從廣義上講，儲能即能量存儲，是指通過一種介質(zhì)或者設(shè)備，把一種能量形式用同一種或者轉(zhuǎn)換成另一種能量形式存儲起來，基于未來應(yīng)用需要以特定能量形式釋放出來的循環(huán)過程。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(shí)釋放的一系列技術(shù)和措施。

那么，儲能目前在哪些領(lǐng)域應(yīng)用較多？有多少種儲能方式？

三大儲能領(lǐng)域——電力系統(tǒng)、汽車與家用

在電力系統(tǒng)能源管理領(lǐng)域，儲能技術(shù)為抽水蓄能，化學(xué)電池中液流可能最先具有商業(yè)化條件，其次是鋰離子電池，鉛酸電池還需在技術(shù)上進(jìn)一步提高性能，而鈉硫電池長期被日本壟斷，在我國的商業(yè)化應(yīng)用前景存在較大不確定性。從國外示范研究來看，為穩(wěn)定電力供給提供均勻的功率輸出，需要配套大約新能源發(fā)電容量的20%，并有6-8小時(shí)存儲時(shí)間的電池儲能系統(tǒng)。預(yù)計(jì)到2020年，發(fā)電側(cè)和用電側(cè)合計(jì)需要7.58億千瓦的儲能設(shè)備。

據(jù)預(yù)測，到2024年，全球儲能系統(tǒng)的安裝容量大約將達(dá)45GW/81GWh。雖然與全球發(fā)電總裝機(jī)容量相比，這部分儲能容量的規(guī)模顯得十分微不足道，但電力系統(tǒng)已經(jīng)因?yàn)閮δ芟到y(tǒng)的出現(xiàn)而發(fā)生了質(zhì)的變化。目前來看，電廠級儲能容量主要用于置換效率較低的發(fā)電容量。與此同時(shí)，快速增長的離網(wǎng)型儲能容量，也勢必將改變消費(fèi)者與電廠之間的關(guān)系。

在電動車領(lǐng)域，具有應(yīng)用前景的儲能技術(shù)，以鋰離子電池為主，鉛酸電池也有一定市場。電動車領(lǐng)域需要4.53億千瓦的儲能設(shè)備。全球電動汽車市場規(guī)模呈現(xiàn)迅猛發(fā)展的態(tài)勢，從2011年僅6.80萬輛，增長至2015年的64.30萬輛，年均復(fù)合增長率為75.36%。根據(jù)真鋰研究的預(yù)測，未來隨著新能源汽車?yán)m(xù)航技術(shù)的不斷突破以及核心部件成本的逐步降低，屆時(shí)，全球電動汽車市場規(guī)模也將迎來新一輪的爆發(fā)式增長。

家庭儲能領(lǐng)域，也可以理解為一組為家庭儲存電能的大電池。對于絕大多數(shù)中國家庭來說，這還是一個比較陌生的家電產(chǎn)品。目前，全球主要的家庭儲能系統(tǒng)市場在美國和日本。美國人居所的面積通常比較大，家庭用電較多，擁有風(fēng)、光等新能源發(fā)電系統(tǒng)的家庭數(shù)量也多。由于用電量比較大，且峰谷電費(fèi)存在比較大價(jià)格差異，儲能系統(tǒng)通常被美國家庭用來在電價(jià)低的時(shí)段儲存電能并在高電價(jià)的時(shí)段使用，以達(dá)到節(jié)省電費(fèi)的目的。另外，在邊遠(yuǎn)地區(qū)，以及地震、颶風(fēng)等自然災(zāi)害高發(fā)的地區(qū)，家庭儲能系統(tǒng)被當(dāng)作應(yīng)急電源使用，免除由于災(zāi)害或其他原因?qū)е碌念l繁斷電帶來的不便。

5大類、11種儲能技術(shù)

一、機(jī)械類儲能

機(jī)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。

01抽水蓄能

電網(wǎng)低谷時(shí)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(shí)高標(biāo)高水庫中的水回流到下水庫推動水輪機(jī)發(fā)電機(jī)發(fā)電。

目前，抽水蓄能機(jī)組在一個國家總裝機(jī)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(jī)組容量為5032.5萬千瓦，運(yùn)行容量2338.5萬千瓦，在建容量2694萬千瓦，約占全國總裝機(jī)容量16.5億千瓦的3%。

02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(yùn)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(shí)，快速轉(zhuǎn)移電源，維持小系統(tǒng)的短時(shí)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(yùn)行15秒，2008年投運(yùn)。

03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(shí)再將壓縮空氣與天然氣混合，燃燒膨脹以推動燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電。

至今，只有德國和美國有投運(yùn)的壓縮空氣儲能站。德國Hundorf站于1978年投運(yùn),壓縮功率60MW，發(fā)電功率290MW(后經(jīng)改造提高到321MW)，壓縮時(shí)間/發(fā)電時(shí)間=4，2小時(shí)連續(xù)運(yùn)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(yùn)美國Mcintosh，Alabama阿拉巴馬州，1991年投運(yùn)110MW，壓縮時(shí)間/發(fā)電時(shí)間=1.6，如連續(xù)輸出100MW可維持26小時(shí)，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(yùn)。

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(xiàng)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。

01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(shí)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。

02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(cryogenicvessel)(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(yàn)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(diǎn)，并且還獲得許多實(shí)際應(yīng)用。

01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(dú)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。

02鋰離子電池

鋰離子電池實(shí)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(shí)，Li+從正極脫嵌經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極，此時(shí)負(fù)極處于富鋰態(tài)，正極處于貧鋰態(tài)；放電時(shí)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(jì)算機(jī)、手機(jī)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(jià)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。

03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(yùn)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(jià)格仍然較高。

04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(vanadiumredoxflowbattery，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(diǎn)工程項(xiàng)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(shí)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

太陽能路燈鋰電池

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(shí)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(sensibleheatstorage)和潛熱儲存(latentheatstorage)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(yùn)行中熱水的溫度是有變化的。而潛熱儲存是通過相變材料(PhaseChangeMaterials,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)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。

利用待棄掉的風(fēng)電制氫，通過電解水，將水分解為氫氣和氧氣，從而獲得氫。以后可直接用氫作為能量的載體，再將氫與二氧化碳反應(yīng)成為合成天然氣(甲烷)，以合成天然氣作為另一種二次能量載體。

將氫與二氧化碳合成為甲烷的過程也被稱作為P2G技術(shù)(powertogas)。德國熱衷于推動此項(xiàng)技術(shù)，已有示范項(xiàng)目在德國投入運(yùn)行。以天然氣為燃料的熱電聯(lián)產(chǎn)或冷、熱、電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)已成為分布式發(fā)電和微電網(wǎng)的重要組成部分，在智能配電網(wǎng)中發(fā)揮著重要的作用，氫和合成天然氣為分布式發(fā)電提供了充足的燃料。