結(jié)合新基建發(fā)展背景，本文進行儲能技術的典型應用調(diào)研與分析，重點介紹電化學、飛輪、超級電容等儲能技術在 5G 基站、數(shù)據(jù)中心、特高壓、城際高速鐵路和城市軌道交通、新能源汽車充電樁 5 種 產(chǎn)業(yè)發(fā)展中所起的作用以及典型的應用實例。由于 各類儲能技術的特點及適用范圍各不相同，應用時需結(jié)合具體產(chǎn)業(yè)發(fā)展要求、環(huán)境特點等進行考慮。最 后，文章將對未來各類產(chǎn)業(yè)配置儲能提出建議，以期為我國儲能產(chǎn)業(yè)在各種應用場景的發(fā)展提供借鑒。
新基建背景下儲能技術的發(fā)展契機
1.1 國家政策
2020 年兩會政府報告中提到：增強新型基礎設施建設，發(fā)展新一代信息網(wǎng)絡，拓展 5G 應用，建設充電樁，推廣新能源汽車，激發(fā)新消費需求、助力產(chǎn)業(yè)升級。
2020 年是“十四五”規(guī)劃的編制之年?！笆奈濉睍r期，可再生能源將作為常規(guī)電源予以考核和約束，因此電網(wǎng)調(diào)峰需求將進一步增大，配置一定比例的儲能將成為主要調(diào)節(jié)手段。
教育部、國家發(fā)展改革委、國家能源局《關于印發(fā)﹤儲能技術專業(yè)學科發(fā)展行動計劃（2020—2024 年）﹥的通知》指出，要增強儲能核心技術研究和創(chuàng)新水平，培養(yǎng)儲能領域人才，保證儲能技術的主導地位，推動儲能產(chǎn)業(yè)盡快達到國際先進水平，以理論和實踐相結(jié)合促進儲能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。
1.2 地方規(guī)劃
新型基礎設施主要包括信息基礎設施、融合基礎設施以及創(chuàng)新基礎設施。伴隨著技術革命與產(chǎn)業(yè)變革，新型基礎設施的內(nèi)涵與外延將不斷發(fā)生變化。自中央提及新基建以來，國家和地方政府對新 基建的政策支持力度不斷加大，全國各地的新基建規(guī)劃與政策相繼出臺，如表 1 所示。
5G 基建背景下的儲能技術
截至 2019 年 6 月，我國通信基站數(shù)量如圖 1 所示。隨著儲能技術的發(fā)展，具有高利用率、小型化等特點的新型儲能系統(tǒng)會填補基站儲能技術的空白，保證基站供電的穩(wěn)定性。根據(jù)功率的不同，5G 基站分為微基站、宏基站 2 大類。微基站一般直接 由市電網(wǎng)直接供電，不設置儲能系統(tǒng)；宏基站涉及范圍廣、基站功率大，一般建設在室外，需要儲能系統(tǒng)作為備用電源以保證供電的穩(wěn)定性。
2.1 通信鐵塔
通信鐵塔是移動通信基站的組成部分，具有架高通信天線的作用，是通信信號發(fā)射、接收和傳輸設備的主要載體，是移動通信網(wǎng)完成信號覆蓋的重要基礎設施。在輸電鐵塔上搭載通信基站所形成的共享鐵塔是一種使電力基礎設施獲得再利用、節(jié)約基站建設成本的新型通信鐵塔類型。
2.2 5G 基站
5G 微基站分布較廣，電力系統(tǒng)難以滿足其要求，所以很多基站開始使用儲能系統(tǒng)保證持續(xù)穩(wěn)定的電能輸送。例如，2017 年就有某通訊公司使用退役梯次電池建設 5G 一體化電源，蓄電池在供電系統(tǒng)正常供電時改善電能質(zhì)量，在供電發(fā)生故障時作為備用電源為負荷持續(xù)供電，保證設備持續(xù)正常的運行。
智能儲能系統(tǒng)融合了通信技術、電力電子技術、傳感技術、高密技術、高效散熱技術、AI 技術、云技術以及鋰電池技術。華為基于對 5G 的理解， 推出了 5G Power 智能儲能系統(tǒng)，如圖 2 所示。該系統(tǒng)具有基礎鋰電功能、智能升壓、智能混搭、智能防盜、全網(wǎng)精細管理等優(yōu)點，可以實現(xiàn)儲能系統(tǒng)的管理、控制等，能夠根據(jù)大數(shù)據(jù)進行預測，實現(xiàn)前瞻性運維和資源互補，既能降低運維和建設成本，又可以減少資源浪費。
特高壓建設背景下的儲能技術
3.1 特高壓輸電建設現(xiàn)狀
“十三五”規(guī)劃提出，到 2020 年，國家電網(wǎng)有限公司（國家電網(wǎng)）將建成“五縱五橫”特高壓交流骨干網(wǎng)架和 27 條特高壓直流輸電工程，形成 4.5 億 kW 的跨區(qū)跨省輸送能力，建成以“三華”電網(wǎng)為核心的統(tǒng)一堅強智能電網(wǎng)。
3.2 特高壓輸電問題解決方法
從目前研究來看，特高壓輸電技術中存在的問題影響因素較多且解決方法較少，急需配置儲能系統(tǒng)，為解決輸電問題提供一種新的思路和方法。
城際軌道交通和高速鐵路建設背景下的儲能技術
由于具有安全、環(huán)保、節(jié)約能源、占地較少等特點，軌道交通逐漸成為人們出行的主要交通模式，近幾年發(fā)展較快。儲能技術在軌道交通行業(yè)的發(fā)展中也占有一席之地，列車可以通過儲能技術儲存電能，在無接觸網(wǎng)或緊急情況下釋放電能，以保證正常行駛。地鐵和城際高鐵應用較為廣泛。
4.1 地鐵
地鐵能量回收是一種大功率、高頻次的應用場景，目前應用較為廣泛的是再生制動能量吸收利用。當制動能量不能被本車吸收時，牽引網(wǎng)電壓上升，上升到一定程度后，牽引變電所中再生制動能量吸收裝置投入工作，吸收再生電流，使車輛再生電流穩(wěn)定，如圖 3 所示。目前，再生能量吸收裝置可分為電阻消耗型、電容儲能型、飛輪儲能型、逆變回饋型，各類型裝置對比如表 3 所示。目前電容儲能型和飛輪儲能型較為常用。
4.1.1 飛輪儲能
地鐵列車進站回收的電能通過電阻放熱方式消耗，存在資源浪費，飛輪儲能具有響應快、頻次高、可靠性高、壽命長的優(yōu)點，可以很好地解決這些問題。
4.1.2 超級電容儲能
超級電容儲能具有高功率、長壽命的特點，也可回收制動能量，實現(xiàn)制動能量再利用。
4.2 城際高鐵
城際高鐵儲能系統(tǒng)的主要作用是降低能耗、牽引列車、制動能量回收、降低峰值功率等。鐵路行業(yè)的儲能系統(tǒng)主要分為地面儲能系統(tǒng)和車載儲能系統(tǒng)，其中車載儲能系統(tǒng)主要安裝在列車內(nèi)，用于存儲列車內(nèi)部的回收能量，所需功率小于地面儲能系統(tǒng)。
我國地鐵線路上也有配備儲能系統(tǒng)。中車長春軌道客車股份有限公司在輕軌上加裝磷酸鐵鋰電池系統(tǒng)，可以增加列車續(xù)航里程，充電時間較短，應用前景廣闊。
新能源汽車充電樁建設背景下的儲能技術
作為新型城市交通基礎設施，充電樁是電動汽車推廣應用的基本保障。我國充電基礎設施已經(jīng)形成了規(guī)?；焖侔l(fā)展態(tài)勢，相關行業(yè)政策、標準體系也已基本建立，但充電基礎設施行業(yè)尚未明確， 新能源汽車充電樁建設為我國新能源汽車能源供給保障明確了主基調(diào)。儲能技術應用于充電樁可以保證充電樁電能的穩(wěn)定性，避免因電網(wǎng)波動導致的充電樁失靈，降低充電站配電線路成本，產(chǎn)生良好的社會經(jīng)濟效益。
5.1 光伏儲能充電樁
近年來，充電樁和光伏儲能系統(tǒng)結(jié)合形成自發(fā)電的電網(wǎng)系統(tǒng)，光伏發(fā)電可保證充電樁電能的穩(wěn)公司名稱已修改定性，余電可以利用儲能系統(tǒng)儲存起來，進行削峰填谷、峰谷套利，實現(xiàn)經(jīng)濟效益最大化。雖然影響光伏發(fā)電的因素頗多，但加入儲能系統(tǒng)，一方面可幫助光伏在應用過程中解決一部分發(fā)電冗余和并網(wǎng)問題，另一方面可發(fā)揮組合優(yōu)勢，帶動光伏、儲能、充電樁多向發(fā)展。
我國國內(nèi)電動汽車充電行業(yè)在近幾年也得到了快速發(fā)展。圖 6 為松山湖太魯閣光儲充一體化充電站，該充電站通過核心系統(tǒng)“光儲充一體式能源微網(wǎng)系統(tǒng)”與“能源互聯(lián)共享平臺”的對接，信息通過 5G 通道上送。
5.2 電動汽車儲能充電站
將傳統(tǒng)儲能技術與電動汽車充電站相結(jié)合，既可以實現(xiàn)電網(wǎng)的削峰填谷，保證供電的穩(wěn)定性，還能夠降低大規(guī)模汽車充電時對電網(wǎng)造成的沖擊，延長使用壽命。
青島薛家島和上海嘉定區(qū)安亭鎮(zhèn)電動汽車充換放儲一體化示范電站（圖 7）為目前已經(jīng)投運的充放儲一體化電動汽車充電站。
大數(shù)據(jù)中心建設背景下的儲能技術
現(xiàn)代生活中所需的數(shù)據(jù)大多存儲在數(shù)據(jù)中心， 伴隨著新基建的發(fā)展，數(shù)據(jù)中心的重要性逐漸顯 現(xiàn)，其電力供應也顯得格外重要，而不間斷電源系統(tǒng)（uninterruptible power system，UPS）的普遍使用可以保證數(shù)據(jù)中心電力供應不會出現(xiàn)故障。因此， UPS 儲能技術的發(fā)展至關重要，影響到 UPS 的體積、壽命和成本。
6.1 UPS 儲能技術在數(shù)據(jù)中心的應用
6.1.1 UPS+電化學儲能技術
UPS 作為備用電源，一般后備時間要求不低于 15 min，最初 UPS 內(nèi)部通常采用鉛酸電池。谷歌 （Google）是進行服務器自主研發(fā)定制的互聯(lián)網(wǎng)公司，早期采用鉛酸電池供電；臉書（Facebook）自建數(shù)據(jù)中心的供電系統(tǒng)采用DC48V 離線備用系統(tǒng)， 為每 6 個 9 kW 的機柜配置 1 個鉛酸蓄電池柜；中國移動數(shù)據(jù)中心采用 DC48V 輸出系統(tǒng)，并配置儲能電池柜，系統(tǒng)拓撲圖如圖 8 所示。
6.1.2 UPS+飛輪儲能技術
電力設備的體積、能耗以及確保關鍵任務應用的最高電能質(zhì)量和可靠性是數(shù)據(jù)中心建設所面臨的挑戰(zhàn)，飛輪儲能可以完美地解決這一難題。飛輪儲能 UPS 和傳統(tǒng)儲能 UPS 技術對比如表 4 所示。
6.2 其他儲能技術在數(shù)據(jù)中心的應用
我國的數(shù)據(jù)中心建設將更多地采用儲能材料和蓄冷技術。2019 年，《關于加強綠色數(shù)據(jù)中心建設的指導意見》出臺，要求到 2022 年，數(shù)據(jù)中心平均能耗基本達到國際先進水平。在該意見指導下，工業(yè)和信息化部于 2019 年 11 月正式發(fā)布了《綠色數(shù)據(jù)中心先進適用技術產(chǎn)品目錄（2019 年版）》，其中無機相變儲能材料蓄冷技術和水蓄冷技術入列。
新基建背景下儲能技術展望
1）積極部署儲能在 5G 技術、軌道交通、工業(yè)能源互聯(lián)、軍民融合、國家應急保障體系等領域的試點工程，全方位驗證儲能在新基建工程中的樞紐作用。
2）積極部署新型、顛覆性技術對現(xiàn)有儲能體系的有益補充，鼓勵高安全、長壽命、高效率、低成本、易回收的電池體系戰(zhàn)略推進，進行試點示范及比對研究，實現(xiàn)新舊技術的交替，完成我國儲能產(chǎn)業(yè)從簡單跟跑到領跑的角色轉(zhuǎn)換。
3）選取代表性的、具備可推廣性的重大國家戰(zhàn)略意義的試點工程，在國家級開放區(qū)域、我國可再生能源富集基地、跨省區(qū)域外送通道薄弱環(huán)節(jié)、能源片區(qū)之間部署 GW 級大型儲能重大試點工程，并逐步在全國范圍推廣。
結(jié)論與建議
儲能技術可廣泛應用于融合新能源、城市應急供電、5G 基站后備電源以及邊防哨所、軍民融合等諸多方面，是新基建不可或缺的重要保障。目前我國儲能技術仍面臨諸多挑戰(zhàn)，如儲能電池技術尚處于跟跑、借鑒水平，急需實現(xiàn)突破，挖掘新的電池體系；政策法規(guī)較少，有效執(zhí)行的保障少；缺乏長久、有效的商業(yè)模式等。對此，建議：
1）國家各部委政策應統(tǒng)一協(xié)調(diào)，頂層設計，成體系推進，避免出現(xiàn)重復制定甚至互相沖突的條款。
2）應進一步探索合作機制和商業(yè)模式，加快實現(xiàn)跨行業(yè)、跨領域的應用數(shù)據(jù)資源融通帶動大、中、 小、微企業(yè)融合發(fā)展；推動制造業(yè)與服務業(yè)深度融合和資源共享的扁平化、系統(tǒng)化、標準化、規(guī)范化平臺建設，以激發(fā)市場活力。
3）各省應結(jié)合具體情況，出臺相應的配套實施細則，確保實操性，政策應具有持續(xù)性、連貫性， 確保產(chǎn)業(yè)鏈中的各環(huán)節(jié)持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展。
