近幾十年來(lái)，儲(chǔ)能技術(shù)的研究和發(fā)展一直受到各國(guó)能源、交通、電力、電訊等部門的重視。儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，主要集中在可再生能源發(fā)電移峰、分布式能源及微電網(wǎng)、電力輔助服務(wù)、電力質(zhì)量調(diào)頻、電動(dòng)汽車充換電等方面，是解決新能源電力儲(chǔ)存的關(guān)鍵技術(shù)。

電能可以轉(zhuǎn)換為化學(xué)能、勢(shì)能、動(dòng)能、電磁能等形態(tài)進(jìn)行存儲(chǔ)，按照具體的技術(shù)類型可分為物理儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能和相變儲(chǔ)能等。其中物理儲(chǔ)能包括抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能和飛輪儲(chǔ)能;電磁儲(chǔ)能包括超導(dǎo)、超級(jí)電容和高能密度電容儲(chǔ)能;電化學(xué)儲(chǔ)能包括鉛酸、鎳氫、鎳鎘、鋰離子、鈉硫和液流等電池儲(chǔ)能;相變儲(chǔ)能包括冰蓄冷儲(chǔ)能等。

物理儲(chǔ)能是當(dāng)前并網(wǎng)型儲(chǔ)能的主導(dǎo)技術(shù)

抽水蓄能是當(dāng)前最主要的電力儲(chǔ)能技術(shù)。抽水儲(chǔ)能電站配備上、下游兩個(gè)水庫(kù)，負(fù)荷低谷時(shí)段抽水儲(chǔ)能設(shè)備工作在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，將下游水庫(kù)的水抽到上游水庫(kù)保存，負(fù)荷高峰時(shí)抽水儲(chǔ)能設(shè)備處于發(fā)電機(jī)的狀態(tài)，利用儲(chǔ)存在上游水庫(kù)中的水發(fā)電。

目前，世界范圍內(nèi)抽水蓄能電站主要集中分布在美國(guó)、日本和西歐等國(guó)家和地區(qū)，并網(wǎng)總裝機(jī)容量超過(guò)7000萬(wàn)千瓦，約占全球發(fā)電裝機(jī)容量的1.2%。而美國(guó)、日本和西歐等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家抽水蓄能機(jī)組容量占到了世界抽水蓄能電站總裝機(jī)容量的70%以上。近年來(lái)，世界大型抽水蓄能電站的應(yīng)用案例主要有日本神流川電站(裝機(jī)282萬(wàn)千瓦)，美國(guó)落基山電站(裝機(jī)76萬(wàn)千瓦)，德國(guó)金谷電站(裝機(jī)106萬(wàn)千瓦)。

壓縮空氣儲(chǔ)能也是一種物理儲(chǔ)能形式。儲(chǔ)能時(shí)，壓縮機(jī)將空氣壓縮并存于儲(chǔ)氣室中，儲(chǔ)存室一般由鋼瓶、巖洞、廢棄礦洞充當(dāng)。釋能時(shí)，高壓空氣從儲(chǔ)氣室釋放， 做功發(fā)電。目前全球壓縮空氣儲(chǔ)能裝機(jī)約40萬(wàn)千瓦。壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)研究始于20世紀(jì)40年代，70年代后，德、美等國(guó)相繼投運(yùn)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，將幾十至一百多個(gè)大氣壓的空氣儲(chǔ)存于礦洞或地下洞穴，釋能時(shí)采用天然氣補(bǔ)燃的方式通過(guò)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電，效率為42%~54%。壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)術(shù)比較成熟，但大規(guī)模的應(yīng)用需要洞穴儲(chǔ)氣，選址有一定困難，2000年后全球無(wú)新增商業(yè)化運(yùn)營(yíng)的案例。

電化學(xué)儲(chǔ)能發(fā)展快速

鋰離子電池儲(chǔ)能是應(yīng)用最廣泛的并網(wǎng)型電化學(xué)儲(chǔ)能。近幾年來(lái)，大規(guī)模鋰離子儲(chǔ)能技術(shù)也已進(jìn)入示范應(yīng)用階段，特別是動(dòng)力型鋰離子電池已在電動(dòng)工具、電動(dòng)自行車、混合電動(dòng)車等領(lǐng)域進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用。此外，美國(guó)、中國(guó)等國(guó)近年還在開(kāi)展大功率鋰電池在儲(chǔ)能電站中的應(yīng)用研究和實(shí)踐。目前，世界上運(yùn)行的最大鋰離子儲(chǔ)能系統(tǒng)是A123公司投資建設(shè)的裝機(jī)容量為2兆瓦的儲(chǔ)能電站。截至2014年年底，全球并網(wǎng)型鋰離子儲(chǔ)能裝機(jī)容量約為29.3萬(wàn)千瓦，其中美國(guó)鋰離子電池裝機(jī)規(guī)模最大，達(dá)11萬(wàn)千瓦。


液流氧化還原電池，簡(jiǎn)稱液流蓄電站或液流電池，被視為新興、高效，并具有廣闊發(fā)展前景的大規(guī)模電力儲(chǔ)能電池。經(jīng)過(guò)30多年相關(guān)技術(shù)和材料的研究與發(fā)展，液流氧化還原電池商業(yè)示范項(xiàng)目最多的國(guó)家是日本，主要應(yīng)用在可再生能源發(fā)電、電網(wǎng)調(diào)峰、平衡負(fù)載和小型備用電站中，功率從20千萬(wàn)至6兆瓦，能量效率超過(guò)70%。截至2014年年底，我國(guó)液流電池裝機(jī)容量超過(guò)1萬(wàn)千瓦。

儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用

除了以上流行的儲(chǔ)能技術(shù)，還有一些應(yīng)用比較廣泛的儲(chǔ)能方式。

首先是飛輪儲(chǔ)能，目前主要應(yīng)用于為蓄電池系統(tǒng)作補(bǔ)充，如用于不間斷電源 / 應(yīng)急電源、電網(wǎng)調(diào)峰和頻率控制。截至2014年年底，飛輪儲(chǔ)能總裝機(jī)容量在美國(guó)為40.5兆瓦，在加拿大為2兆瓦。其次是超級(jí)電容器，目前，美國(guó)TVA電力公司成功開(kāi)發(fā)的200千瓦超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)，主要用于大功率直流電機(jī)的啟動(dòng)支撐。再次是超導(dǎo)電磁儲(chǔ)能，是利用超導(dǎo)體制成的線圈將電磁能直接儲(chǔ)存起來(lái)，需要時(shí)再將電磁能返回電網(wǎng)或其他負(fù)載。還有熱儲(chǔ)能，這種儲(chǔ)能技術(shù)在能源應(yīng)用的集中供應(yīng)端和用戶端都有重要應(yīng)用。最后還有深冷儲(chǔ)能技術(shù)，可將儲(chǔ)熱(冷)直接用于大規(guī)模電能管理，利用空氣常壓下極低的液化點(diǎn)，有效解決一般儲(chǔ)熱技術(shù)能量密度小等問(wèn)題。目前一些示范電廠與英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)合作應(yīng)用深冷儲(chǔ)能技術(shù)為電網(wǎng)提供各種容量需求和輔助服務(wù)。

儲(chǔ)能技術(shù)能否在電力系統(tǒng)中得到推廣應(yīng)用，主要取決于是否能夠達(dá)到一定的儲(chǔ)能規(guī)模等級(jí) , 是否具備適合工程化應(yīng)用的設(shè)備形態(tài)，以及是否具有較高的安全可靠性和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。

安全與可靠始終是電力系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求，兆瓦級(jí) / 兆瓦時(shí)級(jí)規(guī)模的儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)技術(shù)的安全與可靠性提出了更高的要求，能否在此規(guī)模及更大規(guī)模下安全可靠地運(yùn)行將是評(píng)價(jià)一種儲(chǔ)能技術(shù)能否大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用的指標(biāo)之一。

未來(lái)廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的儲(chǔ)能技術(shù)，至少需達(dá)到兆瓦級(jí) / 兆瓦時(shí)級(jí)的儲(chǔ)能規(guī)模。目前，抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能和電化學(xué)電池儲(chǔ)能可達(dá)到兆瓦級(jí) / 兆瓦時(shí)級(jí)的儲(chǔ)能規(guī)模，而飛輪儲(chǔ)能、超導(dǎo)磁儲(chǔ)能及超級(jí)電容器等功率型儲(chǔ)能技術(shù)很難達(dá)到兆瓦時(shí)級(jí)。具體來(lái)說(shuō)，抽水蓄能和大型壓縮空氣儲(chǔ)能可達(dá)到數(shù)百兆瓦級(jí) / 數(shù)百兆瓦時(shí)級(jí)，電池儲(chǔ)能、不采用地下洞穴和天然氣的新型壓縮空氣儲(chǔ)能能夠達(dá)到兆瓦級(jí) / 兆瓦時(shí)級(jí)。因此，由于安全可靠性高，抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能和電池儲(chǔ)能等能量型儲(chǔ)能技術(shù)是大規(guī)模發(fā)展儲(chǔ)能技術(shù)的首選。