一、儲能系統分類

現有(you)的(de)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)系(xi)統主要分為五類：機(ji)械(xie)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)、電氣儲(chu)(chu)能(neng)(neng)、電化(hua)學儲(chu)(chu)能(neng)(neng)、熱儲(chu)(chu)能(neng)(neng)和化(hua)學儲(chu)(chu)能(neng)(neng)。目前世界占比最高的(de)是抽(chou)水蓄能(neng)(neng)，其(qi)總(zong)(zong)裝機(ji)容量規模達(da)到了(le)127GW，占總(zong)(zong)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)容量的(de)99%，其(qi)次是壓縮空氣儲(chu)(chu)能(neng)(neng)，總(zong)(zong)裝機(ji)容量為440MW，排名第(di)三(san)的(de)是鈉硫電池，總(zong)(zong)容量規模為316MW。

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二、各種儲能系統優缺點對比

1、機械儲能

機械儲(chu)能主要包括抽(chou)水蓄能、壓縮空氣儲(chu)能和(he)飛輪儲(chu)能等。

（1）抽水蓄能(neng)：將電(dian)(dian)網低谷時(shi)利(li)用(yong)過剩電(dian)(dian)力作(zuo)為液態(tai)能(neng)量媒體的水從地勢(shi)低的水庫(ku)(ku)抽到(dao)地勢(shi)高(gao)的水庫(ku)(ku)，電(dian)(dian)網峰荷時(shi)高(gao)地勢(shi)水庫(ku)(ku)中(zhong)的水回(hui)流到(dao)下水庫(ku)(ku)推動水輪機發(fa)電(dian)(dian)機發(fa)電(dian)(dian)，效率一(yi)般為75%左右(you)，俗稱(cheng)進4出3，具(ju)有日(ri)調節能(neng)力，用(yong)于(yu)調峰和(he)備(bei)用(yong)。

不(bu)足之(zhi)處：選址(zhi)困難，及其依賴地勢(shi)；投資周期較大，損耗較高，包括抽(chou)蓄損耗+線路損耗；現階段也受中國(guo)(guo)電價(jia)政(zheng)策的(de)制約，去年(nian)中國(guo)(guo)80%以上的(de)抽(chou)蓄都曬(shai)太陽，去年(nian)八月(yue)發(fa)改(gai)委(wei)出了個關(guan)于抽(chou)蓄電價(jia)的(de)政(zheng)策，以后可能會好些(xie)，但肯定(ding)不(bu)是儲能的(de)發(fa)展趨勢(shi)。

（2）壓(ya)縮(suo)空(kong)氣儲(chu)能（CAES）：壓(ya)縮(suo)空(kong)氣蓄能是利用(yong)電(dian)力(li)系(xi)統負荷低谷時的(de)剩余(yu)電(dian)量(liang)，由電(dian)動(dong)(dong)機(ji)帶動(dong)(dong)空(kong)氣壓(ya)縮(suo)機(ji)，將空(kong)氣壓(ya)入(ru)作為儲(chu)氣室的(de)密閉大容量(liang)地下洞穴，當系(xi)統發電(dian)量(liang)不足時，將壓(ya)縮(suo)空(kong)氣經(jing)換熱(re)器與油或天然氣混合燃燒(shao)，導入(ru)燃氣輪(lun)機(ji)作功發電(dian)。國外研究較多(duo)，技(ji)術成熟，我國開始(shi)稍(shao)晚，好像(xiang)盧強院(yuan)士對這方面研究比較多(duo)，什么(me)冷(leng)電(dian)聯產之類的(de)。

壓縮(suo)空氣儲也有(you)調峰(feng)功能，適合用于(yu)大規模風(feng)場(chang)，因為風(feng)能產(chan)生的機械功可(ke)以直接驅動壓縮(suo)機旋轉(zhuan)，減少(shao)了中(zhong)間轉(zhuan)換成(cheng)電的環節，從(cong)而(er)提高(gao)效率。

不足之處：一大缺陷在(zai)于效(xiao)率較低(di)(di)(di)。原因在(zai)于空(kong)氣(qi)(qi)(qi)受到(dao)壓(ya)縮時溫度會(hui)升高，空(kong)氣(qi)(qi)(qi)釋放(fang)膨(peng)脹(zhang)的過程中溫度會(hui)降(jiang)低(di)(di)(di)。在(zai)壓(ya)縮空(kong)氣(qi)(qi)(qi)過程中一部分能(neng)量以(yi)(yi)熱(re)能(neng)的形式散(san)失(shi)，在(zai)膨(peng)脹(zhang)之前就(jiu)必須要重新加(jia)熱(re)。通常以(yi)(yi)天(tian)然氣(qi)(qi)(qi)作為(wei)加(jia)熱(re)空(kong)氣(qi)(qi)(qi)的熱(re)源，這就(jiu)導致蓄(xu)能(neng)效(xiao)率降(jiang)低(di)(di)(di)。還有可(ke)以(yi)(yi)想到(dao)的不足就(jiu)是需(xu)要大型儲氣(qi)(qi)(qi)裝(zhuang)置(zhi)、一定的地質條件和依賴燃(ran)燒化石燃(ran)料。

（3）飛(fei)輪儲(chu)(chu)能(neng)(neng)：是(shi)利用(yong)高(gao)速旋轉(zhuan)的(de)(de)(de)飛(fei)輪將能(neng)(neng)量以動能(neng)(neng)的(de)(de)(de)形式儲(chu)(chu)存起來(lai)。需要能(neng)(neng)量時，飛(fei)輪減(jian)速運(yun)行，將存儲(chu)(chu)的(de)(de)(de)能(neng)(neng)量釋放出來(lai)。飛(fei)輪儲(chu)(chu)能(neng)(neng)其(qi)中的(de)(de)(de)單項技術國(guo)內基本(ben)都有了(但和國(guo)外(wai)差距在10年以上)，難(nan)點在于根據不同的(de)(de)(de)用(yong)途開(kai)發不同功能(neng)(neng)的(de)(de)(de)新(xin)產品，因此飛(fei)輪儲(chu)(chu)能(neng)(neng)電源是(shi)一種高(gao)技術產品但原(yuan)始創(chuang)新(xin)性并(bing)不足，這使得它較難(nan)獲得國(guo)家(jia)的(de)(de)(de)科研經費支(zhi)持(chi)。

不(bu)(bu)足之處(chu)：能量密(mi)度不(bu)(bu)夠高、自放電率高，如(ru)停止充(chong)電，能量在幾(ji)到幾(ji)十個小時內就會(hui)自行耗盡。只(zhi)適合(he)于一些細分(fen)市場，比如(ru)高品質不(bu)(bu)間斷電源等(deng)。

2、電氣儲能

（1）超(chao)(chao)級(ji)(ji)電(dian)(dian)容(rong)器(qi)(qi)儲(chu)能：用(yong)活性炭多(duo)孔電(dian)(dian)極和電(dian)(dian)解質(zhi)組成(cheng)的(de)雙電(dian)(dian)層結構獲得超(chao)(chao)大(da)的(de)電(dian)(dian)容(rong)量。與利用(yong)化學(xue)反(fan)應(ying)的(de)蓄(xu)電(dian)(dian)池(chi)不(bu)同(tong)，超(chao)(chao)級(ji)(ji)電(dian)(dian)容(rong)器(qi)(qi)的(de)充(chong)放(fang)電(dian)(dian)過程(cheng)始(shi)終是(shi)(shi)物理過程(cheng)。充(chong)電(dian)(dian)時間短、使用(yong)壽命長、溫(wen)度特性好、節約能源(yuan)和綠色環保。超(chao)(chao)級(ji)(ji)電(dian)(dian)容(rong)沒有太復雜的(de)東西(xi)，就(jiu)是(shi)(shi)電(dian)(dian)容(rong)充(chong)電(dian)(dian)，其余就(jiu)是(shi)(shi)材料的(de)問題，目(mu)前研(yan)究的(de)方向是(shi)(shi)能否(fou)做到面積很(hen)小，電(dian)(dian)容(rong)更大(da)。超(chao)(chao)級(ji)(ji)電(dian)(dian)容(rong)器(qi)(qi)的(de)發(fa)展還是(shi)(shi)很(hen)快的(de)，目(mu)前石(shi)墨(mo)烯材料為基礎(chu)的(de)新型超(chao)(chao)級(ji)(ji)電(dian)(dian)容(rong)器(qi)(qi)，非常火。

Tesla首席(xi)執行(xing)官(guan)ElonMusk早在2011年就表示，傳統電(dian)動(dong)(dong)汽(qi)車的電(dian)池已(yi)經過時(shi)，未來以超級(ji)電(dian)容器為(wei)動(dong)(dong)力(li)系統的新型汽(qi)車將取而代(dai)之(zhi)。

不(bu)足之處：和(he)電池(chi)相(xiang)(xiang)比(bi)，其能量密度導(dao)致(zhi)同等(deng)重(zhong)量下儲能量相(xiang)(xiang)對較(jiao)低，直接導(dao)致(zhi)的(de)就是(shi)續航能力差，依賴于新材(cai)料的(de)誕生，比(bi)如石墨烯。

（2）超(chao)(chao)導(dao)儲(chu)能(neng)（SMES）：利用超(chao)(chao)導(dao)體的(de)(de)電阻為零(ling)特性制(zhi)成的(de)(de)儲(chu)存電能(neng)的(de)(de)裝(zhuang)置(zhi)。超(chao)(chao)導(dao)儲(chu)能(neng)系(xi)統(tong)大(da)致(zhi)包括超(chao)(chao)導(dao)線圈、低溫系(xi)統(tong)、功率調節系(xi)統(tong)和監控系(xi)統(tong)4大(da)部分。超(chao)(chao)導(dao)材(cai)(cai)料(liao)(liao)技術(shu)開(kai)發是超(chao)(chao)導(dao)儲(chu)能(neng)技術(shu)的(de)(de)重中之(zhi)重。超(chao)(chao)導(dao)材(cai)(cai)料(liao)(liao)大(da)致(zhi)可(ke)分為低溫超(chao)(chao)導(dao)材(cai)(cai)料(liao)(liao)、高溫超(chao)(chao)導(dao)材(cai)(cai)料(liao)(liao)和室溫超(chao)(chao)導(dao)材(cai)(cai)料(liao)(liao)。

不足之處：超導儲能的(de)(de)成本很(hen)高（材料(liao)和(he)低溫制(zhi)冷系統(tong)），使得它的(de)(de)應用(yong)受到很(hen)大限制(zhi)。可靠性和(he)經(jing)濟(ji)性的(de)(de)制(zhi)約，商業化應用(yong)還比較遠。

3、電化學儲能

（1）鉛酸電(dian)(dian)(dian)池：是(shi)一(yi)種電(dian)(dian)(dian)極主要(yao)由(you)鉛及其氧(yang)化物制成，電(dian)(dian)(dian)解液是(shi)硫(liu)酸溶液的蓄電(dian)(dian)(dian)池。目(mu)前(qian)在世界上應用廣泛(fan)，循環壽命可達1000次左右，效率能(neng)達到80%-90%，性(xing)價比高，常用于電(dian)(dian)(dian)力系(xi)統的事故電(dian)(dian)(dian)源或備用電(dian)(dian)(dian)源。

不足之(zhi)處：如果深度、快速(su)大功率(lv)放電(dian)時，可用容量會下降。其特點是能量密度低，壽(shou)命短(duan)。鉛酸(suan)電(dian)池今(jin)年通過將(jiang)(jiang)具有超級活性的炭材(cai)料添加到鉛酸(suan)電(dian)池的負極板上(shang)，將(jiang)(jiang)其循環(huan)壽(shou)命提高很多(duo)。

（2）鋰(li)離子電(dian)池：是(shi)(shi)一類由鋰(li)金(jin)屬或鋰(li)合金(jin)為負(fu)極材料(liao)、使用(yong)(yong)非水電(dian)解質溶液的(de)電(dian)池。主(zhu)要應用(yong)(yong)于便攜式的(de)移動(dong)設(she)備(bei)中，其效(xiao)率可(ke)達(da)95%以(yi)上(shang)，放電(dian)時間(jian)可(ke)達(da)數(shu)小時，循環次數(shu)可(ke)達(da)5000次或更(geng)多(duo)(duo)，響(xiang)應快速(su)，是(shi)(shi)電(dian)池中能(neng)量最(zui)高的(de)實用(yong)(yong)性電(dian)池，目(mu)前來(lai)說用(yong)(yong)的(de)最(zui)多(duo)(duo)。近年來(lai)技術也(ye)(ye)在不斷進行升級，正負(fu)極材料(liao)也(ye)(ye)有多(duo)(duo)種應用(yong)(yong)。

市場上主(zhu)流(liu)的動(dong)力鋰(li)(li)電(dian)(dian)(dian)池分(fen)為三大類：鈷酸鋰(li)(li)電(dian)(dian)(dian)池、錳酸鋰(li)(li)電(dian)(dian)(dian)池和磷(lin)酸鐵鋰(li)(li)電(dian)(dian)(dian)池。前者能量密度高，但(dan)是安(an)全性稍(shao)差，后者相(xiang)反，國內電(dian)(dian)(dian)動(dong)汽車比(bi)如比(bi)亞迪，目前大多(duo)采用磷(lin)酸鐵鋰(li)(li)電(dian)(dian)(dian)池。但(dan)是好像老外都在玩(wan)三元鋰(li)(li)電(dian)(dian)(dian)池和磷(lin)酸鐵鋰(li)(li)電(dian)(dian)(dian)池？

鋰(li)硫(liu)電池(chi)也很火，是(shi)以硫(liu)元素作(zuo)為(wei)正(zheng)極、金(jin)屬鋰(li)作(zuo)為(wei)負極的一(yi)種電池(chi)，其(qi)理論比能量密度(du)(du)可達(da)2600wh/kg，實際能量密度(du)(du)可達(da)450wh/kg。但如何大(da)幅提高(gao)該電池(chi)的充放(fang)電循環壽(shou)命、使用安全性(xing)也是(shi)很大(da)的問題。

不足之處：存(cun)在價格高(gao)（4元/wh）、過充導致發熱、燃燒等(deng)安全性問題，需(xu)要進行(xing)充電保護。

（3）鈉(na)硫(liu)(liu)電(dian)池：是一種以金屬鈉(na)為(wei)負極(ji)、硫(liu)(liu)為(wei)正極(ji)、陶瓷(ci)管(guan)為(wei)電(dian)解質(zhi)隔膜的二次電(dian)池。循環周期(qi)可達到(dao)4500次，放電(dian)時間(jian)6-7小時，周期(qi)往返效(xiao)率(lv)75%，能量密度高，響(xiang)應時間(jian)快。目前在日本、德國、法國、美國等地已建有200多(duo)處此類儲能電(dian)站，主要(yao)用于(yu)負荷調平，移(yi)峰和改善電(dian)能質(zhi)量。

不(bu)足之處：因為使用液態(tai)鈉，運行于(yu)高(gao)溫(wen)下，容易燃燒。而且萬一電(dian)(dian)網沒電(dian)(dian)了，還需要柴(chai)油發電(dian)(dian)機幫(bang)助維持(chi)高(gao)溫(wen)，或者(zhe)幫(bang)助滿足電(dian)(dian)池降溫(wen)的條件。

（4）液流電池(chi)(chi)：利用正負極(ji)電解(jie)液分開，各自循環的(de)(de)一種(zhong)高性能(neng)蓄電池(chi)(chi)。電池(chi)(chi)的(de)(de)功率和能(neng)量(liang)是(shi)不相關的(de)(de)，儲(chu)存的(de)(de)能(neng)量(liang)取決于儲(chu)存罐的(de)(de)大小，因(yin)而(er)可以儲(chu)存長達數(shu)小時至數(shu)天(tian)的(de)(de)能(neng)量(liang)，容量(liang)可達MW級。這個電池(chi)(chi)有多個體(ti)系(xi)，如鐵鉻體(ti)系(xi)，鋅溴(xiu)體(ti)系(xi)、多硫化鈉溴(xiu)體(ti)系(xi)以及全釩體(ti)系(xi)，其中釩電池(chi)(chi)最火吧。

不足之處：電(dian)池體積太大；電(dian)池對(dui)環境溫度(du)要求太高；價格貴（這(zhe)(zhe)個可能是短期現象吧(ba)）；系統復雜（又是泵(beng)又是管路(lu)什么的，這(zhe)(zhe)不像鋰(li)電(dian)等(deng)非液(ye)流電(dian)池那(nei)么簡單）。

電池儲能都(dou)存在或(huo)多或(huo)少(shao)的環保(bao)問(wen)題。

4、熱儲能

熱(re)儲(chu)(chu)(chu)能(neng)(neng)：熱(re)儲(chu)(chu)(chu)能(neng)(neng)系統中，熱(re)能(neng)(neng)被儲(chu)(chu)(chu)存在隔熱(re)容器(qi)的媒介(jie)中，需要的時候(hou)轉(zhuan)化回電能(neng)(neng)，也可(ke)直接利用而不再(zai)轉(zhuan)化回電能(neng)(neng)。熱(re)儲(chu)(chu)(chu)能(neng)(neng)又分(fen)為(wei)顯熱(re)儲(chu)(chu)(chu)能(neng)(neng)和潛熱(re)儲(chu)(chu)(chu)能(neng)(neng)。熱(re)儲(chu)(chu)(chu)能(neng)(neng)儲(chu)(chu)(chu)存的熱(re)量可(ke)以(yi)很大，所以(yi)可(ke)利用在可(ke)再(zai)生(sheng)能(neng)(neng)源發電上。

不(bu)足之處：熱(re)儲能要各種(zhong)高(gao)溫(wen)化學(xue)熱(re)工質(zhi)，用用場合比(bi)較受限。

5、化學類儲能

化學(xue)類儲能：利用(yong)氫(qing)或(huo)合(he)成(cheng)天然(ran)(ran)氣(qi)(qi)作(zuo)為二次能源的載(zai)體，利用(yong)多余的電制氫(qing)，可(ke)以直接用(yong)氫(qing)作(zuo)為能量的載(zai)體，也可(ke)以將(jiang)其(qi)與二氧化碳反(fan)應成(cheng)為合(he)成(cheng)天然(ran)(ran)氣(qi)(qi)（甲烷），氫(qing)或(huo)者合(he)成(cheng)天然(ran)(ran)氣(qi)(qi)除(chu)了可(ke)用(yong)于發電外，還有其(qi)他(ta)利用(yong)方式如交(jiao)通(tong)等。德國熱衷于推動此技(ji)術(shu)，并有示范(fan)項目投(tou)入運行(xing)。

不足(zu)之處：全周(zhou)期效(xiao)率(lv)較低，制氫效(xiao)率(lv)僅(jin)40%，合成(cheng)天然氣的效(xiao)率(lv)不到35%。

引(yin)用前(qian)人的總(zong)結：

PHS-抽(chou)水蓄能；CAES-壓縮空氣；Lead-Acid:鉛(qian)酸(suan)電(dian)池(chi)；NiCd:鎳(nie)鎘電(dian)池(chi)；NaS:鈉硫電(dian)池(chi)；ZEBRA:鎳(nie)氯電(dian)池(chi)；Li-ion:鋰(li)電(dian)池(chi)；Fuelcell:燃(ran)料電(dian)池(chi)；Metal-air:金屬空氣電(dian)池(chi)；VRB:液流電(dian)池(chi)；ZnbBr:液流電(dian)池(chi)；PSB:液流電(dian)池(chi)；SolarFuel:太陽(yang)能燃(ran)料電(dian)池(chi)；SMES:超導儲(chu)能；Flywheel:飛(fei)輪；Capacitor/Supercapcitor:電(dian)容(rong)/超級電(dian)容(rong)；AL-TES:水/冰儲(chu)熱/冷系(xi)(xi)統(tong)；CES:低溫儲(chu)能系(xi)(xi)統(tong)；HT-TES：儲(chu)熱系(xi)(xi)統(tong)。

總體(ti)來說，目前(qian)研究發展主要還是集中于超級電(dian)容和電(dian)池(chi)（鋰(li)電(dian)池(chi)、液流電(dian)池(chi)）上。材料領域的突破才是關鍵。