干貨！儲能技術(shù)的分類

福州電校焊接班 2022-02-11

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21世紀是一個社會文明高速發(fā)展的時代，科技在這個時代取得了前所未有的長足進步。從智能AI到尋常的萬家燈火，現(xiàn)代城市的正常運轉(zhuǎn)和人們的衣食住行都離不開能源的支持。但傳統(tǒng)能源日益枯竭，能源的緊缺和分布不均已然成為各個國家不得不面臨的重要問題。

為應對氣候變化，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，中國提出了3060雙碳目標，可再生能源的蓬勃發(fā)展為我們實現(xiàn) 3060 雙碳目標提供了可能。而推動可再生能源從替代能源成為主體能源離不開儲能，儲能是促進能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵技術(shù)。

儲能，是通過特定的裝置或物理介質(zhì)將不同形式的能量通過不同方式儲存起來，以便以后再需要時利用的技術(shù)?，F(xiàn)有的儲能技術(shù)一般分為五種，即機械儲能、電磁儲能、電化學儲能、熱儲能和化學儲能。每種不同的儲能技術(shù)又包含更多不同的應用形式。

機械儲能

機械儲能的應用形式為抽水蓄能、壓縮空氣儲能和飛輪儲能。

抽水蓄能是指在電網(wǎng)低谷時，將水從低位水庫抽到高位水庫儲能，在電網(wǎng)峰荷時，將高水庫中的水回流到下水庫推動水輪機發(fā)電機發(fā)電。它的優(yōu)點是規(guī)模大，能量儲存集中，技術(shù)成熟；負荷響應速度快，調(diào)節(jié)能力好。缺點主要是需要上池和下池；建造比較依賴地理條件，有一定的難度和局限性；與負荷中心有一定距離，需長距離輸電。抽水蓄能是最主要的儲能方式，截至2020年底，抽水蓄能的累計裝機規(guī)模最大，為31.79GW。

壓縮空氣儲能是在電網(wǎng)負荷低谷期將電能用于壓縮空氣，將空氣高壓密封在報廢礦井、沉降的海底儲氣罐、山洞、過期油氣井或新建儲氣井中，在電網(wǎng)負荷高峰期釋放壓縮空氣推動汽輪機發(fā)電的儲能方式。其優(yōu)點有削峰填谷；可再生能源消納；可作為緊急備用電源。缺點是選擇合適地點非常有限；需要燃氣輪機配合；全過程效率低。

飛輪儲能是指利用電動機帶動飛輪高速旋轉(zhuǎn)，在需要的時候再用飛輪帶動發(fā)電機發(fā)電的儲能方式。其優(yōu)點是運行壽命長；功率密度高；維護少、穩(wěn)定性好；響應速度快（毫秒級）。缺點是能量密度低，只可持續(xù)幾秒到幾分鐘；自放電率高。

電磁儲能

電磁儲能的應用形式分為超導儲能和超級電容儲能兩種。

超導儲能系統(tǒng)利用超導線圖將電磁能直接儲存起來，需要時再將電磁能返回電網(wǎng)或其它負載的一種電力設(shè)施。其優(yōu)點是功率密度高；響應速度極快。缺點是超導所使用的材料價格昂貴；能量密度低；維持低溫制冷運行需要大量能量；應用有限。

超級電容儲能是在電極/溶液界面通過電子或離子的定向排列造成電荷的對峙而產(chǎn)生的。其優(yōu)點是壽命長，循環(huán)次數(shù)多；充放電時間快，響應速度快；效率高；維護少，無旋轉(zhuǎn)部件；運行溫度范圍廣，環(huán)境友好等。缺點是電介質(zhì)耐壓很低，儲存能量較少；能量密度低；投資成本高。

電化學儲能

電化學儲能主要包括鉛酸電池、鉛炭電池、鋰離子電池、鈉硫電池和液流電池。電化學儲能是除抽水蓄能之外裝機規(guī)模最大的儲能方式，2020年其累計裝機規(guī)模達到3.27GW。

鉛酸電池的工作原理是鉛酸電池內(nèi)的陽極（Pb02）及陰極（Pb）浸到電解液（稀硫酸）中，兩極間會產(chǎn)生2V的電勢。其特性是可靠性好、原材料易得、價格便宜，但是其最佳充電電流為0.1C左右，充電電流不能大于0.3C，放電電流一般要求在0.05-3C之間；鉛酸電流不可深度充放電，100%放電條件下對電池的壽命影響非常大；鉛酸電池一般在溫度-20度—+50度條件下使用。鉛酸電池主要分為普通蓄電池、干荷蓄電池和免維修蓄電池三種。

鉛炭電池是從傳統(tǒng)的鉛酸電池演變出來的技術(shù)，它是在鉛酸電池的負極中加入了活性炭，將鉛酸電池與超級電容器兩者合一，能夠顯著提高鉛酸電池的壽命。其特性是提升了電池功率密度；延長了循環(huán)壽命；活性炭占據(jù)了部分電極空間，導致能量密度降低。

鋰離子電池實際上是一個鋰離子濃差電池，正負電極由兩種不同的鋰離子嵌入化合物構(gòu)成。2020年，在各類電化學儲能技術(shù)中，我國鋰離子電池的累計儲能裝機規(guī)模最大，為2902.4MW，規(guī)模占比達88.8%。鋰電池比能高、效率高，從綜合性價比來看，最適合儲能場景。常用的鋰離子電池主要有磷酸鐵鋰電池、錳酸鋰電池、鈷酸鋰電池以及三元鋰電池。

鈉硫電池由正極、負極、電解質(zhì)、隔膜和外殼組成，與一般二次電池（鉛酸電池、鎳鎘電池等）不同，鈉硫電池是由熔融電極和固體電解質(zhì)組成，負極的活性物質(zhì)為熔融金屬鈉，正極活性物質(zhì)為液態(tài)硫和多硫化鈉熔鹽。鈉硫電池最大優(yōu)點在于資源稟賦較高，其原材料鈉、硫比較容易獲得，缺點是生產(chǎn)成本高，且存在安全隱患。

液流電池由點堆單元、電解液、電解液存儲供給單元以及管理控制單元等部分構(gòu)成，是利用正負極電解液分開，各自循環(huán)的一種高性能蓄電池，具有容量高、使用領(lǐng)域（環(huán)境）廣、循環(huán)使用壽命長的特點，是一種新能源產(chǎn)品。液流電池中全釩液流電池已比較成熟，其壽命長，循環(huán)次數(shù)可超過一萬次以上，但其能量密度和功率密度與其他電池相比要低，響應時間也不是很快。

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)，可進一步分為顯熱儲存和潛熱儲存等。熱儲能要各種高溫化學熱工質(zhì)，應用場合比較受限。熱儲能包括儲熱和儲冷。

化學儲能

化學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。主要方式包括電解水制氫和合成天然氣。其優(yōu)點是采用這兩種物質(zhì)作能量載體的好處是能量很大，可達TWh級；儲存的時間也很長，可達幾個月。缺點是全周期效率較低，制氫效率只有70%左右，而制合成天然氣的效率60%-65%，從發(fā)電到用電的全周期效率更低，只有30%-40%。

儲能技術(shù)種類繁多，他們的特點各異。實際應用時，要根據(jù)各種儲能技術(shù)的特點以及對優(yōu)缺點進行綜合比較來選擇適當?shù)募夹g(shù)。供選擇的主要特征包括：1.能量密度；2.功率密度；3.響應時間；4.儲能效率；5.設(shè)備壽命或充放電次數(shù)；6.技術(shù)成熟度；7.經(jīng)濟因素（投資成本、運行和維護費用）；8.安全和環(huán)境方面的考慮。