā)布《關(guān)于加強(qiáng)電網(wǎng)調(diào)峰儲(chǔ)能和智能化調(diào)度能力建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)》《關(guān)于促進(jìn)新型儲(chǔ)能并網(wǎng)和調(diào)度運(yùn)用的通知》《電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力優(yōu)化專(zhuān)項(xiàng)行動(dòng)實(shí)施方案(2025—2027年)》等政策，明確儲(chǔ)能在新型電力系統(tǒng)建設(shè)中的功能作用，將新型儲(chǔ)能與抽蓄和火電并列為電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)資源，進(jìn)行統(tǒng)籌發(fā)展，充分發(fā)揮新型儲(chǔ)能促消納、保供應(yīng)、保安全的作用，并明確新型儲(chǔ)能并網(wǎng)調(diào)度技術(shù)要求，加強(qiáng)并網(wǎng)調(diào)度管理。在各項(xiàng)政策的推動(dòng)下，華北、華中、華東、西北、南方等地在2024年實(shí)現(xiàn)了高水平的儲(chǔ)能規(guī)模化集中調(diào)用。

　　在加快市場(chǎng)化容量補(bǔ)償機(jī)制方面，2024年修訂的國(guó)家頂層政策《電力市場(chǎng)運(yùn)行基本規(guī)則》中明確將逐步推動(dòng)建立市場(chǎng)化的容量成本回收機(jī)制，探索通過(guò)容量補(bǔ)償、容量市場(chǎng)等方式，保障電力系統(tǒng)長(zhǎng)期容量充裕。在《電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力優(yōu)化專(zhuān)項(xiàng)行動(dòng)實(shí)施方案(2025—2027年)》中則重點(diǎn)提出現(xiàn)貨市場(chǎng)連續(xù)運(yùn)行地區(qū)，加快建立市場(chǎng)化容量補(bǔ)償機(jī)制。地方層面，已有內(nèi)蒙古、新疆、山東、浙江、河北、廣東等地陸續(xù)出臺(tái)容量補(bǔ)償?shù)南嚓P(guān)政策，通過(guò)儲(chǔ)能裝機(jī)補(bǔ)償或者放電量給與補(bǔ)償，以降低儲(chǔ)能的投資成本，激勵(lì)投資預(yù)期。

　　在產(chǎn)業(yè)發(fā)展品質(zhì)優(yōu)化與升級(jí)方面，2024年國(guó)家層面修訂《鋰離子電池行業(yè)規(guī)范條件》，制定高質(zhì)量發(fā)展行動(dòng)方案，引導(dǎo)企業(yè)減少單純擴(kuò)大產(chǎn)能的制造項(xiàng)目，轉(zhuǎn)向通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本的發(fā)展方式。推動(dòng)鋰電池迭代升級(jí)，開(kāi)展鈉離子電池、液流電池、壓縮空氣等多元儲(chǔ)能技術(shù)的研發(fā)和示范。地方層面多地紛紛出臺(tái)促進(jìn)新型儲(chǔ)能高質(zhì)量發(fā)展的若干措施，通過(guò)補(bǔ)貼扶持等方式促進(jìn)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用。

　　在綠色裝備價(jià)值提升方面，2024年國(guó)家層面首次發(fā)布《關(guān)于加快經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型的意見(jiàn)》，作為綠色轉(zhuǎn)型系統(tǒng)部署，多處提及新型儲(chǔ)能，體現(xiàn)了其在綠色低碳發(fā)展方面的重要作用，在《關(guān)于加快推動(dòng)制造業(yè)綠色化發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》則將儲(chǔ)能納入綠色低碳領(lǐng)域未來(lái)產(chǎn)業(yè)。地方層面則重視新能源綠色產(chǎn)業(yè)與新型儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的協(xié)同發(fā)展，儲(chǔ)能綠色發(fā)展內(nèi)在價(jià)值得到認(rèn)可與提升。

　　14 結(jié)論與展望

　　2024年，中國(guó)儲(chǔ)能又經(jīng)歷了高速發(fā)展的一年，中國(guó)保持了全球儲(chǔ)能技術(shù)基礎(chǔ)研究、技術(shù)研發(fā)和集成示范最為活躍的國(guó)家地位。這一年，中國(guó)機(jī)構(gòu)和學(xué)者在儲(chǔ)能領(lǐng)域發(fā)表SCI論文20025篇;申請(qǐng)中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利51258件，申請(qǐng)WIPO國(guó)際發(fā)明專(zhuān)利2981件(2023年數(shù)據(jù))，新增集成示范和產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目裝機(jī)容量51.4 GW，均居世界第一;新型儲(chǔ)能裝機(jī)首次超過(guò)抽水蓄能，迎來(lái)歷史性時(shí)刻，總體上中國(guó)儲(chǔ)能實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化發(fā)展。

　　(1)物理儲(chǔ)能方面：在抽水蓄能方面，總體上我國(guó)抽水蓄能技術(shù)進(jìn)入規(guī)模化、智能化、生態(tài)化發(fā)展階段，在300 MW變速機(jī)組關(guān)鍵技術(shù)、數(shù)字孿生和人工智能、超高水頭電站技術(shù)等方面有重要進(jìn)展。在壓縮空氣儲(chǔ)能方面，總體上我國(guó)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)實(shí)現(xiàn)了單機(jī)從100 MW到300 MW的跨越，在系統(tǒng)總體特性、能量損失機(jī)理、關(guān)鍵部件技術(shù)、集成示范等方面均取得重要進(jìn)展。山東肥城300 MW項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)等。在儲(chǔ)熱儲(chǔ)冷方面，在儲(chǔ)熱儲(chǔ)冷材料、儲(chǔ)熱儲(chǔ)冷單元特性、系統(tǒng)控制與優(yōu)化等研究方面取得重要進(jìn)展;潛熱儲(chǔ)熱是當(dāng)前研究熱點(diǎn)，50 MW燃煤熱電熔鹽儲(chǔ)能項(xiàng)目和100 MW光熱儲(chǔ)能工程機(jī)組實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電等。在飛輪儲(chǔ)能方面，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)控制策略及工程示范應(yīng)用方面取得顯著進(jìn)展，同時(shí)注重多場(chǎng)景混合儲(chǔ)能協(xié)同控制，集成示范項(xiàng)目逐步規(guī)模化，飛輪儲(chǔ)能的工程化應(yīng)用邁入新階段。

　　(2)化學(xué)儲(chǔ)能方面：在鉛蓄電池方面，鉛碳電池為當(dāng)前研究熱點(diǎn)，其研發(fā)方向主要集中在提高能量密度、延長(zhǎng)循環(huán)壽命、降低成本和增強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)性方面。在鋰離子電池方面，技術(shù)正以大容量、高安全、低成本為主線，推動(dòng)基礎(chǔ)研究、規(guī)模應(yīng)用與多元化突破的協(xié)同發(fā)展;磷酸鐵鋰電池是當(dāng)前儲(chǔ)能鋰電池的主流技術(shù)路線，500 Ah以上大電芯是當(dāng)前的重要發(fā)展方向，固態(tài)鋰電池在儲(chǔ)能領(lǐng)域的研究與應(yīng)用取得顯著進(jìn)展。在液流電池方面，基礎(chǔ)研究、技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展再上新臺(tái)階，創(chuàng)新型電池體系及新型關(guān)鍵材料持續(xù)涌現(xiàn)，基于100 MW全釩液流電池電站成功實(shí)現(xiàn)了城市電網(wǎng)黑啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)，多個(gè)GW級(jí)生產(chǎn)基地上馬，產(chǎn)業(yè)迎來(lái)高速增長(zhǎng)。在鈉離子電池方面，在長(zhǎng)壽命正極材料開(kāi)發(fā)、高性能碳基負(fù)極持續(xù)優(yōu)化、固體電解質(zhì)材料開(kāi)發(fā)及系統(tǒng)集成安全防控體系構(gòu)建等方面取得重要進(jìn)展;10 MWh鈉離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用，100 MWh鈉離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)行。在超級(jí)電容器方面，通過(guò)新型電極材料、高性能電解液和界面工程的優(yōu)化，超級(jí)電容器性能得到了顯著提升，基本形成了覆蓋電極材料、電解液、隔膜、器件制造及系統(tǒng)集成的全鏈條產(chǎn)業(yè)體系，應(yīng)用場(chǎng)景也不斷拓展。在新型儲(chǔ)能技術(shù)方面，研究熱點(diǎn)有液態(tài)金屬電池、熱泵儲(chǔ)電、重力儲(chǔ)能、水系電池、金屬離子電池和人工智能等。

　　(3)集成與安全方面：在集成技術(shù)方面，我國(guó)規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)集成技術(shù)繼續(xù)往高安全、大容量、高效率和一體化的方向發(fā)展，儲(chǔ)能電站的規(guī)模繼續(xù)擴(kuò)大，儲(chǔ)能集裝箱集成度進(jìn)一步提高，5 MWh電池艙已成為電池單艙儲(chǔ)能容量的主流。人工智能技術(shù)正深刻重塑儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的技術(shù)范式，已深入到設(shè)計(jì)分析、試驗(yàn)制造、運(yùn)行維護(hù)及集成示范等各個(gè)階段，加速儲(chǔ)能產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、降低制造成本、提升運(yùn)維可靠性。在消防安全技術(shù)方面，我國(guó)在儲(chǔ)能電池?zé)崾Э囟嘞嗌淞骷皻怏w擴(kuò)散特性、熱失控傳播機(jī)制、熱管理技術(shù)、熱失控火災(zāi)預(yù)警技術(shù)、滅火技術(shù)等方面均取得重要進(jìn)展。

　　展望2025年，中國(guó)儲(chǔ)能有望在攻堅(jiān)克難中繼續(xù)高速前行。在基礎(chǔ)研究、關(guān)鍵技術(shù)和集成示范方面，中國(guó)有望繼續(xù)保持全球儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展最活躍國(guó)家地位，發(fā)表論文數(shù)、申請(qǐng)專(zhuān)利數(shù)、集成示范與應(yīng)用裝機(jī)規(guī)模將繼續(xù)保持世界第一;預(yù)計(jì)全年中國(guó)儲(chǔ)能新增裝機(jī)將達(dá)40 GW以上，新型儲(chǔ)能裝機(jī)比例將繼續(xù)提升，有望突破60%。同時(shí)，由于國(guó)際政治和貿(mào)易格局生變、國(guó)內(nèi)政策調(diào)整、行業(yè)產(chǎn)能增加等，企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)加劇趨勢(shì)明顯。2025年，雖然不確定因素影響有所增加，中國(guó)儲(chǔ)能大概率將迎來(lái)又一個(gè)高速發(fā)展的一年，總體將從規(guī)模化發(fā)展向全面商業(yè)化轉(zhuǎn)變。