中國儲能網訊：按照存儲方式不同，可包括電磁儲能，化學儲能以及物理儲能三種方式。
電磁儲能包括超導磁能，超級電容儲能；化學儲能包括鋅溴電池、全釩電池、鎳氫、鋰離子、鈉硫鉛酸等；物理儲能包括抽水蓄能、壓縮空氣以及飛輪儲能等。
1、電磁儲能
超導儲能：超導儲能是利用超導體的電阻為零特性制成的儲存電能的裝置其不僅可以在超導體電感線圈內無損耗地儲存電能，還可以通過電力電子換流器與外部系統(tǒng)快速交換有功和無功功率，用于提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性、改善供電品質。將一個超導體圓環(huán)置于磁場中，降溫至圓環(huán)材料的臨界溫度以下，撤去磁場，由于電磁感應，圓環(huán)中便有感應電流產生，只要溫度保持在臨界溫度以下，電流便會持續(xù)下去。試驗表明，這種電流的衰減時間不低于10萬年。顯然這是一種理想的儲能裝置，稱為超導儲能。超導儲能的優(yōu)點很多，主要是功率大、質量輕、體積小、損耗小、反應快等等，因此應用很廣。如大功率激光器，需要在瞬時提出數千乃至上萬焦耳的能量，這就可有超導儲能裝置來承擔。超導儲能還可以用于電網。當大電網中負荷小時，把多余的電能儲存起來，負荷大時又把電能送回電網，這樣就可以避免用電高峰和低谷時的供求矛盾。這就是超導儲能。
超級電容：超級電容器，又名電化學電容器，雙電層電容器、黃金電容、法拉電容，是從上世紀七、八十年代發(fā)展起來的通過極化電解質來儲能的一種電化學元件。它不同于傳統(tǒng)的化學電源，是一種介于傳統(tǒng)電容器與電池之間、具有特殊性能的電源，主要依靠雙電層和氧化還原假電容電荷儲存電能。但在其儲能的過程并不發(fā)生化學反應，這種儲能過程是可逆的，也正因此，超級電容器可以反復充放電數十萬次。其基本原理和其它種類的雙電層電容器一樣，都是利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容量。超級電容用于儲能有如下特點：
（1）充電速度快，充電10秒～10分鐘可達到其額定容量的95%以上；
（2）循環(huán)使用壽命長，深度充放電循環(huán)使用次數可達1~50萬次，沒有“記憶效應”；
（3）大電流放電能力超強，能量轉換效率高，過程損失小，大電流能量循環(huán)效率≥90%；
（4）功率密度高，可達300W/KG~5000W/KG，相當于電池的5~10倍；
（5）產品原材料構成、生產、使用、儲存以及拆解過程均沒有污染，是理想的綠色環(huán)保電源；
（6）充放電線路簡單，無需充電電池那樣的充電電路，安全系數高，長期使用免維護；
（7）超低溫特性好，溫度范圍寬-40℃～+70℃；
（8）檢測方便，剩余電量可直接讀出；
（9）容量范圍通常0.1F--1000F。
但同時，超級電容因其能力密度較低，多級串聯(lián)一致性差等問題，限制了其在規(guī)模儲能的進一步應用。
化學儲能
鋅溴電池：鋅溴儲能電池是一種新型、高效的電化學儲能設備，又被稱為氧化還原液流儲能電池（FlowRedoxCell）。該儲能電池的電解質溶液（儲能介質）存儲在電池外部的電解液儲罐中，電池內部正負極之間由微孔膜分隔成彼此相互獨立的兩室（正極側與負極側），電池工作時正負極電解液由各自的動力泵強制在儲液罐和電池構成的閉合回路中進行循環(huán)流動。
近幾十年來，鋅溴液流電池技術在美國、日本、澳大利亞等國獲得了快速的發(fā)展。ZBB及PremiumPower公司則圍繞鋅溴電池的基礎研發(fā)及商業(yè)化開展了大量工作。國內產業(yè)化研發(fā)起步較晚，當下有3-4家，中科院大連物化所從2008年開始對鋅溴電池進行研發(fā)工作，在科技部973項目支持下在電池功率密度，循環(huán)穩(wěn)定性，系統(tǒng)集成方面做了全面的研究。安徽美能主要以美國ZBB的EnergyStoreTM技術為基礎，進行鋅溴電池系統(tǒng)的總裝。北京百能匯通在鋅溴電池原材料國產化上面做了大量工作。特變電工以檢測應用為主，已建成鋅溴電池關鍵材料、單電池、單堆、模塊以及儲能試驗系統(tǒng)等五個檢測平臺，通過社會合作及自主研發(fā)加工，開展了鋅溴電池關鍵材料制作、電堆制作、電池控制系統(tǒng)開發(fā)、儲能管理系統(tǒng)開發(fā)等工作，并實施了南京浦口科技園25kw/100kwh項目，特變電工儲能事業(yè)部（南京）50kwh工程。
釩電池：全釩氧化還原液流電池，簡稱釩電池。其工作原理是通過采用不同價態(tài)的釩離子溶液分別作為正負極活性物質，通過外接泵把溶液從儲液槽壓入電池堆體內完成電化學反應，之后溶液又回到儲液槽，液態(tài)的活性物質不斷循環(huán)流動。
釩氧化還原電池所有的反應物都在溶液中，其儲能容量與輸出功率無關。因此釩電池可以很容易地實現儲能容量的經濟擴容。釩電池可以通過更換電池堆進行重復使用，電解液和儲能罐也能重復使用。釩電池的充放電效率約為75%電池單元的輸出響應很快，可以在幾毫秒內完成從0功率運行到滿功率輸出，由于系統(tǒng)中其他設備的限制，釩電池系統(tǒng)的輸出響應時間大約20ms。液流電池具有能量轉換效率高、循環(huán)壽命長、蓄電容量大、選址自由、可深度放電、系統(tǒng)設計靈活、安全環(huán)保、維護費用低等優(yōu)點。釩電池作為儲能電源主要應用在電廠（電站）調峰以平衡負荷，大規(guī)模光電轉換、風能發(fā)電的儲能電源以及作為邊遠地區(qū)儲能系統(tǒng)，不間斷電源或應急電源系統(tǒng)。
釩電池的關鍵技術在于關鍵材料制備與成本控制方面，包括高穩(wěn)定性電解液高選擇性低成本離子交換膜、高反應活性電極等，另一方面關鍵材料的批量化制備技術，也是液流電池的產業(yè)化的關鍵基礎技術。
鎳氫電池：鎳氫電池是由氫離子和金屬鎳合成，電量儲備比鎳鎘電池多30%比鎳鎘電池更輕，使用壽命也更長，并且對環(huán)境無污染。鎳氫電池的缺點是價格比鎳鎘電池要貴好多，性能比鋰電池要差。
鋰電池：鋰離子電池以含鋰的化合物作正極，如鈷酸鋰（LiCoO2）、錳酸鋰（LiMn2O4）或磷酸鐵鋰（LiFePO4）等二元或三元材料；負極采用鋰-碳層間化合物，主要有石墨、軟碳、硬碳、鈦酸鋰等；電解質由溶解在有機碳酸鹽中的鋰鹽組成的。其工作原理如圖所示，充電時，鋰原子變成鋰離子通過電解質向碳極遷移，在碳極與外部電子結合后作為鋰原子儲存，放電的時候整個過程可逆。
與其他傳統(tǒng)蓄電池相比，鋰離子電池具有比能量高、額定電壓高、大電流放電能力強、高功率承受力、自放電率低等優(yōu)點，其比能量（200Wh/kg）達到了鉛酸電池的5倍左右，單體工作電壓為3.7V或3.2V，循環(huán)壽命在淺充放模式下可以達到3000~5000次，儲能效率可以達到90%以上。但鋰離子電池耐過充/放電性能差，組合及保護電路復雜，成本相對于鉛酸電池等傳統(tǒng)蓄電池偏高，這些因素制約了鋰離子電池在大型動力和儲能電池領域的應用。隨著新能源汽車、可再生能源及分布式電站技術的發(fā)展，鋰離子電池在新能源汽車、可再生能源接入及小型分布式電站等方面的應用受到越來越多的關注。
鈉硫電池：鈉硫電池的正極為液態(tài)（熔融）的硫，負極為（熔融）的鈉，兩者通過固態(tài)氧化鋁陶瓷分離開，電解質只允許正鈉離子通過和硫結合形成多硫化物：放電時，帶正電的鈉離子通過電解質，而電子通過外部電路流動產生大約2V的電壓。充電時，整個過程逆轉，多硫化鈉釋放正鈉離子反向通過電解質重新結合為鈉。整個電池正常工作需要保持溫度在300℃-350℃。
典型的鈉硫電池的循環(huán)壽命周期約為2500次充放電循環(huán)。該電池典型的能量功率密度分別為150-240kWh/m3和150W/kg-230W/kg，并且單元效率很高（75%-90%），擁有的脈沖功率可達連續(xù)工作的六倍（脈沖時間可達30秒）。這種特性使鈉硫電池可同時用于提高電力質量和調峰，具有很好的經濟性。如上所述，硫化鈉電池需要在高溫下工作（300℃-350℃），因此它的主要缺點是需要熱源，使用電池自身存儲的熱量來維持系統(tǒng)溫度，從而降低了電池的部分性能。而另一個主要問題是初期成本較高（2000美元/KW和350美元/KWh），但是隨著產能的擴大，預期成本將會降低。
鉛酸電池：鉛酸電池是指電極由鉛及其氧化物制成，電解液是硫酸溶液的一種蓄電池。在充電狀態(tài)下，鉛酸電池的正極主要成分為二氧化鉛，負極主要成分為鉛；放電狀態(tài)下，正負極的主要成分均為硫酸鉛。圖1為鉛酸電池的工作原理。放電時，正極的二氧化鉛與硫酸反應生成硫酸鉛和水，負極的鉛與硫酸反應生成硫酸鉛；充電時，正極的硫酸鉛轉化為二氧化鉛，負極的硫酸鉛轉化為鉛。
鉛酸電池未來的主要發(fā)展趨勢在于優(yōu)化電池關鍵原材料的制備技術，改進電池結構設計、制造工藝和提升電池工況適用范圍等。同時許多企業(yè)在開發(fā)新型的鉛酸電池，如鉛碳電池、超級鉛酸電池和水平鉛酸電池等，這些新技術有望使鉛酸電池在儲能密度和循環(huán)壽命上有所突破。
物理儲能
抽水蓄能：抽水蓄能電站在用電低谷通過水泵將水從低位水庫送到高位水庫從而將電能轉化為水的勢能存儲起來，其儲能總量同水庫的落差和容積成正比在用電高峰，水從高位水庫排放至低位水庫驅動水輪機發(fā)電。抽水蓄能電站的工作方式同常規(guī)水電站類似，具有技術成熟、效率高、容量大、儲能周期不受限制等優(yōu)點。但是，抽水蓄能電站需要優(yōu)越的地理條件建造水庫和水壩，需要的建設周期很長（一般約10~15年），初期投資巨大。不僅如此，建造兩個大型水庫會淹沒大面積的植被甚至城市，造成生態(tài)破壞和移民問題。抽水蓄能電站的發(fā)展趨勢主要包括大容量機組、高水頭水泵水輪機、高轉速大容量發(fā)電機、變速調節(jié)控制、無人化智能控制與集中管理、信息化施工、隧道掘進機開挖技術、新型鋼材和瀝青混凝土技術等。
壓縮空氣：傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)是基于燃氣輪機技術的儲能系統(tǒng)。其工作原理是，在用電低谷，將空氣壓縮并存于儲氣室中，使電能轉化為空氣的內能存儲起來；在用電高峰，高壓空氣從儲氣室釋放，進入燃氣輪機燃燒室燃燒，然后驅動透平發(fā)電，如圖3所示。傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)具有儲能容量較大、儲能周期長、效率高和投資相對較小等優(yōu)點。但是，傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)不是一項獨立的技術，它必須同燃氣輪機電站配套使用，不能適合其他類型電站，特別不適合我國以燃煤發(fā)電為主，不提倡燃氣燃油發(fā)電的能源戰(zhàn)略。而且，傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)仍然依賴燃燒化石燃料提供熱源，面臨化石燃料價格上漲和污染物控制的限制。此外，同抽水蓄能電站類似，壓縮空氣儲能系統(tǒng)也需要特殊的地理條件建造大型儲氣室，如巖石洞穴、鹽洞、廢棄礦井等。
飛輪儲能：飛輪儲能是將能量以飛輪的轉動動能的形式來存儲。充電時，飛輪由電機帶動飛速旋轉；放電時，相同的電機作為發(fā)電機由旋轉的飛輪產生電能。儲存在飛輪中的能量與飛輪（以飛輪轉軸作為其轉動慣量的參考軸）的質量和旋轉速度的平方成正比?？梢姡m然可以通過提高飛輪總質量來達到更大的儲能量，更為有效的方法是提高飛輪的轉速。飛輪儲能具有儲能密度較高（30Wh/kg和1kW/kg）、充放電次數與充放電深度無關、能量轉換效率高（可達90%）、可靠性高、易維護、使用環(huán)境條件要求低、無污染等優(yōu)點。圖中為一個典型的飛輪儲存裝置。該裝置包括高速旋轉的飛輪；封閉的殼體提供了一個高真空環(huán)境（~大氣壓力）以減少阻力損失，并保護轉子系統(tǒng)；軸承系統(tǒng)為轉子提供低損耗支撐；以及電源轉換和控制系統(tǒng)。
制約儲能發(fā)展的因素
有人會問，儲能這么重要，為什么儲能市場還沒起來呢？問題在產品本身。現在儲能產品尚未達到商業(yè)化的地步。當前，市場對儲能產品的要求為：2000元/千瓦時，壽命5-10年，免維護或少維護，安全可靠，各家電池技術與工藝成熟度離商業(yè)化要求還有些差距。鋰電鈉硫價格和安全性不夠，鉛酸壽命不達標，釩電池價格與占地面積稍大，鋅溴認知度不高，產品商業(yè)化不夠等等，我在平臺的第二篇文章中有過闡述，這里不再重復。
國內外儲能現狀與政策
縱觀全球儲能政策，國外領先，國內落后，中國至少落后美國5年，證據如下：2011年美國通過法律將儲能作為調頻服務的單獨機構，而這一類似政策在我國的出臺時間是2016年。16年前后，中國政府支持儲能發(fā)展的態(tài)度逐漸清晰，針對儲能的政策陸續(xù)公布13五規(guī)劃綱要明確提出了發(fā)展儲能與分布式能源，國家能源局也在三月份印發(fā)了“儲能參與三北地區(qū)調峰”的文件：規(guī)定明確了10MW以上，充電4小時的儲能系統(tǒng)可參與調峰。這是有史以來最為明確的儲能政策。儲能前景進一步明朗其他各國政策和時間各有差異，見下表。
美國：美國計劃2030年光伏發(fā)電占比達到10%，美國政府、能源部以及地方政府在2010年后密集出臺法律和政策，扶持儲能技術，美國能源部制定了2011-15年儲能發(fā)展計劃，美國能源委員會通過《為效果付費政策》正式將儲能列為調頻服務的單獨機構，給予儲能平等的競爭機會。加州政府對儲能的支持更為直接，出臺AB法，規(guī)劃儲能發(fā)展路線，通過《SGIP計劃》給與儲能系統(tǒng)單獨補貼。
德國：德國政府一直重視新能源發(fā)展，德國依靠強大的電網運行管理實力，在沒有儲能的情況下，新能源的接入比例高達30%，接近飽和，政府計劃2050年新能源占比達到100%，為此，儲能補貼已經開始，目前，針對戶用光儲系統(tǒng)進行600歐元的一次性補貼。除此之外，德國對儲能規(guī)模和儲能方案作了界定，以100kwh為界限，以下用鉛酸和鋰電，以上用液流電池。
日本：日本10年通過能源基本法，大力扶持儲能技術進步，投入規(guī)模超過100億日元。11年大地震后，為推進能源安全，又加大了對儲能技術開發(fā)的撥款。
澳大利亞：澳大利亞對儲能的發(fā)展也是先立法，后補貼，比如05年出臺的先進儲能技術計劃，集中補貼了一批儲能項目，包括Redflow和zbb等，金額共計超過2000w美元，09年以后，成立兩個部門，扶持儲能技術發(fā)展，一個負責儲能技術的前期研發(fā)示范，一個為具有成熟技術或商業(yè)化潛力的新公司提供幫助。
中國儲能機遇與挑戰(zhàn)
中國作為能源大國，發(fā)展儲能優(yōu)勢明顯，具有龐大的儲能市場，強大的儲能需求，低廉的研發(fā)成本、發(fā)達的基礎工業(yè)、廉價的原材料，又加上近年來一直向好的儲能政策，吸引越來越多的國際儲能企業(yè)和儲能技術入住中國，在國內尋找儲能商業(yè)化的機遇。我在下圖列舉了三種大規(guī)模儲能技術的中國化歷程：
釩電池：釩電池儲能最先由新南威爾斯大學提出，98年澳大利亞的pinnacle
VRB公司購買西南威爾斯大學的專利技術，開始釩電池應用研究，01年加拿大VRBPower收購澳大利亞pinnacleVRB，繼續(xù)釩電池商業(yè)化研究，并推出相關模塊化產品，09年，北京普能收購加拿大VRB，借助攀鋼釩礦優(yōu)勢，試圖降低成本，以實現商業(yè)化，并在2011年拿到張北工程1MW儲能示范項目。
鈉硫電池：1967年，福特汽車申請世界首個鈉硫電池專利，應用目標是電動汽車項目，后因為問題太多而終止開發(fā)，85年日本NGK公司在日本政府的資助下研究鈉硫電池在電網中的應用，02年開始首個示范項目，2006年，上海電力聯(lián)合上海硅酸鹽研究院共同開發(fā)鈉硫電池，目前在崇明島開始示范運行。
鋅溴電池：94年ZBB購買江森自控相關專利技術，開始鋅溴電池商業(yè)化研究，目前有模塊化的產品，2011年ZBB與鑫龍電器合資成立安徽美能，進軍中國儲能市場，同年，百能匯通得到風投資金，開始電池國產化研究，國電南自、特變電工等企業(yè)也紛紛加入鋅溴技術引進，探索儲能領域的應用。
全球儲能行情
在各國的共同努力下，儲能市場呈現了蓬勃發(fā)展的趨勢，根據最新預測，2020年，儲能系統(tǒng)累計安裝量將達到11.3GW，容量也將突破30GWH。
結束語
各種信息表明，儲能市場風云涌動，各種新技術也層出不窮，因其技術成熟度不足，距離商業(yè)化較遠等因素，這里沒有作介紹，但是，我必須說，這是一個沒有老大的行業(yè)，用陳清泉院士的話講：目前的儲能技術雖然有很多，但每一種都有其優(yōu)缺點，可以發(fā)揮自身優(yōu)勢，應用在不同場合，沒有一種技術可以壟斷一切、包打天下。對多種多樣的儲能技術，要鼓勵百花齊放。政府通過建立公平公正公開的體制機制，進行監(jiān)管，最終讓市場來檢驗各種儲能技術的實踐。
