鉅大LARGE | 點擊量：7766次 | 2018年07月27日
全球現有的儲能系統主要分為五類
談到儲能，人們很容易想到電池，但現有的電池技術很難滿足電網級儲能的要求。實際上，儲能的市場潛力非常巨大，根據市場調研公司PikeResearch的預測，從2011年到2021年的10年間，將有1220億美元投入到全球儲能項目中來。而在大規模儲能系統中，最為廣泛應用的抽水蓄能和壓縮空氣儲能等傳統的儲能方式也在經歷不斷改進和創新。今天，無所不能(caixinenergy)為大家推薦一篇文章，該文章分析了目前全球的儲能技術以及其對電網的影響和作用。
現有的儲能系統主要分為五類：機械儲能、電氣儲能、電化學儲能、熱儲能和化學儲能。目前世界占比最高的是抽水蓄能，其總裝機容量規模達到了127GW，占總儲能容量的99%，其次是壓縮空氣儲能，總裝機容量為440MW，排名第三的是鈉硫電池，總容量規模為316MW。
全球現有的儲能系統
1、機械儲能
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
機械儲能主要包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能和飛輪儲能等。
（1）抽水蓄能：將電網低谷時利用過剩電力作為液態能量媒體的水從地勢低的水庫抽到地勢高的水庫，電網峰荷時高地勢水庫中的水回流到下水庫推動水輪機發電機發電，效率一般為75%左右，俗稱進4出3，具有日調節能力，用于調峰和備用。
不足之處：選址困難，及其依賴地勢；投資周期較大，損耗較高，包括抽蓄損耗+線路損耗；現階段也受中國電價政策的制約，去年中國80%以上的抽蓄都曬太陽，去年八月發改委出了個關于抽蓄電價的政策，以后可能會好些，但肯定不是儲能的發展趨勢。
（2）壓縮空氣儲能（CAES）：壓縮空氣蓄能是利用電力系統負荷低谷時的剩余電量，由電動機帶動空氣壓縮機，將空氣壓入作為儲氣室的密閉大容量地下洞穴，當系統發電量不足時，將壓縮空氣經換熱器與油或天然氣混合燃燒，導入燃氣輪機作功發電。國外研究較多，技術成熟，我國開始稍晚，好像盧強院士對這方面研究比較多，什么冷電聯產之類的。
壓縮空氣儲也有調峰功能，適合用于大規模風場，因為風能產生的機械功可以直接驅動壓縮機旋轉，減少了中間轉換成電的環節，從而提高效率。
不足之處：一大缺陷在于效率較低。原因在于空氣受到壓縮時溫度會升高，空氣釋放膨脹的過程中溫度會降低。在壓縮空氣過程中一部分能量以熱能的形式散失，在膨脹之前就必須要重新加熱。通常以天然氣作為加熱空氣的熱源，這就導致蓄能效率降低。還有可以想到的不足就是需要大型儲氣裝置、一定的地質條件和依賴燃燒化石燃料。
（3）飛輪儲能：是利用高速旋轉的飛輪將能量以動能的形式儲存起來。需要能量時，飛輪減速運行，將存儲的能量釋放出來。飛輪儲能其中的單項技術國內基本都有了(但和國外差距在10年以上)，難點在于根據不同的用途開發不同功能的新產品，因此飛輪儲能電源是一種高技術產品但原始創新性并不足，這使得它較難獲得國家的科研經費支持。
不足之處：能量密度不夠高、自放電率高，如停止充電，能量在幾到幾十個小時內就會自行耗盡。只適合于一些細分市場，比如高品質不間斷電源等。
2、電氣儲能
（1）超級電容器儲能：用活性炭多孔電極和電解質組成的雙電層結構獲得超大的電容量。與利用化學反應的蓄電池不同，超級電容器的充放電過程始終是物理過程。充電時間短、使用壽命長、溫度特性好、節約能源和綠色環保。超級電容沒有太復雜的東西，就是電容充電，其余就是材料的問題，目前研究的方向是能否做到面積很小，電容更大。超級電容器的發展還是很快的，目前石墨烯材料為基礎的新型超級電容器，非常火。
Tesla首席執行官ElonMusk早在2011年就表示，傳統電動汽車的電池已經過時，未來以超級電容器為動力系統的新型汽車將取而代之。
不足之處：和電池相比，其能量密度導致同等重量下儲能量相對較低，直接導致的就是續航能力差，依賴于新材料的誕生，比如石墨烯。
（2）超導儲能（SMES）：利用超導體的電阻為零特性制成的儲存電能的裝置。超導儲能系統大致包括超導線圈、低溫系統、功率調節系統和監控系統4大部分。超導材料技術開發是超導儲能技術的重中之重。超導材料大致可分為低溫超導材料、高溫超導材料和室溫超導材料。
不足之處：超導儲能的成本很高（材料和低溫制冷系統），使得它的應用受到很大限制。可靠性和經濟性的制約，商業化應用還比較遠。
3、電化學儲能
（1）鉛酸電池：是一種電極主要由鉛及其氧化物制成，電解液是硫酸溶液的蓄電池。目前在世界上應用廣泛，循環壽命可達1000次左右，效率能達到80%-90%，性價比高，常用于電力系統的事故電源或備用電源。
不足之處：如果深度、快速大功率放電時，可用容量會下降。其特點是能量密度低，壽命短。鉛酸電池今年通過將具有超級活性的炭材料添加到鉛酸電池的負極板上，將其循環壽命提高很多。
（2）鋰離子電池：是一類由鋰金屬或鋰合金為負極材料、使用非水電解質溶液的電池。主要應用于便攜式的移動設備中，其效率可達95%以上，放電時間可達數小時，循環次數可達5000次或更多，響應快速，是電池中能量最高的實用性電池，目前來說用的最多。近年來技術也在不斷進行升級，正負極材料也有多種應用。
市場上主流的動力鋰電池分為三大類：鈷酸鋰電池、錳酸鋰電池和磷酸鐵鋰電池。前者能量密度高，但是安全性稍差，后者相反，國內電動汽車比如比亞迪，目前大多采用磷酸鐵鋰電池。但是好像老外都在玩三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池？
鋰硫電池也很火，是以硫元素作為正極、金屬鋰作為負極的一種電池，其理論比能量密度可達2600wh/kg，實際能量密度可達450wh/kg。但如何大幅提高該電池的充放電循環壽命、使用安全性也是很大的問題。
不足之處：存在價格高（4元/wh）、過充導致發熱、燃燒等安全性問題，需要進行充電保護。
（3）鈉硫電池：是一種以金屬鈉為負極、硫為正極、陶瓷管為電解質隔膜的二次電池。循環周期可達到4500次，放電時間6-7小時，周期往返效率75%，能量密度高，響應時間快。目前在日本、德國、法國、美國等地已建有200多處此類儲能電站，主要用于負荷調平，移峰和改善電能質量。
不足之處：因為使用液態鈉，運行于高溫下，容易燃燒。而且萬一電網沒電了，還需要柴油發電機幫助維持高溫，或者幫助滿足電池降溫的條件。
（4）液流電池：利用正負極電解液分開，各自循環的一種高性能蓄電池。電池的功率和能量是不相關的，儲存的能量取決于儲存罐的大小，因而可以儲存長達數小時至數天的能量，容量可達MW級。這個電池有多個體系，如鐵鉻體系，鋅溴體系、多硫化鈉溴體系以及全釩體系，其中釩電池最火吧。
不足之處：電池體積太大；電池對環境溫度要求太高；價格貴（這個可能是短期現象吧）；系統復雜（又是泵又是管路什么的，這不像鋰電等非液流電池那么簡單）。
電池儲能都存在或多或少的環保問題。
4、熱儲能
熱儲能：熱儲能系統中，熱能被儲存在隔熱容器的媒介中，需要的時候轉化回電能，也可直接利用而不再轉化回電能。熱儲能又分為顯熱儲能和潛熱儲能。熱儲能儲存的熱量可以很大，所以可利用在可再生能源發電上。
不足之處：熱儲能要各種高溫化學熱工質，用用場合比較受限。
5、化學類儲能
化學類儲能：利用氫或合成天然氣作為二次能源的載體，利用多余的電制氫，可以直接用氫作為能量的載體，也可以將其與二氧化碳反應成為合成天然氣（甲烷），氫或者合成天然氣除了可用于發電外，還有其他利用方式如交通等。德國熱衷于推動此技術，并有示范項目投入運行。
不足之處：全周期效率較低，制氫效率僅40%，合成天然氣的效率不到35%。
引用前人的總結：
PHS-抽水蓄能；CAES-壓縮空氣；Lead-Acid:鉛酸電池；NiCd:鎳鎘電池；NaS:鈉硫電池；ZEBRA:鎳氯電池；Li-ion:鋰電池；Fuelcell:燃料電池；Metal-air:金屬空氣電池；VRB:液流電池；ZnbBr:液流電池；PSB:液流電池；SolarFuel:太陽能燃料電池；SMES:超導儲能；Flywheel:飛輪；Capacitor/Supercapcitor:電容/超級電容；AL-TES:水/冰儲熱/冷系統；CES:低溫儲能系統；HT-TES：儲熱系統。
總體來說，目前研究發展主要還是集中于超級電容和電池（鋰電池、液流電池）上。材料領域的突破才是關鍵。
可靠儲能后的電網會是什么樣?
1、支撐實現能源互聯網，智能電網
儲能是智能電網實現能量雙向互動的重要設備。沒有儲能，完整的智能電網無從談起。
2、利用儲能技術面對新能源考驗
主要就是平抑、穩定風能、太陽能等間歇式可再生能源發電的輸出功率，提高電網接納間歇式可再生能源能力。
3、減小峰谷差，提高設備利用率
電網企業在調峰和供電壓力得到緩解的同時，可獲取更多的高峰負荷收益。
4、提高電網安全可靠性和電能質量
提供應急電源;減少因各種暫態電能質量問題造成的損失。
