中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：從狹義上講，針對(duì)電能的存儲(chǔ)，儲(chǔ)能是指利用化學(xué)或者物理的方法將產(chǎn)生的能量存儲(chǔ)起來(lái)并在需要時(shí)釋放的一系列技術(shù)和措施。
那么，儲(chǔ)能目前在哪些領(lǐng)域應(yīng)用較多?有多少種儲(chǔ)能方式?儲(chǔ)能概念上市公司有哪些?
三大儲(chǔ)能領(lǐng)域—電力系統(tǒng)、汽車(chē)與家用
在電力系統(tǒng)能源管理領(lǐng)域，儲(chǔ)能首選技術(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(zhǎng)期被日本壟斷，在我國(guó)的商業(yè)化應(yīng)用前景存在較大不確定性。
從國(guó)外示范研究來(lái)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(chǔ)時(shí)間的電池儲(chǔ)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(chǔ)能設(shè)備。
據(jù)預(yù)測(cè)，到2024年，全球儲(chǔ)能系統(tǒng)的安裝容量大約將達(dá)到45 GW/81GWh。雖然與全球發(fā)電總裝機(jī)容量相比，這部分儲(chǔ)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?chǔ)能系統(tǒng)的出現(xiàn)而發(fā)生了質(zhì)的變化。
目前來(lái)看，電廠級(jí)儲(chǔ)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(zhǎng)的離網(wǎng)型儲(chǔ)能容量，也勢(shì)必將改變消費(fèi)者與電廠之間的關(guān)系。
在電動(dòng)車(chē)領(lǐng)域，具有應(yīng)用前景的儲(chǔ)能技術(shù)，以鋰離子電池為主，鉛酸電池也有一定市場(chǎng)。電動(dòng)車(chē)領(lǐng)域需要4.53億千瓦的儲(chǔ)能設(shè)備。全球電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)規(guī)模呈現(xiàn)迅猛發(fā)展的態(tài)勢(shì)，從 2011 年僅 6.80 萬(wàn)輛，增長(zhǎng)至 2015 年的 64.30 萬(wàn)輛，年均復(fù)合增長(zhǎng)率為 75.36%。
根據(jù)真鋰研究的預(yù)測(cè)，未來(lái)隨著新能源汽車(chē)?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， 新能源汽車(chē)在全球乘用車(chē)市場(chǎng)于 2017年前后將有望實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瑢脮r(shí)，全球電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)規(guī)模也將迎來(lái)新一輪的爆發(fā)式增長(zhǎng)。
家庭儲(chǔ)能領(lǐng)域，也可以理解為一組為家庭儲(chǔ)存電能的大電池。對(duì)于絕大多數(shù)中國(guó)家庭來(lái)說(shuō)，這還是一個(gè)比較陌生的家電產(chǎn)品。
目前，全球主要的家庭儲(chǔ)能系統(tǒng)市場(chǎng)在美國(guó)和日本。
美國(guó)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(chǔ)能系統(tǒng)通常被美國(guó)家庭用來(lái)在電價(jià)低的時(shí)段儲(chǔ)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(chǔ)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(lái)的不便。
5大類(lèi)、11種儲(chǔ)能技術(shù)
一 、機(jī)械類(lèi)儲(chǔ)能
機(jī)械類(lèi)儲(chǔ)能的應(yīng)用形式只要有抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能和飛輪儲(chǔ)能。
1、抽水蓄能
電網(wǎng)低谷時(shí)利用過(guò)剩電力將作為液態(tài)能量媒體的水從低標(biāo)高的水庫(kù)抽到高標(biāo)高的水庫(kù)，電網(wǎng)峰荷時(shí)高標(biāo)高水庫(kù)中的水回流到下水庫(kù)推動(dòng)水輪機(jī)發(fā)電機(jī)發(fā)電。
目前，抽水蓄能機(jī)組在一個(gè)國(guó)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(chǔ)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(guó)抽水蓄能電站機(jī)組容量為5032.5萬(wàn)千瓦，運(yùn)行容量2338.5萬(wàn)千瓦，在建容量2694萬(wàn)千瓦，約占全國(guó)總裝機(jī)容量16.5億千瓦的3% 。(另在建8座，在建容量894萬(wàn)千瓦)
2、飛輪儲(chǔ)能
在一個(gè)飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)中，電能用于將一個(gè)放在真空外殼內(nèi)的轉(zhuǎn)子即一個(gè)大質(zhì)量的由固體材料制成的圓柱體加速(達(dá)幾萬(wàn)轉(zhuǎn)/分鐘)，從而將電能以動(dòng)能形式儲(chǔ)存起來(lái)(利用大轉(zhuǎn)輪所儲(chǔ)存的慣性能量)。
飛輪儲(chǔ)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(gè)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(dòng)等)。
在我國(guó)剛剛開(kāi)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(chǔ)能系統(tǒng)，能運(yùn)行15秒，2008年投運(yùn)。
3、壓縮空氣儲(chǔ)能
壓縮空氣儲(chǔ)能采用空氣作為能量的載體，大型的壓縮空氣儲(chǔ)能利用過(guò)剩電力將空氣壓縮并儲(chǔ)存在一個(gè)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(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電。
至今, 只有德國(guó)和美國(guó)有投運(yùn)的壓縮空氣儲(chǔ)能站。德國(guó) 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(dòng)過(guò)上萬(wàn)次，啟動(dòng)可靠率達(dá)97%。
此外，德國(guó)正在建造絕熱型壓縮空氣儲(chǔ)能電站，尚未投運(yùn)美國(guó)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(guò)坍塌事故。此外，美國(guó)正在建設(shè)幾座大型的壓縮空氣儲(chǔ)能電站，尚未投運(yùn)。
近來(lái)壓縮空氣儲(chǔ)能的研究和開(kāi)發(fā)熱度在不斷上升，國(guó)家電網(wǎng)公司已立項(xiàng)研究10MW壓縮空氣儲(chǔ)能。
二、 電氣類(lèi)儲(chǔ)能
電氣類(lèi)儲(chǔ)能的應(yīng)用形式只有超級(jí)電容器儲(chǔ)能和超導(dǎo)儲(chǔ)能。
1、超級(jí)電容器儲(chǔ)能
根據(jù)電化學(xué)雙電層理論研制而成的，又稱(chēng)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(wàn)倍的增加，從而產(chǎn)生極大的電容量。
超級(jí)電容器儲(chǔ)能開(kāi)發(fā)已有50多年的歷史，近二十年來(lái)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(jí)，而且比功率密度可達(dá)到傳統(tǒng)電容的十倍。
超級(jí)電容器儲(chǔ)能將電能直接儲(chǔ)存在電場(chǎng)中，無(wú)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(chǔ)能手段聯(lián)合使用。
2、超導(dǎo)儲(chǔ)能
超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)是由一個(gè)用超導(dǎo)材料制成的、放在一個(gè)低溫容器(cryogenic vessel) (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(dòng)的直流電流方式儲(chǔ)存在磁場(chǎng)中。
超導(dǎo)儲(chǔ)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(chǔ)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(lèi)儲(chǔ)能
電化學(xué)類(lèi)儲(chǔ)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(lái)成為關(guān)注的重點(diǎn)，并且還獲得許多實(shí)際應(yīng)用。
1、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(yáng)極(PbO2)及陰極(Pb)浸到電解液(稀硫酸)中，兩極間會(huì)產(chǎn)生2V的電勢(shì)，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(lèi)電池。目前有逐漸被其他電池(如鋰離子電池)替代的趨勢(shì)。
2、鋰離子電池
鋰離子電池實(shí)際上是一個(gè)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(guò)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(guò)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(dòng)汽車(chē)、計(jì)算機(jī)、手機(jī)等便攜式和移動(dòng)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(lái)，大規(guī)模生產(chǎn)和多場(chǎng)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(lái)越多。
鋰離子電池技術(shù)仍然在不斷地開(kāi)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(kāi)發(fā)上。
3、鈉硫電池
鈉硫電池的陽(yáng)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公司是世界上唯一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(gè)50kW的模塊組成MW級(jí)的大容量的電池組件。
在日本、德國(guó)、法國(guó)、美國(guó)等地已建有約200多處此類(lèi)儲(chǔ)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。
4 、全釩液流電池
在液流電池中，能量?jī)?chǔ)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(chǔ)存在電池外部的罐中，用泵將儲(chǔ)存在罐中的電解質(zhì)打入電池堆棧，并通過(guò)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(gè)體系，其中全釩氧化還原液流電池(vanadium redox flow battery, 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(guó)的普能公司收購(gòu)，中國(guó)的普能公司的產(chǎn)品在國(guó)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(chǔ)存的能量取決于儲(chǔ)存罐的大小，因而可以儲(chǔ)存長(zhǎng)達(dá)數(shù)小時(shí)至數(shù)天的能量，容量也可達(dá)MW級(jí)，適合于應(yīng)用在電力系統(tǒng)中。
四、熱儲(chǔ)能
在一個(gè)熱儲(chǔ)能系統(tǒng)中，熱能被儲(chǔ)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(chǔ)能有許多不同的技術(shù)，可進(jìn)一步分為顯熱儲(chǔ)存(sensible heat storage)和潛熱儲(chǔ)存(latent heat storage)等。
顯熱儲(chǔ)存方式中，用于儲(chǔ)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(chǔ)存是通過(guò)相變材料( Phase Change Materials, PCMs)來(lái)完成的，該相變材料即為儲(chǔ)存熱能的媒質(zhì)。
由于熱儲(chǔ)能儲(chǔ)存的熱量可以很大，所以在可再生能源發(fā)電的利用上會(huì)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(yáng)能熱發(fā)電站中。此外，還有許多其他種類(lèi)的儲(chǔ)熱技術(shù)正在開(kāi)發(fā)中，它們有許多不同的作用。
五、化學(xué)類(lèi)儲(chǔ)能
化學(xué)類(lèi)儲(chǔ)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(guò)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(guò)程也被稱(chēng)作為P2G技術(shù)(power to gas)。 德國(guó)熱衷于推動(dòng)此項(xiàng)技術(shù)，已有示范項(xiàng)目在德國(guó)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。
