储能技术

储能技术

储能技术主要分为储电与储热。

储能技术主要分为物理储能(如抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能等)、化学储能(如铅酸电池、氧化还原液流电池、钠硫电池、锂离子电池)和电磁储能(如超导电磁储能、超级电容器储能等)三大类。根据各种储能技术的特点，飞轮储能、超导电磁储能和超级电容器储能适合于需要提供短时较大的脉冲功率场合，如应对电压暂降和瞬时停电、提高用户的用电质量，抑制电力系统低频振荡、提高系统稳定性等;而抽水储能、压缩空气储能和电化学电池储能适合于系统调峰、大型应急电源、可再生能源并入等大规模、大容量的应用场合。

目前最成熟的大规模储能方式是抽水蓄能，它需要配建上、下游两个水库。在负荷低谷时段抽水蓄能设备处于电动机工作状态，将下游水库的水抽到上游水库保存，在负荷高峰时设备处于发电机工作状态，利用储存在上游水库中的水发电。其能量转换效率在70%到75%左右。但由于受建站选址要求高、建设周期长和动态调节响应速度慢等因素的影响，抽水储能技术的大规模推广应用受到一定程度的限制。目前全球抽水储能电站总装机容量9000万千瓦，约占全球发电装机容量的3%。

压缩空气储能是另一种能实现大规模工业应用的储能方式。利用这种储能方式，在电网负荷低谷期将富余电能用于驱动空气压缩机，将空气高压密封在山洞、报废矿井和过期油气井中;在电网负荷高峰期释放压缩空气推动燃汽轮机发电。由于具有效率高、寿命长、响应速度快等特点，且能源转化效率较高(约为75%左右)，因而压缩空气储能是具有发展潜力的储能技术之一。

目前储能方式主要分为三类:机械储能、电磁储能、电化学储能。

一、机械储能

机械储能包括:抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能。

1、抽水储能

抽水储能是在电力负荷低谷期将水从下池水库抽到上池水库，将电能转化成重力势能储存起来，在电网负荷高峰期释放上池水库中的水发电。抽水储能的释放时间可以从几个小时到几天，综合效率在70%~85%之间，主要用于电力系统的调峰填谷、调频、调相、紧急事故备用等。抽水蓄能电站的建设受地形制约，当电站距离用电区域较远时输电损耗较大。

2、压缩空气储能

压缩空气技术在电网负荷低谷期将电能用于压缩空气，将空气高压密封在报废矿井、沉降的海底储气罐、山洞、过期油气井或新建储气井中，在电网负荷高峰期释放压缩的空气推

动汽轮机发电。压缩空气主要用于电力调峰和系统备用，压缩空气储能电站的建设受地形制约，对地质结构有特殊要求。

3、飞轮储能

飞轮蓄能利用电动机带动飞轮高速旋转，将电能转化成机械能储存起来，在需要时飞轮带动发电机发电。飞轮系统运行于真空度较高的环境中，其特点是没有摩擦损耗、风阻小、寿命长、对环境没有影响，几乎不需要维护，适用于电网调频和电能质量保障。飞轮蓄能的缺点是能量密度比较低。保证系统安全性方面的费用很高，在小型场合还无法体现其优势，目前主要应用于为蓄电池系统作补充。

二、电磁储能

电磁储能包括:超导储能、电容储能、超级电容器储能。

1、超导储能

超导储能系统(SMES)利用超导体制成的线圈储存磁场能量，功率输送时无需能源形式的转换，具有响应速度快(ms 级)，转换效率高(≥96%)、比容量(1-10 Wh/kg)/比功率

(104-105kW/kg)大等优点，可以实现与电力系统的实时大容量能量交换和功率补偿。SMES 可以充分满足输配电网电压支撑、功率补偿、频率调节、提高系统稳定性和功率输送能力的要求。

2、超级电容器储能

超级电容器根据电化学双电层理论研制而成，可提供强大的脉冲功率，充电时处于理想极化状态的电极表面，电荷将吸引周围电解质溶液中的异性离子，使其附于电极表面，形成双电荷层，构成双电层电容。电力系统中多用于短时间、大功率的负载平滑和电能质量峰值功率场合，如大功率直流电机的启动支撑、态电压恢复器等，在电压跌落和瞬态干扰期间提高供电水平。

三、电化学能

电化学储能包括铅酸电池、锂离子电池、液流电池、钠硫电池等等。液流电池具有大规模储能的潜力，但目前使用最广泛的还是铅酸电池。

发展趋势

伴随我国新能源产业的迅速发展，储能技术及其产业的发展日渐成为各方关注的重点。目前储能在我国的发展刚刚起步，但随着我国新电改方案的实施，新能源发电、智能微电网、新能源汽车等行业的发展将不断提速，储能技术的应用将形成新的发展趋势。

1.解决能源存储需新方案

当前，我国面临全球范围内气候变暖、能源短缺、传统电网智能化程度低、运行效率低等诸多亟待解决的问题，积极开发新能源和储能技术，减少人类对化石能源的依赖，已成为业界和科技界研究的热门课题。

2.风力发电储能效率需提高

随着能源存储系统的帮助，过多的可再生能源可以在电力需求低时保留下来，并用于用电需求高的时候。据估计，可再生能源的利用率可以从30%提高到60%，预计将减少一半的电力生产成本。同时，从能源存储装置中产生的再生电力是非常稳定、连续的，所以不需要更多的煤炭来维持电网的稳定性。

3.质子交换膜燃料电池电源系统的优点

作为地球上最轻的元素，氢具有最高的能源密度，可以通过电将水分解产生。如果水电解槽与风力发电或太阳能电池板集成，氢气作为能量储存的媒介可由多余的风力、太阳能发电产生，即通过制氢设备将水电解形成氢气，并与质子交换膜(PEM)燃料电池集成发电。

4.质子交换膜燃料电池技术提高经济效益

在风力或太阳能混合发电、制氢系统方案得到应用后，现存问题都可以有效地解决，但这种方法的问题是，传统的发电机电解制氢过程中需要稳定的电流和电压。

5.储能技术解决可再生能源和电动汽车发展难题

可再生能源发展在低碳转型的过程中给人类提供了清洁可持续的能源来源，电动汽车的崛起则为石油大规模替代提供了可能。但是，可再生能源具有间断性的特点，电网无法大规模消纳并网。电动汽车也面临充电设施和电池安全的瓶颈。储能技术是解决这些问题的关键。

储能技术对电网的好处有三点：一是帮助增加可再生能源的渗透率，促进分布式(微电网)发电的发展；二是提升电网的稳定性和实现充分的调峰，减少高峰负荷及对应的电网投资和电源投资；三是通过电价设计，促进电力市场自由化。电池储能是分布式电网(微电网)发展的瓶颈。

储能技术对电动汽车发展的重要性比较直观。电动汽车的充电、巡航里程和安全问题都涉及电池。比如说，由于电池引发的安全事故减弱了消费者的信心，影响了电动汽车的发展。对于中国来说，电动汽车的发展除了石油替代，还可以解决城市汽车尾气和噪声污染。