储能(能源的储存)

储能（英文名：energy storage）是指通过储能设备将能量以机械能、热能、电磁能等形式进行存储。储能不仅可以提高常规发电和输电的效率、安全性和经济性，还能够实现可再生能源平滑波动、调峰调频，满足可再生能源大规模接入的的重要手段，同时它也是分布式能源系统、智能电网系统的重要组成部分。

储能可分为物理储能、化学储能、电磁储能三类，其中物理储能主要包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等，化学储能主要包括铅酸电池、锂离子电池、钠硫电池、液流电池等，电磁储能主要包括超级电容器储能、超导储能。

美国为支持储能发展，从2009年开始出台了一系列产业规划和财税政策用于支持技术研发及示范应用。2016年，中国国家发展改革委等三部门联合印发《中国制造2025-能源装备实施方案》，储能成为能源装备发展任务的15个领域之一。2017年，国家能源局等多部委联合印发《促进储能技术与产业发展的指导意见》，这是中国首个国家层面出台的储能产业政策。2023年6月2日，中国国家能源局组织发布《新型电力系统发展蓝皮书》。截至2024年1月7日，中国各省新获备案的储能项目已超130个。

发展历程

美国为支持储能发展，从2009年开始出台了一系列产业规划和财税政策用于支持技术研发及示范应用。日本也投入大量资金支持核心设备开发、示范项目建设及商业化运作。欧盟国家与加拿大、韩国等也分别出台相应政策激励储能行业发展。2016年，中国国家发展改革委等三部门联合印发《中国制造2025-能源装备实施方案》，储能成为能源装备发展任务的15个领域之一。2017年，国家能源局等多部委联合印发《促进储能技术与产业发展的指导意见》，这是中国首个国家层面出台的储能产业政策。2018年，联邦能源管理委员会(FERC)第841号法案规定储能可以以市场竞争的方式参与电力市场，其能源部频繁发布储能计划和《储能大挑战路线图》，并拨付大量款项进行多条储能技术路线研发及全产业链建设。2019年以来，欧盟密集发布了大量电池研究计划和战略部署，引导多技术路线的价值链共同发展。

中国也出台了储能系列相关政策。国家能源局《抽水蓄能中长期发展规划(2021-2035年)》要求，抽水蓄能到2025年投产总规模在6200万KW以上，到2030年1.2亿KW左右。中国国家发展改革委、能源局《“十四五”新型储能发展实施方案》和《关于加快推动新型储能发展的指导意见》(发改能源规[2021]1051号)规定，要加快推动新型储能高质量规模化发展，到2025年，新型储能由商业化初期步入规模化发展阶段、具备大规模商业化应用条件，装机规模达3000万KW；到2030年，新型储能全面市场化发展。截至2021年3月11日，由中央引导地方科技发展专项资金支持福建建设的太阳能转换与储能工程技术创新平台，以太阳能光电材料/器件、储能材料/器件和智能能源管理为核心，开展创新性研究和工程化应用，已建设了太阳能光伏工程中试研究中心、锂离子电池工程中试研究中心和能源智能管理工程技术创新平台。

2023年6月2日，国家能源局组织发布的《新型电力系统发展蓝皮书》提出，充分发挥储电、储热、储气、储冷、储氢等优势，实现多种类储能在电力系统中有机结合和优化运行。截至2024年1月7日，中国各省新获备案的储能项目已超130个。

储能类型

物理储能

物理储能主要包括以下几种类型。

飞轮储能

飞轮储能是将电能转化为旋转动能进行存储。它是一个机电系统，主要由电动机、轴承、电力电子组件、旋转体和外壳构成。通过电动机带动飞轮转动将电能转化为动能，而电动机也可充当发电机，将动能转化为电能释放。

抽水储能

抽水蓄能是将电能转化为水的势能进行存储，基本组成包括两处位于不同海拔的水库、水泵、水轮机及输水系统等。当电力需求低时，利用电能将下水库的水抽至上水库，将电能转化成势能存储；当电力需求高时，释放上水库的水，推动水轮机发电。

压缩空气储能

压缩空气储能是一种基于燃气轮机发展而来的储能技术，主要由压缩系统、发电机、膨胀系统、离合器和储气罐等构成。当电能富余时，利用电能驱动压缩机，将空气压缩并存储于腔室中；当需要电能时，释放腔室中的高压空气，驱动发电机发电。

超级电容器储能

超级电容器中属于物理储能形式的为双电层电容器，它可利用电极和电解质间的界面双电层来存储能量。当电极和电解液接触时，由于库仑力、分子间力或原子间力的极化作用，形成符号相反的稳定双电荷，从而实现储能，而通过改变电解液的极化方向可实现释能。

超导磁储能

超导磁储能是目前唯一可将电能直接无损耗地以电磁能形式存储的技术，它在超导状态下，无焦耳热损耗，几乎实现电流零损耗。当需要电能时，可通过电流互感器馈网。

化学储能

化学储能主要包括以下几种类型，且主要是电化学储能。

锂离子电池储能

以锂离子电池作为储能载体，锂离子电池以碳材料、钛酸锂等作为负极，锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰酸锂等作为正极，含锂盐作为电解液。当电池充电时，锂离子从正极脱出，嵌入负极材料中。放电时，锂离子从负极脱出，嵌入正极材料中，实现能量转移。

铅蓄电池储能

以铅蓄电池作为储能载体，铅蓄电池以二氧化铅作为正极活性物质，高比表面多孔结构的金属铅作为负极活性物质，硫酸溶液作为电解液。充电时，电解液主要成分发生反应，生成正负极活性物质，实现电量转化成化学能。放电时反之。

液流电池储能

以液流电池作为储能载体，典型代表为全钒液流电池，其正极活性物质为V5+/V4+电对，负极活性物质为v2+/V3+电对。充电过程，正极活性物质价态升高，负极活性物质价态降低。放电过程反之，从而实现能量的存储与释放。

钠硫电池储能

以钠硫电池作为储能载体，钠硫电池以钠和硫分别用作正极和负极，氧化铝陶瓷作为隔膜和电解质，通过充放电过程中的电化学反应实现电能与化学能的相关转化。

钠离子电池储能

以钠离子电池作为储能载体，钠离子电池与锂离子电池构成类似，是基于钠离子的一种“摇椅电池”。充电时，Na+从富钠态的正极经钠盐电解液，穿过隔膜，进入贫钠态的负极。放电时反之，从而实现能量的存储与释放。

氢储能

氢能源可实现气、液、固三态存储，存储过程自耗少，能量密度高，生产方式多样，目前广泛推广的氢储能是指氢气通过氧化还原反应释放能量。

电磁储能

电磁储能包括超导磁储能、超级电容器储能等。

超导磁储能

超导磁储能利用超导线圈将电磁能直接储存起来，需要时再将电磁能回馈电网或其他负载。其基本原理是引导电能储存于直流电流过的一个环状超导电感线圈(超导体在很低温度时电阻儿乎为零，磁能不因导线电阻发热而消耗)所产生的磁场中。超导磁储能的功率大、转换效率高(超过90%)、响应速度快(毫秒级)、使用寿命长(除真空和制冷系统外无转动部件)，但超导线圈需要置于极低温液体中，成本高、系统复杂。

超级电容器储能

超级电容器是一种介于传统电容器和二次电池的储能器件，按储能机理可分为双电层电容和法拉第赝电容。双电层电容是利用电极和电解质之间形成的界面双电层来存储能量，电极通常为多孔碳材料；法拉第赝电容则是利用电极材料在充放电过程中发生的快速可逆化学反应来实现能量存储，其电极材料多使用金属及金属氧化物和导电聚合物。超级电容器的功率密度高(10~10W/kg)、循环寿命长(反复储能数十万次)、工作温限宽(-40~80℃)，但其能量密度低，在大电流下的容量衰减较为明显，其安全性和寿命也需提高。

应用

储能技术的应用场景广泛，如电力调峰、可再生能源利用、净零能耗建筑能源系统、智慧交通等。储能技术的应用形式也日趋多元化，比如多种储能技术耦合互补、与传统石化能源的多源耦合、便携移动式储能充电站等。

储能在电力系统中的应用场景划分为发电侧、电网侧和用户侧。发电侧可分为传统电源侧和新能源侧两个场景;电网侧主要安装在变电站及其附近;用户侧以工商业储能为主。具体到应用场景的装机测算，在储能装机需求中，发电侧为主要推动力。

能源公用事业应用

电化学储能是在电能需求量较低时的方法，电池储能主要集中在运输系统、小型便携式电源或间歇性备用电源系统上，未来可集中应用于公用事业领域，如提供变电站峰值配电容量延迟、调峰以及增强其可靠性。

可再生能源应用

电能存储技术在包含可再生能源的电力系统中的各种应用，包括提高可再生能源渗透率、负载均衡、频率调节、提供运营储备和改善微智能电网。在压缩空气储能应用方面，将风能、太阳能和潮汐能等可再生能源与电网进行整合，可增加CAES的灵活性。韩越等则从多能源耦合的角度分析了压缩空气储能与其他火力发电机组及可再生能源的耦合形式和技术特点，为压缩空气储能技术的应用形式提供了综合全面的参考与指导。

物流运输应用

随着现代物流运输技术快速发展，面向先进储能系统也逐步显现。车载储能系统混合动力汽车需追求高功率密度，以满足快速充放电、加速、高循环效率、易于控制和系统再生制动能力强等需求。地面电动车辆中使用的主要储能装置是电池，电化学电容器具有比电池更高的功率密度，可用于电动和燃料电池汽车。Cao等提出了一种新的电池/超级电容混合储能系统，用于电动汽车，该设计充分利用了超级电容器的功率能力，而不需要匹配功率转换器来满足实时峰值功率需求，能明显改善蓄电池负载状况和车辆驾驶性能。为了提高储能能量密度，使用飞轮和电池的混合动力系统很具吸引力，其中飞轮具有高功率密度，可以很好地应对波动的功耗，而电池则具有高能量密度，可以作为推进的主要动力源。此外，对于大型车辆，比如火车，则可以通过在供电变电站、铁路轨道沿线或列车上安装储能装置，以获取车辆制动能量。