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1, 肖立業(yè)7, 蔣凱8, 鐘國彬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. 中國科學(xué)院工程熱物理研究所，北京2.中國科學(xué)院物理研究所，北京3.畢節(jié)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)國家能源大規(guī)模物理儲能技術(shù)研發(fā)中心，貴州 畢節(jié)4.南方電網(wǎng)儲能股份有限公司，廣東 廣州5.中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所，遼寧 大連6.上海奧威科技開發(fā)有限公司，上海7.中國科學(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.廣東新型儲能國家研究院有限公司，廣東 廣州10.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)火災(zāi)科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 合肥11.中關(guān)村儲能產(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2024年度中國儲能技術(shù)的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述。通過對基礎(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年中國儲能技術(shù)領(lǐng)域的主要技術(shù)進(jìn)展，包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能、鉛蓄電池、鋰離子電池、液流電池、鈉離子電池、超級電容器、新型儲能技術(shù)、集成技術(shù)和消防安全技術(shù)等。綜合分析表明中國儲能又經(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。中國保持了世界儲能技術(shù)基礎(chǔ)研究、技術(shù)研發(fā)和集成示范領(lǐng)域最為活躍的國家地位。中國機(jī)構(gòu)和學(xué)者在儲能領(lǐng)域發(fā)表SCI論文數(shù)、申請WIPO國際發(fā)明專利數(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;新型儲能裝機(jī)功率首次超過抽水蓄能，迎來歷史性時刻，總體上中國儲能實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化發(fā)展。

　　隨著國家“雙碳”戰(zhàn)略的深入實(shí)施，我國新型能源體系建設(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，也是催生國內(nèi)能源新業(yè)態(tài)、搶占國際戰(zhàn)略新高地的重要領(lǐng)域，對構(gòu)建安全高效、清潔低碳的能源體系具有重要意義。

　　總體上，我國儲能行業(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，筆者對中國主要儲能技術(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，我國中國儲能技術(shù)和產(chǎn)業(yè)又經(jīng)歷了高速發(fā)展的一年，儲能技術(shù)快速發(fā)展、裝機(jī)規(guī)模大幅增加、政策市場化推進(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)撰寫一篇綜述性文章，對中國2024年儲能技術(shù)的研究進(jìn)展進(jìn)行系統(tǒng)的回顧和分析。

　　本文是受《儲能科學(xué)與技術(shù)》期刊邀請，依托中國化工學(xué)會儲能工程專業(yè)委員會和中國能源研究會儲能專業(yè)委員會的專家，擬對2024年中國的主要儲能技術(shù)的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能、鉛蓄電池、鋰離子電池、液流電池、鈉離子電池、超級電容和新型儲能技術(shù)等，希望能夠通過對儲能技術(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年中國儲能技術(shù)領(lǐng)域的主要進(jìn)展，為儲能領(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，第1節(jié)抽水蓄能由陳滿、徐德厚、周學(xué)志撰寫，第2節(jié)壓縮空氣儲能由周學(xué)志、朱軼林、徐玉杰撰寫，第3節(jié)儲熱儲冷由王亮、張弛、林曦鵬撰寫，第4節(jié)飛輪儲能由胡東旭、戴興建、張華良撰寫，第5節(jié)鉛蓄電池由林海波、劉為撰寫，第6節(jié)鋰離子電池由李泓、岳芬撰寫，第7節(jié)液流電池由李先鋒、張長昆、俞振華撰寫，第8節(jié)鈉離子電池由胡勇勝、黨榮彬、劉語撰寫，第9節(jié)超級電容由安仲勛、劉語撰寫，第10節(jié)新型儲能技術(shù)由肖立業(yè)、周學(xué)志、邱清泉、陳仕卿(重力儲能)、王亮、史卓群、徐玉杰(熱泵儲電)、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儲能)撰寫，第11節(jié)集成技術(shù)由劉軒、鐘國彬、宋振撰寫，第12節(jié)消防安全技術(shù)由王青松、梅文昕撰寫，第13節(jié)綜合分析由陳海生、張宇鑫、李臻撰寫，第14節(jié)結(jié)論與展望由陳海生撰寫，全文由陳海生統(tǒng)稿。由于作者水平有限，加之時間倉促，文中不足和不妥之處，敬請讀者批評指正。

　　1 抽水蓄能

　　抽水蓄能是大規(guī)模儲能的主流技術(shù)之一，具有儲能容量大、系統(tǒng)效率高、運(yùn)行壽命長、技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)。2024年我國抽水蓄能行業(yè)保持高速發(fā)展態(tài)勢，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、市場價格機(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

　　在流動特性研究方面，文獻(xiàn)通過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)針對水泵工況斷電事故，建立了導(dǎo)葉關(guān)閉時間與反轉(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)通過數(shù)值仿真計(jì)算，對孔道流量、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)分析了對稱失磁故障對機(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)針對大型雙饋感應(yīng)電動機(jī)轉(zhuǎn)子偏心故障風(fēng)險，提出一種注入補(bǔ)償電流來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)頻動態(tài)特性。文獻(xiàn)在多個工況下提出了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磁系統(tǒng)控制功率、機(jī)組調(diào)速器控制開度的控制策略。

　　在系統(tǒng)調(diào)度和優(yōu)化方面，文獻(xiàn)開發(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價方法，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向外饋送靈活、穩(wěn)定、可控的電能。文獻(xiàn)通過協(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)帶來的出力不確定性與電力市場收益優(yōu)化問題，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)勢以及電網(wǎng)對穩(wěn)定可靠能源供應(yīng)的需求，基于改進(jìn)螢火蟲算法開展了多能協(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)的出力波動大幅降低。

　　在市場機(jī)制及經(jīng)濟(jì)性方面，文獻(xiàn)分別對現(xiàn)貨市場形成前后電力市場環(huán)境下的電量電價和容量電價進(jìn)行測算，指出現(xiàn)階段未形成現(xiàn)貨市場的情況下嚴(yán)格執(zhí)行兩部制電價是合理有效的，未來形成現(xiàn)貨市場后將由市場競爭生成電價。文獻(xiàn)在抽水蓄能電站的市場化運(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)市場的容量電費(fèi)定價模型，實(shí)現(xiàn)以經(jīng)營期內(nèi)收支平衡為目標(biāo)定期滾動核定抽水蓄能電站的待分?jǐn)偝杀尽Ｎ墨I(xiàn)通過確定抽水蓄能項(xiàng)目核算邊界、識別基準(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)行效果評價體系，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)合儲能系統(tǒng)，通過液態(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)功率波動從40%抑制至12%;容量優(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，首臺套交流勵磁變速抽蓄機(jī)組國產(chǎn)化研發(fā)迎來多項(xiàng)里程碑式進(jìn)展。2024年8月，東方電氣在四川德陽完成了300 MW級變速抽水蓄能機(jī)組發(fā)電電動機(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)儲能公司肇慶浪江和惠州中洞兩個抽水蓄能電站變速機(jī)組的第三方試驗(yàn)臺水泵水輪機(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)對智能抽水蓄能電站關(guān)鍵業(yè)務(wù)的支撐效果，其開發(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)組故障診斷知識圖譜構(gòu)建方法，為機(jī)組故障領(lǐng)域的智能問答、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)用聲紋與振動特征，采用逆巴克頻譜變換、卷積計(jì)算、長短期神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法，有效提升了軸承故障診斷的準(zhǔn)確率。我國首個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，這是我國首個硬巖區(qū)4 m大直徑400 m級深豎井采用反井鉆機(jī)全斷面掘進(jìn)技術(shù)的工程。國內(nèi)首臺1000 MPa級高強(qiáng)鋼引水鋼岔管在天臺抽水蓄能電站順利通過驗(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級高強(qiáng)鋼在國內(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、阜康、句容、清原、東陽、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號機(jī)組分別于2024年8月和12月投產(chǎn)，填補(bǔ)了國內(nèi)大型交流勵磁變速機(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)用遙感遙測技術(shù)，解決長斜井施工難題，建成地質(zhì)災(zāi)害一體化智能監(jiān)測預(yù)警體系，探索形成國產(chǎn)機(jī)組定轉(zhuǎn)子光纖測溫的“蟠龍經(jīng)驗(yàn)”。福建廈門抽水蓄能電站是國內(nèi)首個全站監(jiān)控系統(tǒng)使用全國產(chǎn)芯片的抽水蓄能電站。新疆阜康抽水蓄能電站是國內(nèi)抽水蓄能行業(yè)首個采用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內(nèi)首臺采用“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，抽蓄機(jī)組參與電力市場邁出了里程碑式的一步。廣東梅州電站作為我國首個自主參與電力市場交易的抽水蓄能電站，標(biāo)志著抽水蓄能市場化經(jīng)營路徑的突破。

　　2 壓縮空氣儲能

　　壓縮空氣儲能(CAES)技術(shù)具有儲能容量大、儲能周期長、系統(tǒng)效率高、運(yùn)行壽命長、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)模儲能技術(shù)之一。2024年，我國壓縮空氣儲能技術(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)，通過動態(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-等溫壓縮空氣儲能系統(tǒng)，驗(yàn)證了階梯相變儲能在降低能量等級耗散和提升熱經(jīng)濟(jì)性方面的綜合優(yōu)勢。文獻(xiàn)建立了先進(jìn)絕熱水下壓縮空氣儲能系統(tǒng)熱力學(xué)模型，分析了風(fēng)能波動性對于儲能系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化特性影響。文獻(xiàn)建立了考慮多時間尺度動態(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動力學(xué)模型，可以反映短期尺度的動態(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離心壓縮機(jī)變工況調(diào)節(jié)的性能預(yù)測方法，可獲得進(jìn)口導(dǎo)葉開度最佳調(diào)節(jié)策略。文獻(xiàn)研究了無油渦旋壓縮機(jī)在變工況下的流動特性。文獻(xiàn)揭示了壓縮機(jī)組末級壓縮機(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)對定流量注氣的控制策略。文獻(xiàn)對壓氣機(jī)葉頂間隙流動研究與相關(guān)的流動控制技術(shù)進(jìn)行分類分析，綜合給出了各類壓氣機(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，由軸向熱膨脹引起的葉片-機(jī)匣間隙變化對渦輪內(nèi)部流場特性的影響規(guī)律。文獻(xiàn)針對往復(fù)式膨脹機(jī)進(jìn)行研究，分析了間隙流動、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應(yīng)的最優(yōu)噴嘴調(diào)速方法，揭示了渦輪氣動效率、流動損失及級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膨脹機(jī)氣動特性的影響規(guī)律。

　　在蓄熱(冷)換熱器傳蓄熱特性方面，文獻(xiàn)通過建立絕熱式壓縮空氣儲能熱力系統(tǒng)模型，分析了換熱器端差、空氣側(cè)壓降對系統(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)和蓄熱器長徑比對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)對絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)性能以及儲熱系統(tǒng)的影響規(guī)律。文獻(xiàn)引入高溫?zé)崮艽鎯ο到y(tǒng)對釋能壓縮空氣進(jìn)行加熱，以提升空氣渦輪機(jī)性能。文獻(xiàn)針對水下壓縮空氣儲能系統(tǒng)，分析比較了各類不同的蓄熱介質(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。

　　在儲氣室熱力學(xué)和氣密性等研究方面，文獻(xiàn)針對某封閉煤礦的四個采礦層，研究了地下壓縮空氣儲能系統(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)襯密封壓氣儲能儲氣庫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)分析了人工硐室儲氣庫穩(wěn)定性分析理論、內(nèi)襯硐室密封方案和熱力學(xué)過程分析方法等的優(yōu)缺點(diǎn)。文獻(xiàn)研究了儲氣庫結(jié)構(gòu)的彈塑性狀態(tài)，提出儲氣庫運(yùn)行壓力區(qū)間的確定方法并解釋其物理意義。文獻(xiàn)對鹽穴儲氣庫當(dāng)前建造技術(shù)進(jìn)行分析，提出鹽穴儲氣庫智能建造工藝技術(shù)框架及其具體內(nèi)容。文獻(xiàn)對低品位鹽巖含沉積物空間雙井水平穴室壓縮空氣儲能進(jìn)行綜合安全評價。

　　在壓縮空氣儲能系統(tǒng)與其他系統(tǒng)耦合研究方面，文獻(xiàn)開發(fā)了三種能源系統(tǒng)解決方案，能夠模擬典型的存儲操作過程充電，放電和存儲。文獻(xiàn)提出了將固體氧化物燃料電池與壓縮空氣儲能相結(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)空氣儲能系統(tǒng)。文獻(xiàn)提出了壓縮空氣耦合儲熱的混合動力系統(tǒng)，提高壓縮空氣發(fā)動機(jī)在輕型短程低速車輛上的適用性。

　　2.2　關(guān)鍵技術(shù)

　　2024年，我國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，中國科學(xué)院工程熱物理所基于“過程對應(yīng)-參數(shù)匹配”設(shè)計(jì)理論攻克了300 MW級系統(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)全三維氣動與多級變幾何聯(lián)合調(diào)控技術(shù)，發(fā)明了多型號寬工況組合式壓縮機(jī)和高負(fù)荷軸流式膨脹機(jī)并完成集成測試。蓄熱(冷)換熱器方面，通過級聯(lián)式多相變溫區(qū)匹配蓄熱、微尺度強(qiáng)化傳熱及陣列式動態(tài)調(diào)控技術(shù)的協(xié)同創(chuàng)新，構(gòu)建了壓縮空氣儲能系統(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，攻克了儲能-電力系統(tǒng)耦合控制技術(shù)，形成儲能系統(tǒng)并網(wǎng)及其動態(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、備用及黑啟動等場景中快速響應(yīng)。

　　2.3　集成示范

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

　　3 儲熱儲冷

　　儲熱儲冷技術(shù)是具有廣闊應(yīng)用場景的大規(guī)模儲能技術(shù)，具有成本低、效率高、規(guī)模大等特點(diǎn)。儲熱儲冷技術(shù)通常包括顯熱、潛熱、熱化學(xué)儲熱等三種技術(shù)。2024年，我國學(xué)者在儲熱儲冷領(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，其中儲熱儲冷材料、儲熱儲冷單元特性、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

　　在儲熱儲冷材料制備方面，文獻(xiàn)制備了一種新型納米碳化硅基復(fù)合碳酸鹽熱儲材料，通過添加納米碳化硅顯著提高了基礎(chǔ)材料的儲熱密度。文獻(xiàn)開發(fā)了基于鋼鐵高爐渣與無機(jī)鹽混合的復(fù)合相變材料，與純鋼鐵高爐渣儲熱單元進(jìn)行了對比，并研究了關(guān)鍵因素對復(fù)合相變儲熱單元儲熱和放熱過程的影響。文獻(xiàn)通過自然吸附法，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。針對熱化學(xué)儲熱技術(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)吸附儲能性能。

　　在儲熱單元傳熱特性方面，文獻(xiàn)研究了方形相變儲熱單元中翅片和金屬泡沫組合對儲熱和放熱過程的影響。文獻(xiàn)構(gòu)建了一個中溫圓柱形潛熱儲能系統(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間、功率、能量和效率等參數(shù)。文獻(xiàn)通過自建潛熱儲能系統(tǒng)，對純石蠟、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熱性能的影響。文獻(xiàn)研究了熱水置換系統(tǒng)中的相變儲熱過程，通過數(shù)值模擬分析了V形翅片、直翅片和環(huán)形翅片對儲熱單元內(nèi)部流速、液相和溫度變化的影響。文獻(xiàn)研究了振動場與熱源協(xié)同作用，分析了振動頻率和方向?qū)醾鬟f效率及溫度分布均勻性的影響。文獻(xiàn)針對相變材料熱能存儲系統(tǒng)中相變材料導(dǎo)熱性低的問題，研究了振蕩管束對熔化和固化過程的影響。

　　3.2　關(guān)鍵技術(shù)

　　在儲熱系統(tǒng)控制與優(yōu)化方面，文獻(xiàn)開展了高溫含水層熱能存儲技術(shù)的熱性能分析，通過實(shí)驗(yàn)開展加熱存儲和等溫存儲研究，實(shí)施不同停機(jī)時間方案以識別最優(yōu)方案。文獻(xiàn)以太陽能-火電-儲能一體化發(fā)電系統(tǒng)為研究對象，采用貝葉斯算法優(yōu)化長短期記憶神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，建立電力消費(fèi)側(cè)負(fù)荷需求預(yù)測模型，并基于燃煤電廠輸出特性提出穩(wěn)定其輸出波動的運(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能和熔鹽蓄熱兩種靈活性技術(shù)，分析了其對靈活性、能量效率、?效率和盈利能力的影響。文獻(xiàn)針對中深層地?zé)釤峤粨Q系統(tǒng)中天然恢復(fù)和人工儲熱單獨(dú)應(yīng)用的性能和效率問題，基于中深層同軸井式熱交換器的數(shù)值傳熱模型，分析不同組合對系統(tǒng)性能的影響。文獻(xiàn)提出了一種將太陽能熱能儲存在枯竭油氣藏中并同時封存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性能。文獻(xiàn)針對太陽能供熱系統(tǒng)與季節(jié)性熱能存儲結(jié)合的方案，構(gòu)建動態(tài)模擬平臺，通過實(shí)驗(yàn)和模擬分析不同運(yùn)行策略對系統(tǒng)性能的影響。

　　潛熱儲熱是當(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)針對潛熱儲能系統(tǒng)中相變材料供需不匹配及泄漏問題，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)提出了針對相變材料基季節(jié)性熱能存儲的綜合設(shè)計(jì)與運(yùn)行優(yōu)化框架，用于確定存儲規(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聯(lián)潛熱存儲技術(shù)的多能源系統(tǒng)，研究了壓縮機(jī)壓力比、總級數(shù)、級面積和管內(nèi)流體速度等因素對系統(tǒng)性能系數(shù)和總儲能效率的影響。文獻(xiàn)研究了級聯(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設(shè)備，使優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)固結(jié)時間減少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)開發(fā)了適用于冷鏈運(yùn)輸末端-18 ℃以下的冷能存儲箱，該冷能存儲箱對環(huán)境溫度變化具有較強(qiáng)適應(yīng)性。文獻(xiàn)通過引入雙溫冷熱能存儲技術(shù)來提高空氣分離裝置和液態(tài)空氣儲能(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)動有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電，同時進(jìn)行海水冷凍離心淡化，并將淡化冰作為蓄熱介質(zhì)儲存。

　　3.3　集成示范

　　在儲熱系統(tǒng)集成示范方面，山西建龍5 MW熔鹽儲能項(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，儲能容量100 MWh，額定產(chǎn)汽量為75噸/小時。華能德州電廠模塊化熔鹽儲能項(xiàng)目成功商運(yùn)，總儲熱量為180 MWh，可提升機(jī)組調(diào)峰能力30 MW。華能海門電廠“基于熔鹽儲熱的調(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，儲能容量120 MWh，額定產(chǎn)汽量90噸/小時。中核集團(tuán)熔鹽線性菲涅爾光熱儲能示范項(xiàng)目，在玉門100 MW光熱儲能工程機(jī)組順利并網(wǎng)發(fā)電，該項(xiàng)目配置8小時熔鹽儲熱系統(tǒng)。中國科學(xué)院工程熱物理研究所研制的20 MWh噴淋式填充床儲熱項(xiàng)目在華電山西朔州熱電廠建成投產(chǎn)。在儲冷系統(tǒng)集成示范方面，孚能科技動力電池生產(chǎn)基地高效機(jī)房水儲冷項(xiàng)目、廣東微容電子科技有限公司水儲冷中央空調(diào)改造項(xiàng)目等多個儲冷項(xiàng)目投運(yùn)投產(chǎn)。

　　4 飛輪儲能

　　飛輪儲能在短時高頻儲能領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。2024年，中國飛輪儲能技術(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)集中于提升飛輪儲能系統(tǒng)的可靠性、效率及壽命，同時注重多場景混合儲能協(xié)同控制，混合儲能系統(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，通過軸系動力學(xué)分析驗(yàn)證了剛體振型預(yù)測的準(zhǔn)確性。文獻(xiàn)對比了環(huán)氧樹脂-碳纖維、鈦合金、4340合金鋼飛輪轉(zhuǎn)子的儲能密度和儲能量，并分析了不同材質(zhì)的飛輪旋轉(zhuǎn)時的內(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，評估了內(nèi)部缺陷對轉(zhuǎn)子疲勞壽命的影響。文獻(xiàn)針對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)通過多物理場耦合建模仿真，分析了飛輪電機(jī)溫度場，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)提出基于級聯(lián)擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的自抗擾控制方法，顯著抑制了母線電壓波動;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)整合了一個基于平均共識算法的生命周期參數(shù)，使生命周期較長的飛輪承擔(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)合儲能、振動抑制、電機(jī)散熱及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)等方面。文獻(xiàn)通過鋰電池-飛輪聯(lián)合調(diào)頻方法，使系統(tǒng)頻率波動減少30.81%;文獻(xiàn)提出基于模型預(yù)測控制的功率分配策略，優(yōu)化了鋰電與飛輪儲能的協(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)械動作頻次減少，壽命延長。文獻(xiàn)提出了一種基于最優(yōu)變分模態(tài)分解的飛輪-電池混合儲能系統(tǒng)，該系統(tǒng)可為混合儲能配置和控制運(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)測控制，避免直流環(huán)節(jié)電容問題，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)振動響應(yīng)低于30 μm，減振比超90%。文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)兆瓦級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)了飛輪儲能用永磁電機(jī)的各種分類及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對比了多個飛輪儲能永磁電機(jī)案例中的主要參數(shù)，并分析了不同類型電機(jī)性能的優(yōu)劣。文獻(xiàn)提出了一種新型儲能飛輪系統(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)的容錯運(yùn)行。

　　4.3　集成示范

　　國內(nèi)學(xué)者和企業(yè)主要在電網(wǎng)調(diào)頻領(lǐng)域，開展了飛輪儲能的集成示范應(yīng)用。國內(nèi)首套具備物理轉(zhuǎn)動慣量支撐的構(gòu)網(wǎng)型飛輪儲能系統(tǒng)“國家電投構(gòu)網(wǎng)型陣列飛輪儲能示范項(xiàng)目”上電成功，主要驗(yàn)證慣量支撐、一次調(diào)頻和無功補(bǔ)償能力。國家能源蓬萊磁懸浮飛輪儲能示范項(xiàng)目將在山東省蓬萊市建設(shè)12 MW/3 MWh飛輪儲能工程示范項(xiàng)目，與330 MW火電機(jī)組聯(lián)合調(diào)頻。國內(nèi)首個兆瓦級飛輪混合儲能系統(tǒng)示范工程實(shí)現(xiàn)風(fēng)儲一次調(diào)頻。除了上述集成示范項(xiàng)目外，2024年還制定了《GB/T 44934—2024電力儲能用飛輪儲能單元技術(shù)規(guī)范》和《GB/T 44933—2024電力儲能用飛輪儲能系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》兩項(xiàng)國家標(biāo)準(zhǔn)，這將有利于飛輪儲能技術(shù)的規(guī)范化，從而推動集成示范及商業(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、電動自行車、汽車起動電源以及分布式儲能等領(lǐng)域繼續(xù)占據(jù)重要地位。鉛炭電池通過向鉛酸電池負(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，中國鉛蓄電池技術(shù)在政策支持和市場需求的雙重驅(qū)動下，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)開展了在稻殼活性炭(RHAC)上原位生長碳納米管(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具有分層多級孔結(jié)構(gòu)，可作為堅(jiān)固的導(dǎo)電骨架。文獻(xiàn)開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，無定形鉛抑制氧析出反應(yīng)(OER)并增強(qiáng)rGO對PAM的親和力。文獻(xiàn)開展了制備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)，通過失水實(shí)驗(yàn)開發(fā)出了明確的失水指標(biāo)，可用于有效識別和應(yīng)對電池失水問題。文獻(xiàn)研究了一種基于EIS評估變電站備用電源鉛酸電池健康狀態(tài)(SOH)的簡單有效的方法，模型誤差<2.7%。文獻(xiàn)研究了用于預(yù)測單個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)極板的析氫過電位，減少氣體析出，并降低電池循環(huán)過程中的失水量。針對極端環(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，提高了對析氫失水反應(yīng)的抑制效果，有助于延長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，通過抑制氫氣析出延長了電池壽命。

　　在數(shù)字化技術(shù)方面，通過集成先進(jìn)的BMS(電池管理系統(tǒng))，實(shí)現(xiàn)了電池狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)測和智能控制，使電池質(zhì)保期延長至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鉛炭儲能項(xiàng)目正式開工。國家電投壽光40 MW/80 MWh儲能項(xiàng)目結(jié)合磷酸鐵鋰與鉛炭電池并網(wǎng)運(yùn)行，該項(xiàng)目為新能源配建儲能轉(zhuǎn)為獨(dú)立儲能項(xiàng)目，探索了混合儲能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性與可靠性。昆工科技0.5 MW/2 MWh鋁基鉛炭儲能系統(tǒng)成功并網(wǎng)，該系統(tǒng)采用創(chuàng)新材料和技術(shù)，展現(xiàn)了光儲一體化的高效性。此外，兩個鉛炭電池生產(chǎn)基地開始建設(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kVAh鉛炭電池產(chǎn)能，二期、三期規(guī)劃總產(chǎn)能達(dá)8500萬kVAh。昆工恒達(dá)儲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kVAh長時儲能專用電池。

　　6 鋰離子電池

　　鋰離子電池是目前發(fā)展最快的新型儲能技術(shù)。2024年中國鋰電池儲能技術(shù)以大容量、高安全、低成本為主線，推動基礎(chǔ)研究、規(guī)模應(yīng)用與多元化突破的協(xié)同發(fā)展;磷酸鐵鋰電池是儲能鋰電池的主流技術(shù)路線，500 Ah以上大儲能電芯是當(dāng)前的重要發(fā)展方向;同時，固態(tài)鋰電池儲能的研究與應(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)研究了通過陶瓷工藝將化學(xué)短程無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，通過硫和硅酸鋰協(xié)同反應(yīng)機(jī)制在電池循環(huán)過程中持續(xù)提供活性鋰，顯著提高了儲能電池的循環(huán)壽命。

　　在負(fù)極材料方面，文獻(xiàn)開展了通過局部還原技術(shù)，以蒙脫石合成了微米級單體層狀硅負(fù)極材料的研究，可有效緩沖充放電過程中硅負(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)動型電解液添加劑概念，通過添加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，使金屬鋰電池在3000次循環(huán)后容量保持率超過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)，能夠在不犧牲伸長率和力學(xué)性能基礎(chǔ)上支持添加70%以上LATP無機(jī)填料，并在140 ℃恒溫1 h無明顯熱收縮。

　　同時，我國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)，儲能鋰電池正式向500 Ah+大容量時代邁進(jìn)，寧德時代針對海外市場、長壽命和高能量密度應(yīng)用場景，推出三款容量在500 Ah以上的儲能電芯;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4 h以上儲能需求定制化開發(fā)出564 Ah電芯，可實(shí)現(xiàn)10000次超長循環(huán)壽命和25～30年日歷壽命;陽光電源發(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儲能專用電芯，能量密度達(dá)440 Wh/L;海辰儲能推出了587 Ah和1175 Ah儲能專用電芯等。同時，為匹配長薄化的大容量電芯，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滲透，組串式+交直流一體儲能系統(tǒng)加速發(fā)展，電池?zé)峁芾沓蔀樘嵘齼δ芟到y(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，寧德時代、海辰儲能、力神電池等紛紛推出集成液冷系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化儲能柜。

　　傳感技術(shù)成為推動鋰電池儲能高質(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)時監(jiān)測單體電池差異，實(shí)現(xiàn)故障模塊自動切換，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)用場景創(chuàng)新方面均取得顯著進(jìn)展。國內(nèi)單體規(guī)模最大的電化學(xué)儲能電站——內(nèi)蒙古磴口儲能項(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。廣東陽西電廠儲能調(diào)頻項(xiàng)目建成為亞洲最大火電-儲能聯(lián)合調(diào)頻工程，磷酸鐵鋰裝機(jī)容量達(dá)105? MW/112? MWh。華能海南州共享儲能項(xiàng)目位于青海省海南州海拔3000米，是國內(nèi)最大的高壓直掛儲能電站，總裝機(jī)規(guī)模150? MW/600? MWh，推動了高原地區(qū)儲能技術(shù)的示范應(yīng)用。江蘇三峽濱海儲能項(xiàng)目全容量并網(wǎng)投運(yùn)，為國內(nèi)規(guī)模最大的組串式儲能電站，總裝機(jī)容量為200 MW/400 MWh。新疆克州建成國內(nèi)規(guī)模最大的構(gòu)網(wǎng)型獨(dú)立儲能電站，總裝機(jī)容量達(dá)300? MW/1200 ?MWh。全球首個電網(wǎng)側(cè)大規(guī)模固態(tài)電池儲能電站——浙江龍泉磷酸鐵鋰儲能示范項(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。百兆瓦時級固態(tài)電池儲能示范項(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、長時儲能技術(shù)領(lǐng)域，具有廣泛的應(yīng)用前景。2024年，我國在基礎(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)了全球首次新型儲能黑啟動城市電網(wǎng)大容量火電機(jī)組實(shí)驗(yàn)，多個GW級生產(chǎn)基地上馬，產(chǎn)業(yè)迎來高速增長。

　　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)移過程，實(shí)現(xiàn)了1200 Wh Lcatholyte-1的高能量密度。文獻(xiàn)開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)沒有明顯的容量衰減。同時，成功合成了公斤級分子，組裝測試了中試規(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，降低電對的反應(yīng)勢壘，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+氧化還原電對的反應(yīng)動力學(xué)。

　　在離子傳導(dǎo)膜方面，文獻(xiàn)開展了通過簡單高效的原位聚合法，制備由仲胺鍵連接的自支撐共價有機(jī)聚合物膜的研究。該自支撐膜的無序網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使其具有亞納米級孔徑的超微孔通道，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，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)研究了將價態(tài)發(fā)生偏移的液流電池電解液用作燃料電池陽極反應(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，中國科學(xué)院過程工程研究所成功開發(fā)出萃取法短流程技術(shù)。近些年，五氧化二釩價格一直在平穩(wěn)下降，這有助于全釩液流電池電解液降本，從而提升儲能項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性。2024年釩電解液產(chǎn)量突破10萬m3，產(chǎn)能持續(xù)增長至20萬m3，規(guī)模效應(yīng)逐步釋放。

　　在隔膜方面，2024年隔膜領(lǐng)域的國產(chǎn)替代在加速進(jìn)行中。蘇州科潤目前全氟磺酸膜產(chǎn)能達(dá)100萬m2。東岳未來氫能與國潤儲能分別于2024年開展擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃。具有成本優(yōu)勢的非氟膜產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程也取得了顯著進(jìn)展。中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所團(tuán)隊(duì)通過在非氟膜內(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)，并在開封時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，我國成功交付/投運(yùn)液流電池儲能項(xiàng)目35個，總裝機(jī)規(guī)模超過為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，全釩液流電池儲能項(xiàng)目有31個，占比約86.1%。嚴(yán)寒地區(qū)全國首套100 MW/400 MWh吉林松原乾安中卉玉字共享儲能電站成功并網(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能技術(shù)的重要支撐，因其資源稟賦優(yōu)勢與獨(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)動產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。在長壽命正極材料開發(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、聚陰離子類和普魯士藍(lán)類等三大技術(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。通過優(yōu)化陽離子競爭系數(shù)、提高顆粒尺寸以及采用高電位氧化還原對的設(shè)計(jì)，顯著提高了該類材料的穩(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，針對過渡金屬的遷移問題，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，通過調(diào)節(jié)層狀框架的結(jié)構(gòu)，阻礙了過渡金屬離子的遷移，并有效提高了材料的循環(huán)穩(wěn)定性。文獻(xiàn)開發(fā)了雙陰離子基鈉超離子導(dǎo)體(Na2O2-MCl?，M=Hf、Zr、Ta)，通過引入氧離子(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)類材料的研究也取得了一定的突破，文獻(xiàn)提出通過高熵策略優(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，鈉離子的遷移動力學(xué)不足導(dǎo)致了“偽死鈉”的形成，進(jìn)而影響了庫侖效率。通過金屬單原子修飾，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侖效率和倍率性能。此外，文獻(xiàn)通過分子級調(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，超過了傳統(tǒng)石墨的儲鋰容量。

　　在固體電解質(zhì)方面，文獻(xiàn)提出的無負(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，吸引了越來越多的關(guān)注，但仍需提高比容量。普魯士藍(lán)類正極材料的產(chǎn)業(yè)化推廣相對較慢，仍需重點(diǎn)關(guān)注其在規(guī)模化制備過程中結(jié)晶水的控制;另外，普魯士藍(lán)類正極材料較低的壓實(shí)密度、開放骨架造成的嚴(yán)重副反應(yīng)帶來的循環(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、電動汽車等高倍率場景，具備高安全性、長壽命及低溫升特點(diǎn)。海辰儲能發(fā)布專為電力儲能設(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)合中科海鈉和中國科學(xué)院物理研究所推出了10 MWh鈉離子電池儲能系統(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。江淮汽車正式向用戶交付了全球首款鈉電池車，該車搭載中科海鈉的32140鈉離子圓柱電芯，標(biāo)志著鈉離子電池在汽車行業(yè)的首次應(yīng)用。

　　9 超級電容器

　　2024年，我國超級電容器領(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)用等多個方面取得了突破性進(jìn)展。通過新型電極材料、高性能電解液和界面工程的優(yōu)化，超級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)用場景也不斷拓展。

　　9.1　基礎(chǔ)研究

　　在電極材料方面，多個科研團(tuán)隊(duì)提出了創(chuàng)新的材料設(shè)計(jì)。文獻(xiàn)通過設(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，經(jīng)過5000次循環(huán)后仍保持72.5%的容量。文獻(xiàn)通過構(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)開發(fā)的微型超級電容器模塊，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個微單元的精準(zhǔn)封裝。該模塊在190 V高壓下經(jīng)過9000次循環(huán)無性能衰減，并可與無線充電系統(tǒng)無縫集成。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)電性的同時抑制了層間堆疊，使得非對稱超級電容器具有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)開發(fā)了分級多孔碳材料，并通過精準(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)開發(fā)了濕氣驅(qū)動自充電超級電容器，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能力。文獻(xiàn)提出了一種解耦電解質(zhì)策略，通過抑制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)通過硬模板法擴(kuò)展MXene層間距，原位生長NiCo-MOF并形成氧空位，顯著提升了電導(dǎo)性。該混合超級電容器能量密度為40.23 Wh/kg，經(jīng)過10000次循環(huán)后容量保持率為84.4%。文獻(xiàn)開發(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Cu-MOF并結(jié)合NiCoP電沉積，解決了MOF導(dǎo)電性差的問題。該混合超級電容器能量密度達(dá)58.2 Wh/kg，經(jīng)過1萬次循環(huán)容量保持率超過80%。文獻(xiàn)設(shè)計(jì)了NiCo-LDH@MnCo-LDH核-殼異質(zhì)結(jié)構(gòu)，通過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)采用陽極氧化與化學(xué)氣相沉積相結(jié)合的方法，開發(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，中國在超級電容器儲能技術(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超級電容+15 MW鋰電池混合儲能調(diào)頻系統(tǒng)”正式投入運(yùn)行，該系統(tǒng)通過分層控制策略，實(shí)現(xiàn)秒級指令由超級電容獨(dú)立承擔(dān)，分鐘級指令由“超級電容+鋰電池”輔助補(bǔ)充，標(biāo)志著超級電容器在火電調(diào)頻中的應(yīng)用達(dá)到了國際水平。此外，思源清能開發(fā)的“超容+鋰電”混合儲能系統(tǒng)提升了電網(wǎng)的穩(wěn)定性和新能源消納能力。

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

　　在微型電子設(shè)備方面，中國科學(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電容器儲能模塊，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)能夠與無線充電系統(tǒng)無縫集成，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)新性的儲能方案。

　　2024年，超級電容器儲能項(xiàng)目增速明顯。大唐魯北公司的4 MW/30 s超級電容+5 MW/5 MWh磷酸鐵鋰電池混合儲能投入運(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。多個儲能項(xiàng)目也在招標(biāo)中，包括嘉峪關(guān)500 MW/1000 MWh獨(dú)立儲能項(xiàng)目、海南大唐文昌100 MW/200 MWh新型儲能示范項(xiàng)目等，這些項(xiàng)目采用了超級電容和鋰電池的混合儲能方案，推動了超級電容技術(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)型的新型儲能技術(shù)，憑借其獨(dú)特的工作原理和性能優(yōu)勢，逐漸成為高效、安全、低成本儲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、長壽命、高安全性和較高的回收價值。隨著液態(tài)金屬電池研究的深入，2024年度，我國在材料、器件、系統(tǒng)等多個層面開展了廣泛而深入的探索，取得了顯著進(jìn)展。在材料方面，國內(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)通過智能算法預(yù)測了所有潛在的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800圈的循環(huán)后，電池仍具有97%的容量保持率。文獻(xiàn)開發(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)異的儲能性能。而文獻(xiàn)則開發(fā)了具有類似反應(yīng)機(jī)理的高比能Sb-Cd電極，進(jìn)一步推動了液態(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)提出通過外部磁場或外部熱環(huán)境來降低電池放電過程中的濃差極化，從而提升電池的放電電壓。文獻(xiàn)通過外加磁場實(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，研究者們在大容量電池構(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)開發(fā)了一種基于多個Buck-Boost電路的兩層雙向主動均衡拓?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、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估提供了理論依據(jù)。文獻(xiàn)針對液態(tài)金屬電池低電壓、大容量的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種主被動均衡相結(jié)合的復(fù)合均衡方案，通過電阻式被動均衡電路實(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　熱泵儲電

　　熱泵儲電技術(shù)，又稱卡諾電池，是基于正逆向熱力學(xué)循環(huán)原理，通過熱泵和熱機(jī)的雙向高效轉(zhuǎn)化，將電能轉(zhuǎn)化為熱能進(jìn)行儲存的新型長時儲能技術(shù)。該技術(shù)具有高能量密度、低成本以及長壽命的優(yōu)勢，是新型儲能技術(shù)研究的熱點(diǎn)之一。隨著我國在熱泵儲電領(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)研究了采用級聯(lián)充電和混合儲熱的新型朗肯循環(huán)熱泵儲電系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)寬溫域下的熱量協(xié)調(diào)和高密度儲電。文獻(xiàn)研究了基于相變儲熱的熱電儲電系統(tǒng)，通過數(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)開展了基于布雷頓循環(huán)和朗肯循環(huán)的CO2熱泵儲電系統(tǒng)的多工況設(shè)計(jì)優(yōu)化，兩類系統(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)配置及適用場景。文獻(xiàn)研究了基于熱化學(xué)儲能的熱泵儲電系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過甲醇分解反應(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)儲能的熱泵儲電系統(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)動發(fā)電，研究發(fā)現(xiàn)壓比、反應(yīng)溫度、儲存溫度等參數(shù)對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存技術(shù)相結(jié)合，研究了基于相變儲熱的先進(jìn)高溫?zé)岜脙δ軉卧⒔⒘硕S瞬態(tài)模型，從傳熱流體和儲能介質(zhì)之間溫度變化、累積儲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)引入級聯(lián)潛熱儲能(CLHS)技術(shù)，重點(diǎn)分析了管內(nèi)流速、總級數(shù)及級面積等因素的影響，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)熱泵儲電系統(tǒng)，通過優(yōu)化工質(zhì)配比可顯著優(yōu)化系統(tǒng)性能，且增大儲能容量可有效降低全壽命周期成本(LCOS)。文獻(xiàn)通過比較組合策略、改變儲能溫度和設(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。針對集成太陽能的熱泵儲電系統(tǒng)，文獻(xiàn)研究了五種不同的有機(jī)循環(huán)工質(zhì)對往返效率、平準(zhǔn)化儲能成本和環(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)組合展開熱力學(xué)-經(jīng)濟(jì)性聯(lián)合分析。

　　在動態(tài)特性與控制策略方面，文獻(xiàn)針對基于亞臨界有機(jī)朗肯循環(huán)的熱泵儲電系統(tǒng)，開展了80 ℃和90 ℃熱源工況下的充/放電全周期動態(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)隨時間變化受儲/釋熱過程的非穩(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)熱泵儲電系統(tǒng)的動態(tài)仿真物理模型，重點(diǎn)分析了系統(tǒng)儲/釋能階段啟動過程中主要特性參數(shù)的動態(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能發(fā)電系統(tǒng)的混合朗肯-布雷頓循環(huán)熱泵儲電集成系統(tǒng)，可有效提高聚光太陽能發(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電系統(tǒng)，通過有機(jī)蒸汽驅(qū)動冷、熱、電三聯(lián)供，優(yōu)化了熱能的梯級利用。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/熱能耦合的熱泵儲電集成系統(tǒng)，采用結(jié)合需求側(cè)管理的動態(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年我國在熱泵儲電技術(shù)領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)平臺和關(guān)鍵技術(shù)方面取得較大進(jìn)展。國家電力投資集團(tuán)研制的MW級熱泵儲能中試項(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2 MW、600 ℃的特高溫?zé)岜脙δ荜P(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證平臺，壓縮機(jī)出口溫度達(dá)595 ℃，熔鹽儲熱溫度達(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能卡諾電池項(xiàng)目在山東肥城開工建設(shè)。

　　10.3　重力儲能

　　重力儲能具有選址靈活、環(huán)境友好、自放電率低、儲能量大、循環(huán)壽命長、放電深度高、響應(yīng)快、效率高等優(yōu)點(diǎn)，2024年我國學(xué)者在重力儲能基礎(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，中國科學(xué)院電工研究所提出了一種考慮機(jī)電耦合振動的重力儲能系統(tǒng)建模方法，并利用7.5 kW垂直式重力儲能系統(tǒng)樣機(jī)對系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率進(jìn)行了測試。文獻(xiàn)研究了一套面向重力儲能選型與應(yīng)用的評價方法，從外部與內(nèi)部兩個層面，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)的綜合評價與量化分析。文獻(xiàn)研究了通過在斜坡兩側(cè)增加輔助堆場并將斜坡分為兩段，通過控制頂部堆場重物塊釋放數(shù)量、斜坡堆場釋放高度以及斜坡堆場重物塊抓取位置，實(shí)現(xiàn)了重力儲能系統(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)開展了采用斜軌式重力儲能通過背靠背雙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能系統(tǒng)控制策略的基礎(chǔ)上，完成斜坡式重力儲能系統(tǒng)試驗(yàn)平臺的工程建設(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斜坡式重力儲能的功率特性分析、安全性評估和機(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電容組成的混合儲能系統(tǒng)。以儲能系統(tǒng)投資成本最低和風(fēng)電場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)電場收益率最高的混合儲能系統(tǒng)容量配置方案。文獻(xiàn)研究了重力儲能的充放電模型，并在此基礎(chǔ)上提出一種應(yīng)用蓄電池與重力儲能相結(jié)合的混合儲能模型，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)化算法對模型進(jìn)行配置尋優(yōu)，得出混合儲能最優(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)對垂直式重力儲能系統(tǒng)垂直提升、水平轉(zhuǎn)移和自動接駁機(jī)械傳動技術(shù)，以及發(fā)電電動機(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)針對重力儲能系統(tǒng)因離散質(zhì)量塊切換引起的輸出功率波動問題，提出了一種基于瞬時功率鏡像補(bǔ)償?shù)墓β势交刂撇呗浴Ｎ墨I(xiàn)針對主動配電網(wǎng)的運(yùn)行優(yōu)化與效益評估，提出了基于重力塔型重力儲能和需求響應(yīng)的主動配電網(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鏈的重力儲能樣機(jī)和基于卷揚(yáng)提升機(jī)和纜繩軌道的斜坡重力儲能樣機(jī)。

　　電動發(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)行特性來協(xié)調(diào)直流母線電壓，隨后經(jīng)過網(wǎng)側(cè)變流器進(jìn)行功率控制，從而實(shí)現(xiàn)重力儲能系統(tǒng)的并網(wǎng)。文獻(xiàn)對廢棄礦井重力儲能系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及功率調(diào)控展開研究，指出該系統(tǒng)在一定程度上能夠提升儲能和發(fā)電容量，有效參與電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻，減少風(fēng)能、太陽能等新能源棄風(fēng)、棄光現(xiàn)象。

　　2024年，重力儲能系統(tǒng)在集成示范方面也取得了重要進(jìn)展。中國天楹如東26 MW/100 MWh重力儲能主體工程完成首套充放電單元測試;中國能建華北院在張家口啟動基于豎井(1000米高差)的50 MW/300 MWh級豎井式重力儲能示范項(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)模儲能和應(yīng)急電源系統(tǒng)中的廣闊應(yīng)用前景。2024年，我國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)，同時在鋅陽極表面形成了致密的缺水ZHS層，防止了鋅枝晶的生長，并穩(wěn)定了電極與電解質(zhì)之間的界面。該電解質(zhì)在4000小時的長時間循環(huán)中，鋅陽極表面保持平整，未發(fā)生鋅枝晶生長，展示了良好的循環(huán)穩(wěn)定性。文獻(xiàn)通過自相分離電解液(SPSE)技術(shù)，能夠通過引入疏水含氟溶劑抑制鋅負(fù)極的氫氣析出和枝晶生長，同時調(diào)節(jié)鋅離子在陽極的沉積，形成保護(hù)性固體電解質(zhì)界面(SEI)。使用SPSE電解液的Zn|Zn對稱電池表現(xiàn)出2500小時的穩(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)層的鋅陽極在1.0 mA/cm2、1.0 mAh/cm2下循環(huán)4200小時，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。通過此方法，Zn||Zn對稱電池在0.5 mA/cm2條件下能夠循環(huán)4400小時，同時Zn||MnOOH全電池的容量保持率在720小時后仍然達(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)，并在電場作用下發(fā)生定向運(yùn)動和可逆破乳，從而增強(qiáng)陽極脫溶劑化動力學(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/剝離庫侖效率，并在Zn||V10O24·12H2O電池中保持較長的壽命，幾乎沒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。Zn//Zn對稱電池在-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3970小時。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，還推動了其在儲能領(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，近年來在儲能領(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)勢在于鉀資源豐富且價格低廉，特別適用于大規(guī)模儲能系統(tǒng)。2024年，中國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)致其在充放電過程中會發(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)通過將鋅離子引入到層狀過渡金屬氧化物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。為了解決這個問題，文獻(xiàn)通過在層狀正極表面包覆一層超薄的鉀富尖晶石相，來提高其空氣穩(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。為了解決這一問題，文獻(xiàn)通過將金屬有機(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題，顯著提高電池的倍率性能。經(jīng)過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/去鉀化過程中，會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，通過這種復(fù)合結(jié)構(gòu)，紅磷在充放電過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)作用等多個因素。普魯士藍(lán)及其類似物因其開放的三維骨架結(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，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)通過與安徽國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車用鉀離子電池模組“鉀能壹號”。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)出良好的市場前景。目前，該電池已經(jīng)在雅迪、綠佳等品牌電動自行車上進(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，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)用于電動兩輪車、叉車以及分布式儲能等領(lǐng)域，成為鋰離子電池儲能體系的重要補(bǔ)充。

　　10.6　AI for 儲能

　　人工智能(AI)技術(shù)正深刻重塑儲能產(chǎn)業(yè)的技術(shù)范式，加速儲能產(chǎn)品開發(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AI從輔助工具演變?yōu)閮δ芗夹g(shù)創(chuàng)新的核心驅(qū)動力，為實(shí)現(xiàn)“低成本、高安全、長壽命”的下一代儲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)及集成示范四個階段，AI在不同儲能技術(shù)中取得重要進(jìn)展。

　　在設(shè)計(jì)分析方面，AI在儲能系統(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)測與結(jié)構(gòu)優(yōu)化的效率。在物理儲能方面，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)測壓縮空氣儲能鹽穴幾何形態(tài)，測試集平均誤差僅1.6米。文獻(xiàn)研究了通過機(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)流場預(yù)測，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)化飛輪儲能的損耗模型。在電化學(xué)儲能方面，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)開發(fā)。文獻(xiàn)結(jié)合高通量計(jì)算與機(jī)器學(xué)習(xí)勢能函數(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。

　　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)測空氣馬達(dá)性能，優(yōu)化低耗氣率工況。在電化學(xué)儲能方面，文獻(xiàn)研究了鋰電制造大數(shù)據(jù)分析，指出AI可優(yōu)化工藝并檢測缺陷。文獻(xiàn)研究了智能數(shù)據(jù)分析平臺，實(shí)現(xiàn)電池一致性評價與壽命預(yù)測。文獻(xiàn)研究了跨域泛化深度學(xué)習(xí)方法，提升極片缺陷檢測魯棒性。文獻(xiàn)研究了結(jié)合多物理場模擬與機(jī)器學(xué)習(xí)優(yōu)化液流電池設(shè)計(jì)，并開發(fā)大語言模型輔助文獻(xiàn)分析。

　　在運(yùn)行維護(hù)方面，AI賦能儲能系統(tǒng)智能運(yùn)維，提升故障診斷與壽命預(yù)測能力。文獻(xiàn)研究了融合智能算法與LSTM模型，抽水蓄能壓力脈動預(yù)測誤差降低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)測壓縮空氣儲能的管柱沖蝕率，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)測誤差僅0.87%。文獻(xiàn)研究了雙流視覺Transformer模型，實(shí)現(xiàn)超級電容器壽命高精度預(yù)測。

　　在集成示范方面，AI大模型在儲能示范項(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)時處理42萬監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)，智能化水平提升30%。中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所發(fā)布“電池數(shù)字大腦2.0”，提升儲能電站穩(wěn)定性。螞蟻數(shù)科推出EnergyTS大模型，新能源預(yù)測性能較谷歌、亞馬遜提升22%～62%。

　　11　系統(tǒng)集成技術(shù)

　　規(guī)模化儲能正高速發(fā)展，儲能系統(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能容量的主流，部分產(chǎn)品甚至突破至8 MWh。當(dāng)前儲能集成技術(shù)的研發(fā)重點(diǎn)集中于提高儲能系統(tǒng)的安全性以及并網(wǎng)友好性等方面。鑒于電化學(xué)儲能的技術(shù)復(fù)雜性，本文聚焦于電化學(xué)儲能系統(tǒng)的集成技術(shù)，其他儲能形式的集成技術(shù)本文暫不評述。

　　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低壓模塊，每個模塊配備獨(dú)立的DC/AC模塊，通過模塊級聯(lián)形成高壓輸出，直接接入電網(wǎng)，無需升壓變壓器，系統(tǒng)損耗小，同時并離網(wǎng)切換時間短。目前，構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)主要用于集中式、級聯(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)與振蕩等動態(tài)特性，限流保護(hù)和暫態(tài)電流支撐等問題，且其控制策略相對復(fù)雜，成本較高。

　　在電池管理方面，儲能電池管理系統(tǒng)(BMS)核心功能主要包括電池狀態(tài)監(jiān)測、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(如壓力等)提高估計(jì)精度，同時應(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)電池不一致性主動管理，并通過采用“電-熱-力”多維傳感及EIS在線監(jiān)測技術(shù)，是當(dāng)前BMS主動均衡技術(shù)的主要研究方向。

　　在系統(tǒng)能量管理及安全運(yùn)維方面，針對源、網(wǎng)、荷各側(cè)儲能的控制要求，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，面向儲能領(lǐng)域的能量管理系統(tǒng)(EMS)秒級存儲技術(shù)得到發(fā)展。近年來，全站級數(shù)據(jù)接入與分析、毫秒級調(diào)度響應(yīng)能力、電站設(shè)備安全高級應(yīng)用對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，儲能電站EMS系統(tǒng)的智能化趨勢正在不斷深化，發(fā)展出基于機(jī)器學(xué)習(xí)對系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行自我診斷與預(yù)測等技術(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，新型儲能系統(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，儲能電池系統(tǒng)主要通過BMS采集電池外部電壓、電流、溫度等數(shù)據(jù)，完成儲能電池的健康與安全管理，無法實(shí)現(xiàn)對電池內(nèi)部狀態(tài)的精密測量，儲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)對鋰電池?zé)崾Э厝^程的精準(zhǔn)分析與早期預(yù)警，未來需解決由于光纖傳感器植入引起的電池結(jié)構(gòu)損壞、信號處理困難等問題。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)了對電池內(nèi)部信號采集，未來需進(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、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，近年來受到國內(nèi)外眾多研究機(jī)構(gòu)及設(shè)備廠家的關(guān)注。華潤電力等單位研制了全球首個100 MWh級智能組串式構(gòu)網(wǎng)型儲能系統(tǒng)，并完成投運(yùn)以及性能測試，成功解決了大規(guī)模構(gòu)網(wǎng)型儲能電站的多機(jī)并聯(lián)在電網(wǎng)擾動下的穩(wěn)定性難題。南瑞開發(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)型儲能一體化裝備，并應(yīng)用于內(nèi)蒙古額濟(jì)納“源網(wǎng)荷儲”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、長周期離網(wǎng)運(yùn)行等能力，成功構(gòu)建了以構(gòu)網(wǎng)型儲能為核心技術(shù)的多能互補(bǔ)、源荷互動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的儲能集成示范應(yīng)用熱點(diǎn)。由南網(wǎng)儲能投資建設(shè)，裝機(jī)容量為200 MW/400 MWh文山丘北獨(dú)立儲能項(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，是建成時全國最大的構(gòu)網(wǎng)型鋰+鈉混合技術(shù)路線電池儲能電站，可有效提高區(qū)域電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，為儲能行業(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高壓直掛儲能技術(shù)，具有系統(tǒng)電壓等級高、單機(jī)容量大、交直流并聯(lián)數(shù)量少、通信層級少等特點(diǎn)，是建成時全球海拔最高、規(guī)模最大的高壓直掛儲能電站，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，我國電化學(xué)儲能產(chǎn)業(yè)迎來爆發(fā)式增長，隨著儲能系統(tǒng)向高能量密度、大規(guī)模集成方向發(fā)展，儲能電池?zé)崾Э匾l(fā)的安全事故頻發(fā)，這使得儲能系統(tǒng)消防安全技術(shù)的重要性愈發(fā)凸顯。2024年，我國在儲能電池?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型對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)針對電池?zé)崾Э剡^程中的多相射流特性，研究了基于動量守恒的電池?zé)崾Э囟嘞嗌淞鲄?shù)測量新方法，測量了熱失控時射流的速度、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)散流場針對熱失控氣體擴(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，探測器響應(yīng)更早。研究可為儲能電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)和氣體探測提供指導(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估方法，發(fā)現(xiàn)當(dāng)荷電狀態(tài)約為45%時，熱失控傳播的不確定性最為顯著;此外，隨著儲能用磷酸鐵鋰電池容量的增大，電池內(nèi)部一般由多個卷芯組成，文獻(xiàn)通過細(xì)化的熱失控仿真模型研究了280 Ah磷酸鐵鋰電池內(nèi)部熱失控傳播過程，分析了卷芯個數(shù)對電池?zé)崾Э匦袨榈挠绊懀l(fā)現(xiàn)電池卷芯數(shù)增加會促進(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)的被動散熱方面，針對傳統(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谥鲃由峒夹g(shù)方面，文獻(xiàn)研究了動態(tài)浸沒式液冷技術(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)的通過電壓、溫度等信號預(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)測的鋰離子電池?zé)崾Э仡A(yù)警方法，通過使用智能EIS監(jiān)測芯片提取電池內(nèi)部電化學(xué)信號實(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)注新型滅火劑開發(fā)以及協(xié)同滅火策略。在新型滅火劑開發(fā)方面，文獻(xiàn)研究了新型F-500微胞囊滅火劑對鋰離子電池火災(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，縮短儲能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)回收周期。陽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)儲能熱管理技術(shù)發(fā)展。

　　在鈉離子電池儲能方面，2024年5月，我國首個十兆瓦時大容量鈉離子電池儲能電站——伏林鈉離子電池儲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)，在提高儲能系統(tǒng)安全性的同時，系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換效率也得到了大幅提升。項(xiàng)目組運(yùn)用了新的儲能變流溫控技術(shù)和液氮滅火技術(shù)，讓該鈉離子電池儲能系統(tǒng)能夠在實(shí)現(xiàn)能量整體轉(zhuǎn)換效率超過92%的同時，22000多個電池溫差不超過3 ℃，轉(zhuǎn)換效率、安全性等多項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)優(yōu)于同類鋰離子電池儲能系統(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，以“Energy Storage”為主題詞統(tǒng)計(jì)的2024年度中國機(jī)構(gòu)和學(xué)者關(guān)于儲能技術(shù)發(fā)表的SCI論文數(shù)。2024年度中國機(jī)構(gòu)和學(xué)者共發(fā)表SCI論文數(shù)20025篇。其中儲熱技術(shù)、鋰離子電池技術(shù)、超級電容器、鈉離子電池技術(shù)的SCI論文數(shù)均超過1000篇，為當(dāng)前我國儲能領(lǐng)域基礎(chǔ)研究的熱門技術(shù)方向。

　　圖1 2024年中國主要儲能技術(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，以“Energy Storage”為主題詞統(tǒng)計(jì)的2024年度世界主要國家關(guān)于儲能技術(shù)發(fā)表的SCI論文數(shù)。2024年全世界共發(fā)表儲能技術(shù)相關(guān)SCI論文數(shù)40878篇。其中，中國、印度、美國、韓國、沙特、德國、英國、澳大利亞、意大利、伊朗10個國家發(fā)表SCI論文數(shù)超過1000篇。與2023年相比，排名前五的國家位次沒有變化，排名前十的國家位次有所變化，意大利的排名超過伊朗躋身第九位。2024年度中國機(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%。世界儲能技術(shù)基礎(chǔ)研究較2023年更加活躍，中國仍然是全球儲能技術(shù)研究最為活躍的國家。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、儲熱、飛輪、鋰離子電池、超級電容、鈉離子電池、鉛電池、液態(tài)金屬、液流電池，中國機(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年世界主要國家儲能技術(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，以“Energy Storage”為主題詞統(tǒng)計(jì)的2014—2024年世界主要國家關(guān)于儲能技術(shù)發(fā)表的SCI論文數(shù)。其中中國、美國、印度、韓國、德國、英國、澳大利亞、意大利、加拿大、西班牙、伊朗、日本、法國、沙特位列前14位。相較于2023年，中國、印度和沙特2024年度發(fā)表SCI論文數(shù)有明顯增加，美國、韓國、英國、德國和意大利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、美國、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)的排名對比2014—2024年累計(jì)發(fā)表論文數(shù)排名上升的國家有印度、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)庫本身更新的原因，但總體趨勢是一致的。

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

　　從發(fā)展趨勢上看，自2014年以來，所有14個國家發(fā)表的儲能相關(guān)SCI論文數(shù)均呈現(xiàn)總體增加趨勢。中國自2014年以來儲能相關(guān)SCI論文數(shù)增加最為迅猛，且明顯領(lǐng)先其他國家。美國發(fā)表SCI論文數(shù)總體平穩(wěn)，印度于2023年超過美國成為當(dāng)年發(fā)表SCI論文數(shù)第二的國家。整體上看14個國家可分為三類：一類是西方發(fā)達(dá)國家，包括美國、德國、英國、澳大利亞、意大利、日本、法國、加拿大和西班牙，它們的儲能相關(guān)SCI論文數(shù)基本保持穩(wěn)定;另一類是新興國家，包括中國、印度、韓國、沙特和伊朗，它們的儲能相關(guān)SCI論文數(shù)一直在增長，并繼續(xù)保持上升趨勢;其中中國從2014年以來，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，以“Energy Storage”為主題詞統(tǒng)計(jì)的2014—2024年世界主要國家關(guān)于儲能技術(shù)與中國合作發(fā)表的SCI論文數(shù)。其中美國、澳大利亞、英國、新加坡、德國、日本、加拿大、巴基斯坦、韓國、沙特、印度、丹麥位列前12位。2024年當(dāng)年的情況，有十個國家與中國合作發(fā)表SCI論文數(shù)超過200篇，它們分別是美國、英國、澳大利亞、沙特、巴基斯坦、新加坡、韓國、加拿大、德國和日本。美國是與中國合作發(fā)表SCI論文數(shù)最多的國家，2019年合作發(fā)表論文數(shù)達(dá)到高峰超過1000篇，之后有所下降，2023年降低到740篇，2024年有所回升。2024年與中國合作發(fā)表SCI論文數(shù)占各自國家論文總數(shù)比例較高的五個國家分別為澳大利亞、英國、美國、沙特和德國，占比分別為41.0%、34.6%、21.7%、17.6%、16.1%，這些國家同時位列全球儲能技術(shù)研究最為活躍的國家行列。

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

　　綜合分析圖2、圖3和圖4，當(dāng)前世界儲能技術(shù)研究的基本格局同2021—2023年沒有變化，仍可主要分為兩類國家，一類是美國、德國、英國和日本為代表的西方發(fā)達(dá)國家;另一類是中國、印度、韓國和沙特為代表的新興國家。新興國家的基礎(chǔ)研究活躍度持續(xù)增加，而發(fā)達(dá)國家基本進(jìn)入穩(wěn)定期，總體上全球儲能基礎(chǔ)研究活躍程度仍在增加。中國與其他國家的合作促進(jìn)了其他國家儲能技術(shù)的發(fā)展，同時也為世界儲能技術(shù)的基礎(chǔ)研究注入了創(chuàng)新活力。中國2024年儲能相關(guān)SCI論文數(shù)首次超過2萬篇，穩(wěn)居儲能技術(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，但印度和美國的差距在拉大，2024年兩國SCI論文數(shù)差距超1000篇;其他國家為第三梯隊(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年中國儲能關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)進(jìn)展的總結(jié)。從表中可見，2024年我國主要儲能技術(shù)研發(fā)均取得了重要進(jìn)展，其中構(gòu)網(wǎng)型儲能、固態(tài)電池和AI+儲能是當(dāng)前技術(shù)研發(fā)的熱點(diǎn)方向。綜合分析各種儲能技術(shù)，大致可以分為三類。一是基本成熟類，主要包括抽水蓄能、鉛蓄電池、儲熱儲冷和鋰電池技術(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，主要包括液流電池、壓縮空氣儲能、鈉離子電池、飛輪儲能和超級電容器技術(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，主要包括重力儲能、熱泵儲電、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]，儲能技術(shù)的三種分類總體沒有變化，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)類提升至集成示范類。

　　表1 2024年中國儲能關(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incoPat，以“Energy Storage”為主題詞統(tǒng)計(jì)的2014—2024年中國機(jī)構(gòu)在中國地區(qū)申請的發(fā)明專利數(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)庫自身更新的結(jié)果。從圖中可知2014—2024年中國儲能技術(shù)發(fā)明專利申請數(shù)呈現(xiàn)持續(xù)增加趨勢，2024年中國儲能技術(shù)發(fā)明專利申請數(shù)為51258篇，與去年基本持平，相較于2014年增長近5倍。

　　圖5 中國儲能技術(shù)申請發(fā)明專利數(shù)(2014—2024)

　　圖6給出了依據(jù)全球?qū)＠麛?shù)據(jù)庫incoPat統(tǒng)計(jì)的，2024年中國機(jī)構(gòu)在中國地區(qū)申請的主要儲能技術(shù)的發(fā)明專利數(shù)。可見，2024年，各種儲能技術(shù)中，儲熱儲冷技術(shù)申請的發(fā)明專利數(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、壓縮空氣儲能、超級電容器、熱泵儲電也非常活躍。總體上，各種儲能技術(shù)的排名和2021—2023年基本吻合，化學(xué)儲能發(fā)明專利數(shù)高于物理儲能，和材料密切相關(guān)的儲能技術(shù)申請專利的活躍程度很高。同2021—2023年類似，儲能相關(guān)技術(shù)申請發(fā)明專利數(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年中國主要儲能技術(shù)申請發(fā)明專利數(shù)

　　圖7給出了依據(jù)全球?qū)＠麛?shù)據(jù)庫inco Pat，以“Energy Storage”為主題詞在世界知識產(chǎn)權(quán)數(shù)據(jù)庫(WIPO)中統(tǒng)計(jì)的，2014—2024年世界主要國家關(guān)于儲能技術(shù)申請的國際發(fā)明專利數(shù)。需要說明的是，一方面，2024年各國儲能技術(shù)發(fā)明專利申請數(shù)明顯偏低，這是由于數(shù)據(jù)庫更新滯后的原因，圖中2014—2023年的數(shù)據(jù)更具參考價值;另一方面，圖中國際發(fā)明專利數(shù)與2023年相比稍有變化，這是數(shù)據(jù)庫自身更新的原因，不影響總體趨勢。經(jīng)統(tǒng)計(jì)可見2014—2024年累計(jì)發(fā)明專利數(shù)中國排名第一，排名前8的國家順序?yàn)橹袊⒚绹⒌聡⑷毡尽㈨n國、法國、英國、瑞士。從總體趨勢上看，其他國家的儲能國際發(fā)明專利申請數(shù)變化較為穩(wěn)定，而中國儲能國際專利申請數(shù)增長迅猛，2018年以后一直保持世界第一，美國、德國、法國、日本等國家有輕微波動，但總體變化不大。

　　圖7 各國儲能技術(shù)WIPO國際發(fā)明專利申請數(shù)(2014—2024)

　　圖8給出了2023年各國儲能技術(shù)WIPO發(fā)明專利申請數(shù)。2023年，中國儲能WIPO國際發(fā)明專利申請數(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、德國、日本、韓國等國家。2023年中國儲能技術(shù)發(fā)明專利申請數(shù)優(yōu)勢進(jìn)一步增大，逐漸接近世界的一半，中美兩國儲能技術(shù)發(fā)明專利申請數(shù)總和占全球58.2%，為世界儲能領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)研究的最主要力量。

　　圖8 2023年各國WIPO國際發(fā)明專利申請數(shù)

　　綜合圖7和圖8可見，除中國外，國際發(fā)明專利申請數(shù)靠前的國家均為發(fā)達(dá)國家，和2022年相比國際儲能關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)的基本格局沒有變化，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，在儲能技術(shù)領(lǐng)域，無論是基礎(chǔ)研究還是關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，中國均是世界上最活躍的國家。同時，2023年中國學(xué)者和機(jī)構(gòu)的國際發(fā)明專利申請數(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%)，中國在國際儲能技術(shù)領(lǐng)域最活躍國家的地位進(jìn)一步鞏固。

　　13.3　集成示范

　　表1給出了2024年中國儲能集成示范進(jìn)展的總結(jié)。從表中可見，2024年我國主要儲能技術(shù)的集成示范均取得了重要進(jìn)展，大規(guī)模、長時間和混合儲能是當(dāng)前集成示范的熱點(diǎn)方向。綜合分析大致可以分為三類。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、壓縮空氣儲能、鉛蓄電池和飛輪儲能等。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、壓縮空氣儲能、鈉離子電池、儲熱儲冷、和超級電容等。三是新型技術(shù)的集成示范，主要包括構(gòu)網(wǎng)型儲能、混合儲能、鉀離子儲能、面向極端條件的儲能等。

　　根據(jù)中國能源研究會儲能專委會/中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟全球儲能數(shù)據(jù)庫的不完全統(tǒng)計(jì)，如圖9所示，截至2024年底，中國已投運(yùn)的儲能項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)容量(包括物理儲能、化學(xué)儲能以及熔融鹽儲熱)達(dá)到137.9 GW，同比增長59.9%，占全球市場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14.0%，新型儲能(抽水蓄能之外的儲能技術(shù))累計(jì)裝機(jī)容量首次超過抽水蓄能，達(dá)到78.3 GW，同比增長126.5%，占全球市場47.3%，居世界第一位。2024年，我國儲能裝機(jī)繼續(xù)保持高速增長，新增投運(yùn)儲能裝機(jī)容量51.4 GW，其中新增新型儲能投運(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，同2023年相比，我國2024年抽水蓄能裝機(jī)比例下降17.0%，歷史上首次低于50%;在新型儲能技術(shù)中，鋰離子電池占主導(dǎo)地位，壓縮空氣儲能、鉛蓄電池、液流電池和儲熱技術(shù)等，也占有一定的市場份額。2024年，我國儲能產(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;但同時也存在儲能電池價格下降，行業(yè)競爭加劇，行業(yè)洗牌加速現(xiàn)象，需要引起各方注意。

　　圖9 2024年底中國儲能項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)情況

　　綜合分析2024年各儲能技術(shù)基礎(chǔ)研究、關(guān)鍵技術(shù)和集成示范的情況，各種儲能技術(shù)可大致分為四個梯隊(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)為壓縮空氣儲能、液流電池、鉛蓄電池和儲熱儲冷技術(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、飛輪儲能和超級電容器，其中鈉離子發(fā)展速度最快，有可能未來進(jìn)入第二梯隊(duì);第四梯隊(duì)為液態(tài)金屬、熱泵儲電、重力儲能、金屬離子電池和水系電池等儲能新技術(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年中國儲能集成示范和產(chǎn)業(yè)化梯隊(duì)

　　圖11給出了2024年中國儲能技術(shù)和世界儲能技術(shù)先進(jìn)水平的對比。從圖中可見，中國儲能技術(shù)水平總體已進(jìn)入國際先進(jìn)國家行列。鋰離子電池、壓縮空氣儲能、液流電池和鈉離子電池技術(shù)已達(dá)到世界先進(jìn)水平;飛輪儲能、超級電容和儲能新技術(shù)與世界先進(jìn)水平還有一定的差距。同2023年相比，各儲能技術(shù)的總體發(fā)展水平有所提升，鋰電池、壓縮空氣儲能、鈉離子電池和飛輪儲能的提升幅度明顯。綜合圖3、圖6和圖11可見，2024年中國繼續(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家，中國發(fā)表SCI論文數(shù)、申請WIPO 國際發(fā)明專利數(shù)和儲能系統(tǒng)總裝機(jī)均繼續(xù)居世界第一，特別是新型儲能的優(yōu)勢更加明顯。

　　圖11 2024年中國儲能技術(shù)和世界先進(jìn)水平的比較

　　13.4　政策分析

　　2024年我國儲能政策熱度繼續(xù)攀升。據(jù)中國能源研究會儲能專委會/中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟全球儲能數(shù)據(jù)庫的不完全統(tǒng)計(jì)，2024年全國共發(fā)布儲能相關(guān)政策770余項(xiàng)，是去年同期的1.2倍。其中，國家層面發(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，浙江、安徽、河南、江蘇等省份政策數(shù)量居于全國前列。全國有26個省市制定了到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個省份已經(jīng)提前完成規(guī)劃目標(biāo)。總體上，2024年我國儲能政策的著力點(diǎn)主要體現(xiàn)在如下幾個方面：

　　在儲能戰(zhàn)略地位的深化與強(qiáng)化方面，2024年，《中華人民共和國能源法》中著重提及推進(jìn)新型儲能高質(zhì)量發(fā)展，發(fā)揮各類儲能在電力系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)作用。新型儲能首次被寫入《政府工作報告》，提出要提高電網(wǎng)對清潔能源的接納、配置和調(diào)控能力，發(fā)展新型儲能。各地則圍繞其對可再生能源發(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)展等多個方面發(fā)揮的作用持續(xù)出臺引導(dǎo)政策，功能價值得到突出體現(xiàn)。

　　在市場機(jī)制改革與優(yōu)化方面，2024年全國統(tǒng)一電力市場“1+N”規(guī)則體系初步建成，新修訂的《電力市場運(yùn)行基本規(guī)則》基本構(gòu)建起“統(tǒng)一市場、協(xié)同運(yùn)作”的電力市場總體架構(gòu)，并正式確認(rèn)儲能的新型經(jīng)營主體身份。《關(guān)于支持電力領(lǐng)域新型經(jīng)營主體創(chuàng)新發(fā)展的指導(dǎo)意見》鼓勵新模式、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)一步降低新型儲能參與市場的準(zhǔn)入門檻，完善市場機(jī)制，促進(jìn)新型經(jīng)營主體公平參與市場。從具體規(guī)則來看，儲能參與現(xiàn)貨市場交易機(jī)制更靈活，多地允許儲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，在全國儲能市場機(jī)制建設(shè)上起到示范參考。

　　在儲能的調(diào)節(jié)作用強(qiáng)化與提升方面，2024年國家發(fā)改委、國家能源局先后發(fā)布《關(guān)于加強(qiáng)電網(wǎng)調(diào)峰儲能和智能化調(diào)度能力建設(shè)的指導(dǎo)意見》《關(guān)于促進(jìn)新型儲能并網(wǎng)和調(diào)度運(yùn)用的通知》《電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力優(yōu)化專項(xiàng)行動實(shí)施方案(2025—2027年)》等政策，明確儲能在新型電力系統(tǒng)建設(shè)中的功能作用，將新型儲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)揮新型儲能促消納、保供應(yīng)、保安全的作用，并明確新型儲能并網(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)了高水平的儲能規(guī)模化集中調(diào)用。

　　在加快市場化容量補(bǔ)償機(jī)制方面，2024年修訂的國家頂層政策《電力市場運(yùn)行基本規(guī)則》中明確將逐步推動建立市場化的容量成本回收機(jī)制，探索通過容量補(bǔ)償、容量市場等方式，保障電力系統(tǒng)長期容量充裕。在《電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力優(yōu)化專項(xiàng)行動實(shí)施方案(2025—2027年)》中則重點(diǎn)提出現(xiàn)貨市場連續(xù)運(yùn)行地區(qū)，加快建立市場化容量補(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)出臺容量補(bǔ)償?shù)南嚓P(guān)政策，通過儲能裝機(jī)補(bǔ)償或者放電量給與補(bǔ)償，以降低儲能的投資成本，激勵投資預(yù)期。

　　在產(chǎn)業(yè)發(fā)展品質(zhì)優(yōu)化與升級方面，2024年國家層面修訂《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。推動鋰電池迭代升級，開展鈉離子電池、液流電池、壓縮空氣等多元儲能技術(shù)的研發(fā)和示范。地方層面多地紛紛出臺促進(jìn)新型儲能高質(zhì)量發(fā)展的若干措施，通過補(bǔ)貼扶持等方式促進(jìn)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用。

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

　　14 結(jié)論與展望

　　2024年，中國儲能又經(jīng)歷了高速發(fā)展的一年，中國保持了全球儲能技術(shù)基礎(chǔ)研究、技術(shù)研發(fā)和集成示范最為活躍的國家地位。這一年，中國機(jī)構(gòu)和學(xué)者在儲能領(lǐng)域發(fā)表SCI論文20025篇;申請中國發(fā)明專利51258件，申請WIPO國際發(fā)明專利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;新型儲能裝機(jī)首次超過抽水蓄能，迎來歷史性時刻，總體上中國儲能實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化發(fā)展。

　　(1)物理儲能方面：在抽水蓄能方面，總體上我國抽水蓄能技術(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。在壓縮空氣儲能方面，總體上我國壓縮空氣儲能技術(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。在儲熱儲冷方面，在儲熱儲冷材料、儲熱儲冷單元特性、系統(tǒng)控制與優(yōu)化等研究方面取得重要進(jìn)展;潛熱儲熱是當(dāng)前研究熱點(diǎn)，50 MW燃煤熱電熔鹽儲能項(xiàng)目和100 MW光熱儲能工程機(jī)組實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電等。在飛輪儲能方面，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，同時注重多場景混合儲能協(xié)同控制，集成示范項(xiàng)目逐步規(guī)模化，飛輪儲能的工程化應(yīng)用邁入新階段。

　　(2)化學(xué)儲能方面：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)黑啟動實(shí)驗(yàn)，多個GW級生產(chǎn)基地上馬，產(chǎn)業(yè)迎來高速增長。在鈉離子電池方面，在長壽命正極材料開發(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鈉離子電池儲能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用，100 MWh鈉離子電池儲能系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)行。在超級電容器方面，通過新型電極材料、高性能電解液和界面工程的優(yōu)化，超級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)用場景也不斷拓展。在新型儲能技術(shù)方面，研究熱點(diǎn)有液態(tài)金屬電池、熱泵儲電、重力儲能、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，我國規(guī)模儲能系統(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，儲能電站的規(guī)模繼續(xù)擴(kuò)大，儲能集裝箱集成度進(jìn)一步提高，5 MWh電池艙已成為電池單艙儲能容量的主流。人工智能技術(shù)正深刻重塑儲能產(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)及集成示范等各個階段，加速儲能產(chǎn)品開發(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，我國在儲能電池?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，中國儲能有望在攻堅(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，中國有望繼續(xù)保持全球儲能技術(shù)發(fā)展最活躍國家地位，發(fā)表論文數(shù)、申請專利數(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)全年中國儲能新增裝機(jī)將達(dá)40 GW以上，新型儲能裝機(jī)比例將繼續(xù)提升，有望突破60%。同時，由于國際政治和貿(mào)易格局生變、國內(nèi)政策調(diào)整、行業(yè)產(chǎn)能增加等，企業(yè)競爭加劇趨勢明顯。2025年，雖然不確定因素影響有所增加，中國儲能大概率將迎來又一個高速發(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。