編者按：近年來大熱的儲能本身不是新興的技術(shù)，但從產(chǎn)業(yè)角度來說卻是剛剛出現(xiàn)，正處在起步階段。下面讓我們來了解一幾種比較典型的儲能方式。
儲能主要是指電能的儲存。儲能又是石油油藏中的一個名詞，代表儲層儲存油氣的能力。儲能本身不是新興的技術(shù)，但從產(chǎn)業(yè)角度來說卻是剛剛出現(xiàn)，正處在起步階段。
從狹義上講，針對電能的存儲，儲能是指利用化學(xué)或者物理的方法將產(chǎn)生的能量存儲起來并在需要時釋放的一系列技術(shù)和措施。
本文將針對目前12種比較典型的儲能方式進(jìn)行介紹，供大家參考。
一 、機械類儲能
機械類儲能的應(yīng)用形式只要有抽水蓄能、壓縮空氣儲能和飛輪儲能。
1、抽水蓄能
電網(wǎng)低谷時利用過剩電力將作為液態(tài)能量媒體的水從低標(biāo)高的水庫抽到高標(biāo)高的水庫，電網(wǎng)峰荷時高標(biāo)高水庫中的水回流到下水庫推動水輪機發(fā)電機發(fā)電。
目前，抽水蓄能機組在一個國家總裝機容量中所占比重的世界平均水平為3%左右。截至2012年底，全世界儲能裝置總?cè)萘繛?28GW，其中抽水蓄能為127GW，占99%。
截至2016年年底，全國抽水蓄能電站機組容量為5032.5萬千瓦，運行容量2338.5萬千瓦，在建容量2694萬千瓦，約占全國總裝機容量16.5億千瓦的3% 。(另在建8座，在建容量894萬千瓦)
2、飛輪儲能
在一個飛輪儲能系統(tǒng)中，電能用于將一個放在真空外殼內(nèi)的轉(zhuǎn)子即一個大質(zhì)量的由固體材料制成的圓柱體加速(達(dá)幾萬轉(zhuǎn)/分鐘)，從而將電能以動能形式儲存起來(利用大轉(zhuǎn)輪所儲存的慣性能量)。
飛輪儲能多用于工業(yè)和UPS中，適用于配電系統(tǒng)運行，以進(jìn)行頻率調(diào)節(jié), 可用作一個不帶蓄電池的 UPS，當(dāng)供電電源故障時，快速轉(zhuǎn)移電源，維持小系統(tǒng)的短時間頻率穩(wěn)定，以保證電能質(zhì)量 (供電中斷、電壓波動等)。
在我國剛剛開始在配電系統(tǒng)中安裝使用。電科院電力電子研究所曾為北京306醫(yī)院安裝了一套容量為250kVA, 磁懸浮軸承的飛輪儲能系統(tǒng)，能運行15秒，2008年投運。
3、壓縮空氣儲能
壓縮空氣儲能采用空氣作為能量的載體，大型的壓縮空氣儲能利用過剩電力將空氣壓縮并儲存在一個地下的結(jié)構(gòu)(如地下洞穴)，當(dāng)需要時再將壓縮空氣與天然氣混合，燃燒膨脹以推動燃?xì)廨啓C發(fā)電。
至今, 只有德國和美國有投運的壓縮空氣儲能站。德國 Hundorf 站于1978年投運, 壓縮功率60MW，發(fā)電功率290MW(后經(jīng)改造提高到321MW), 壓縮時間/發(fā)電時間=4，2小時連續(xù)運行，啟動過上萬次，啟動可靠率達(dá)97%。
此外，德國正在建造絕熱型壓縮空氣儲能電站，尚未投運美國Mcintosh, Alabama阿拉巴馬州, 1991年投運, 110MW,壓縮時間/發(fā)電時間=1.6，如連續(xù)輸出 100MW 可維持26小時，曾因地質(zhì)不穩(wěn)定而發(fā)生過坍塌事故。此外，美國正在建設(shè)幾座大型的壓縮空氣儲能電站，尚未投運。
近來壓縮空氣儲能的研究和開發(fā)熱度在不斷上升，國家電網(wǎng)公司已立項研究10MW壓縮空氣儲能。
二、 電氣類儲能
電氣類儲能的應(yīng)用形式只有超級電容器儲能和超導(dǎo)儲能。
1、超級電容器儲能
根據(jù)電化學(xué)雙電層理論研制而成的，又稱雙電層電容器，兩電荷層的距離非常小(一般0.5mm以下)，采用特殊電極結(jié)構(gòu)，使電極表面積成萬倍的增加，從而產(chǎn)生極大的電容量。
超級電容器儲能開發(fā)已有50多年的歷史，近二十年來技術(shù)進(jìn)步很快，使它的電容量與傳統(tǒng)電容相比大大增加，達(dá)到幾千法拉的量級，而且比功率密度可達(dá)到傳統(tǒng)電容的十倍。
超級電容器儲能將電能直接儲存在電場中，無能量形式轉(zhuǎn)換，充放電時間快，適合用于改善電能質(zhì)量。由于能量密度較低，適合與其他儲能手段聯(lián)合使用。
2、超導(dǎo)儲能
超導(dǎo)儲能系統(tǒng)是由一個用超導(dǎo)材料制成的、放在一個低溫容器(cryogenic vessel) (杜瓦Dewar )中的線圈、功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)(PCS)和低溫制冷系統(tǒng)等組成。
能量以超導(dǎo)線圈中循環(huán)流動的直流電流方式儲存在磁場中。
超導(dǎo)儲能適合用于提高電能質(zhì)量，增加系統(tǒng)阻尼，改善系統(tǒng)穩(wěn)定性能，特別是用于抑制低頻功率振蕩。
但是由于其格昂貴和維護(hù)復(fù)雜，雖然已有商業(yè)性的低溫和高溫超導(dǎo)儲能產(chǎn)品可用，在電網(wǎng)中應(yīng)用很少，大多是試驗性的。SMES 在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用取決于超導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展 (特別是材料、低成本、制冷、電力電子等方面技術(shù)的發(fā)展)。
三、 電化學(xué)類儲能
電化學(xué)類儲能主要包括各種二次電池，有鉛酸電池、鋰離子電池、鈉硫電池和液流電池等，這些電池多數(shù)技術(shù)上比較成熟，近年來成為關(guān)注的重點，并且還獲得許多實際應(yīng)用。
1、鉛酸電池
鉛酸電池是世界上應(yīng)用最廣泛的電池之一。鉛酸電池內(nèi)的陽極(PbO2)及陰極(Pb)浸到電解液(稀硫酸)中，兩極間會產(chǎn)生2V的電勢，這就是鉛酸電池的原理。
鉛酸電池常常用于電力系統(tǒng)的事故電源或備用電源，以往大多數(shù)獨立型光伏發(fā)電系統(tǒng)配備此類電池。目前有逐漸被其他電池(如鋰離子電池)替代的趨勢。
2、鋰離子電池
鋰離子電池實際上是一個鋰離子濃差電池，正負(fù)電極由兩種不同的鋰離子嵌入化合物構(gòu)。
充電時，Li+從正極脫嵌經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極，此時負(fù)極處于富鋰態(tài)，正極處于貧鋰態(tài);放電時則相反，Li+從負(fù)極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入正極，正極處于富鋰態(tài)，負(fù)極處于貧鋰態(tài)。
由于鋰離子電池在電動汽車、計算機、手機等便攜式和移動設(shè)備上的應(yīng)用，所以它目前幾乎已成為世界上應(yīng)用最為廣泛的電池。
鋰離子電池的能量密度和功率密度都較高，這是它能得到廣泛應(yīng)用和關(guān)注的主要原因。
它的技術(shù)發(fā)展很快，近年來，大規(guī)模生產(chǎn)和多場合應(yīng)用使其價格急速下降，因而在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用也越來越多。
鋰離子電池技術(shù)仍然在不斷地開發(fā)中，目前的研究集中在進(jìn)一步提高它的使用壽命和安全性，降低成本、以及新的正、負(fù)極材料的開發(fā)上。
3、鈉硫電池
鈉硫電池的陽極由液態(tài)的硫組成，陰極由液態(tài)的鈉組成，中間隔有陶瓷材料的貝塔鋁管。電池的運行溫度需保持在300℃以上，以使電極處于熔融狀態(tài)。
日本的NGK公司是世界上唯一能制造出高性能的鈉硫電池的廠家。目前采用50kW的模塊，可由多個50kW的模塊組成MW級的大容量的電池組件。
在日本、德國、法國、美國等地已建有約200多處此類儲能電站，主要用于負(fù)荷調(diào)平、移峰、改善電能質(zhì)量和可再生能源發(fā)電，電池價格仍然較高。
4 、全釩液流電池
在液流電池中，能量儲存在溶解于液態(tài)電解質(zhì)的電活性物種中，而液態(tài)電解質(zhì)儲存在電池外部的罐中，用泵將儲存在罐中的電解質(zhì)打入電池堆棧，并通過電極和薄膜，將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，或?qū)⒒瘜W(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。
液流電池有多個體系，其中全釩氧化還原液流電池(vanadium redox flow battery, VRFB)最受關(guān)注。
這種電池技術(shù)最早為澳大利亞新南威爾士大學(xué)發(fā)明，后技術(shù)轉(zhuǎn)讓給加拿大的VRB公司。
在2010年以后被中國的普能公司收購，中國的普能公司的產(chǎn)品在國內(nèi)外一些試點工程項目中獲得了應(yīng)用。
電池的功率和能量是不相關(guān)的，儲存的能量取決于儲存罐的大小，因而可以儲存長達(dá)數(shù)小時至數(shù)天的能量，容量也可達(dá)MW級，適合于應(yīng)用在電力系統(tǒng)中。
四、熱儲能
在一個熱儲能系統(tǒng)中，熱能被儲存在隔熱容器的媒質(zhì)中，以后需要時可以被轉(zhuǎn)化回電能，也可直接利用而不再轉(zhuǎn)化回電能。
熱儲能有許多不同的技術(shù)，可進(jìn)一步分為顯熱儲存(sensible heat storage)和潛熱儲存(latent heat storage)等。
顯熱儲存方式中，用于儲熱的媒質(zhì)可以是液態(tài)的水，熱水可直接使用，也可用于房間的取暖等，運行中熱水的溫度是有變化的。
而潛熱儲存是通過相變材料( Phase Change Materials, PCMs)來完成的，該相變材料即為儲存熱能的媒質(zhì)。
由于熱儲能儲存的熱量可以很大，所以在可再生能源發(fā)電的利用上會有一定的作用。熔融鹽常常作為一種相變材料，用于集熱式太陽能熱發(fā)電站中。此外，還有許多其他種類的儲熱技術(shù)正在開發(fā)中，它們有許多不同的作用。
五、化學(xué)類儲能
化學(xué)儲能系統(tǒng)（CSS）通過系統(tǒng)中化合物的化學(xué)反應(yīng)來儲存和釋放能量?；瘜W(xué)類儲能主要是指利用氫或合成天然氣作為二次能源的載體。
燃料電池
燃料電池是一種典型的化學(xué)儲能系統(tǒng)，可將化學(xué)能的燃料不斷轉(zhuǎn)換為電能。燃料電池與電化學(xué)電池之間的主要區(qū)別就是他們提供電能的方式。 在燃料電池中，燃料和氧化劑由外部提供 ，并且這些部件集成在電池內(nèi)部（金屬 - 空氣電池除外）。燃料電池的優(yōu)勢在于只要向其供應(yīng)活性物質(zhì)就可以發(fā)電。燃料電池效率在40%-85％范圍內(nèi)。
燃料電池是繼水力發(fā)電、熱能發(fā)電和原子能發(fā)電之后的第四種發(fā)電技術(shù)。由于燃料電池是通過電化學(xué)反應(yīng)把燃料的化學(xué)能中的吉布斯自由能部分轉(zhuǎn)換成電能，不受卡諾循環(huán)效應(yīng)的限制，因此效率高; 另外，燃料電池用氫氣和氧氣作為同時沒有機械傳動部件，故沒有噪原料聲污染，排放物只有純凈水。由此可見，從節(jié)約能源和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的角度來看，燃料電池是最有發(fā)展前途的發(fā)電技術(shù)。
水氫機
水氫機是采用催化重整及純化多項技術(shù)從醇水中獲得高純氫，通過質(zhì)子膜系統(tǒng)產(chǎn)生電、熱等多種能源的裝置。
水氫機利用催化重整技術(shù)，將甲醇水作為原料制氫直接發(fā)電，從根本上解決了儲氫和運輸?shù)陌踩y題。實現(xiàn)可移動的電力供應(yīng)，具有安全環(huán)保，發(fā)電效率高，來料方便等特點?；瘜W(xué)公式如下：制氫：CH3OH + H2O → CO2 + 3H2 發(fā)電：2H2 + O2 → 2H2O + 電。水氫機制氫發(fā)電的過程也被稱作為水氫技術(shù)，廣東合即得能源科技有限公司熱衷于推動此項技術(shù)，并已有示范項目在基站投入運行。水氫機既可成為分布式發(fā)電和微電網(wǎng)的重要組成部分，還可以在新能源汽車行業(yè)發(fā)揮重要的作用。
甲醇可以通過傳統(tǒng)化石能源清潔化生產(chǎn)制得，也可以通過太陽能、風(fēng)能等間歇式可再生能源轉(zhuǎn)換獲得，還可以利用農(nóng)作物秸稈、動物糞便和有機物發(fā)酵獲得，是可再生以及重復(fù)利用，轉(zhuǎn)換氫能的優(yōu)選媒介，也是實現(xiàn)國家中長期儲能的大宗化工原料。未來可以直接用空氣中的二氧化碳或工廠排放的二氧化碳生產(chǎn)甲醇。
水氫機的普遍使用，將改善電力系統(tǒng)的整體運營效率。水氫發(fā)電技術(shù)通過在發(fā)、供、用各環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)配合，減少系統(tǒng)冗余和備用，提高電力系統(tǒng)設(shè)備利用率。同時，延長升級改造的周期，從而降低投資和用電價格。
原標(biāo)題：資料 | 幾種電力儲能方式簡析
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