中國儲能網(wǎng)訊：按照存儲方式不同，可包括電磁儲能，化學(xué)儲能以及物理儲能三種方式。
電磁儲能包括超導(dǎo)磁能，超級電容儲能；化學(xué)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(dǎo)儲能：超導(dǎo)儲能是利用超導(dǎo)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(dǎo)體電感線圈內(nèi)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(zhì)。將一個超導(dǎo)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(yīng)，圓環(huán)中便有感應(yīng)電流產(chǎn)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(yàn)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(dǎo)儲能。超導(dǎo)儲能的優(yōu)點(diǎn)很多，主要是功率大、質(zhì)量輕、體積小、損耗小、反應(yīng)快等等，因此應(yīng)用很廣。如大功率激光器，需要在瞬時提出數(shù)千乃至上萬焦耳的能量，這就可有超導(dǎo)儲能裝置來承擔(dān)。超導(dǎo)儲能還可以用于電網(wǎng)。當(dāng)大電網(wǎng)中負(fù)荷小時，把多余的電能儲存起來，負(fù)荷大時又把電能送回電網(wǎng)，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(dǎo)儲能。
超級電容：超級電容器，又名電化學(xué)電容器，雙電層電容器、黃金電容、法拉電容，是從上世紀(jì)七、八十年代發(fā)展起來的通過極化電解質(zhì)來儲能的一種電化學(xué)元件。它不同于傳統(tǒng)的化學(xué)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(xué)反應(yīng)，這種儲能過程是可逆的，也正因此，超級電容器可以反復(fù)充放電數(shù)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(zhì)組成的雙電層結(jié)構(gòu)獲得超大的容量。超級電容用于儲能有如下特點(diǎn)：
（1）充電速度快，充電10秒～10分鐘可達(dá)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(shù)可達(dá)1~50萬次，沒有“記憶效應(yīng)”；
（3）大電流放電能力超強(qiáng)，能量轉(zhuǎn)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(dá)300W/KG~5000W/KG，相當(dāng)于電池的5~10倍；
（5）產(chǎn)品原材料構(gòu)成、生產(chǎn)、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(shù)高，長期使用免維護(hù)；
（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(jìn)一步應(yīng)用。
化學(xué)儲能
鋅溴電池：鋅溴儲能電池是一種新型、高效的電化學(xué)儲能設(shè)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(zhì)溶液（儲能介質(zhì)）存儲在電池外部的電解液儲罐中，電池內(nèi)部正負(fù)極之間由微孔膜分隔成彼此相互獨(dú)立的兩室（正極側(cè)與負(fù)極側(cè)），電池工作時正負(fù)極電解液由各自的動力泵強(qiáng)制在儲液罐和電池構(gòu)成的閉合回路中進(jìn)行循環(huán)流動。
近幾十年來，鋅溴液流電池技術(shù)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(chǔ)研發(fā)及商業(yè)化開展了大量工作。國內(nèi)產(chǎn)業(yè)化研發(fā)起步較晚，當(dāng)下有3-4家，中科院大連物化所從2008年開始對鋅溴電池進(jìn)行研發(fā)工作，在科技部973項(xiàng)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(shù)為基礎(chǔ)，進(jìn)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(chǎn)化上面做了大量工作。特變電工以檢測應(yīng)用為主，已建成鋅溴電池關(guān)鍵材料、單電池、單堆、模塊以及儲能試驗(yàn)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(guān)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(shí)施了南京浦口科技園25kw/100kwh項(xiàng)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(fù)極活性物質(zhì)，通過外接泵把溶液從儲液槽壓入電池堆體內(nèi)完成電化學(xué)反應(yīng)，之后溶液又回到儲液槽，液態(tài)的活性物質(zhì)不斷循環(huán)流動。
釩氧化還原電池所有的反應(yīng)物都在溶液中，其儲能容量與輸出功率無關(guān)。因此釩電池可以很容易地實(shí)現(xiàn)儲能容量的經(jīng)濟(jì)擴(kuò)容。釩電池可以通過更換電池堆進(jìn)行重復(fù)使用，電解液和儲能罐也能重復(fù)使用。釩電池的充放電效率約為75%電池單元的輸出響應(yīng)很快，可以在幾毫秒內(nèi)完成從0功率運(yùn)行到滿功率輸出，由于系統(tǒng)中其他設(shè)備的限制，釩電池系統(tǒng)的輸出響應(yīng)時間大約20ms。液流電池具有能量轉(zhuǎn)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(shè)計靈活、安全環(huán)保、維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。釩電池作為儲能電源主要應(yīng)用在電廠（電站）調(diào)峰以平衡負(fù)荷，大規(guī)模光電轉(zhuǎn)換、風(fēng)能發(fā)電的儲能電源以及作為邊遠(yuǎn)地區(qū)儲能系統(tǒng)，不間斷電源或應(yīng)急電源系統(tǒng)。
釩電池的關(guān)鍵技術(shù)在于關(guān)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(yīng)活性電極等，另一方面關(guān)鍵材料的批量化制備技術(shù)，也是液流電池的產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)。
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(diǎn)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(fù)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(zhì)由溶解在有機(jī)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(zhì)向碳極遷移，在碳極與外部電子結(jié)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(qiáng)、高功率承受力、自放電率低等優(yōu)點(diǎn)，其比能量（200Wh/kg）達(dá)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(dá)到3000~5000次，儲能效率可以達(dá)到90%以上。但鋰離子電池耐過充/放電性能差，組合及保護(hù)電路復(fù)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(lǐng)域的應(yīng)用。隨著新能源汽車、可再生能源及分布式電站技術(shù)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(yīng)用受到越來越多的關(guān)注。
鈉硫電池：鈉硫電池的正極為液態(tài)（熔融）的硫，負(fù)極為（熔融）的鈉，兩者通過固態(tài)氧化鋁陶瓷分離開，電解質(zhì)只允許正鈉離子通過和硫結(jié)合形成多硫化物：放電時，帶正電的鈉離子通過電解質(zhì)，而電子通過外部電路流動產(chǎn)生大約2V的電壓。充電時，整個過程逆轉(zhuǎn)，多硫化鈉釋放正鈉離子反向通過電解質(zhì)重新結(jié)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(dá)連續(xù)工作的六倍（脈沖時間可達(dá)30秒）。這種特性使鈉硫電池可同時用于提高電力質(zhì)量和調(diào)峰，具有很好的經(jīng)濟(jì)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(diǎn)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(chǎn)能的擴(kuò)大，預(yù)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(fù)極主要成分為鉛；放電狀態(tài)下，正負(fù)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(yīng)生成硫酸鉛和水，負(fù)極的鉛與硫酸反應(yīng)生成硫酸鉛；充電時，正極的硫酸鉛轉(zhuǎn)化為二氧化鉛，負(fù)極的硫酸鉛轉(zhuǎn)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(guān)鍵原材料的制備技術(shù)，改進(jìn)電池結(jié)構(gòu)設(shè)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(shù)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(zhuǎn)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(qū)動水輪機(jī)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(shù)成熟、效率高、容量大、儲能周期不受限制等優(yōu)點(diǎn)。但是，抽水蓄能電站需要優(yōu)越的地理?xiàng)l件建造水庫和水壩，需要的建設(shè)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(jī)組、高水頭水泵水輪機(jī)、高轉(zhuǎn)速大容量發(fā)電機(jī)、變速調(diào)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(jìn)機(jī)開挖技術(shù)、新型鋼材和瀝青混凝土技術(shù)等。
壓縮空氣：傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)是基于燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)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(zhuǎn)化為空氣的內(nèi)能存儲起來；在用電高峰，高壓空氣從儲氣室釋放，進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室燃燒，然后驅(qū)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(diǎn)。但是，傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)不是一項(xiàng)獨(dú)立的技術(shù)，它必須同燃?xì)廨啓C(jī)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?xì)馊加桶l(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?xiàng)l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(zhuǎn)動動能的形式來存儲。充電時，飛輪由電機(jī)帶動飛速旋轉(zhuǎn)；放電時，相同的電機(jī)作為發(fā)電機(jī)由旋轉(zhuǎn)的飛輪產(chǎn)生電能。儲存在飛輪中的能量與飛輪（以飛輪轉(zhuǎn)軸作為其轉(zhuǎn)動慣量的參考軸）的質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)速度的平方成正比?？梢?，雖然可以通過提高飛輪總質(zhì)量來達(dá)到更大的儲能量，更為有效的方法是提高飛輪的轉(zhuǎn)速。飛輪儲能具有儲能密度較高（30Wh/kg和1kW/kg）、充放電次數(shù)與充放電深度無關(guān)、能量轉(zhuǎn)換效率高（可達(dá)90%）、可靠性高、易維護(hù)、使用環(huán)境條件要求低、無污染等優(yōu)點(diǎn)。圖中為一個典型的飛輪儲存裝置。該裝置包括高速旋轉(zhuǎn)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(hù)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)；軸承系統(tǒng)為轉(zhuǎn)子提供低損耗支撐；以及電源轉(zhuǎn)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(chǎn)品本身?，F(xiàn)在儲能產(chǎn)品尚未達(dá)到商業(yè)化的地步。當(dāng)前，市場對儲能產(chǎn)品的要求為：2000元/千瓦時，壽命5-10年，免維護(hù)或少維護(hù)，安全可靠，各家電池技術(shù)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(dá)標(biāo)，釩電池價格與占地面積稍大，鋅溴認(rèn)知度不高，產(chǎn)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(fù)。
國內(nèi)外儲能現(xiàn)狀與政策
縱觀全球儲能政策，國外領(lǐng)先，國內(nèi)落后，中國至少落后美國5年，證據(jù)如下：2011年美國通過法律將儲能作為調(diào)頻服務(wù)的單獨(dú)機(jī)構(gòu)，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(diào)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(diào)峰。這是有史以來最為明確的儲能政策。儲能前景進(jìn)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(dá)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(shù)，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(fèi)政策》正式將儲能列為調(diào)頻服務(wù)的單獨(dú)機(jī)構(gòu)，給予儲能平等的競爭機(jī)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(dú)補(bǔ)貼。
德國：德國政府一直重視新能源發(fā)展，德國依靠強(qiáng)大的電網(wǎng)運(yùn)行管理實(shí)力，在沒有儲能的情況下，新能源的接入比例高達(dá)30%，接近飽和，政府計劃2050年新能源占比達(dá)到100%，為此，儲能補(bǔ)貼已經(jīng)開始，目前，針對戶用光儲系統(tǒng)進(jìn)行600歐元的一次性補(bǔ)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(shù)進(jìn)步，投入規(guī)模超過100億日元。11年大地震后，為推進(jìn)能源安全，又加大了對儲能技術(shù)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(bǔ)貼，比如05年出臺的先進(jìn)儲能技術(shù)計劃，集中補(bǔ)貼了一批儲能項(xiàng)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(shù)發(fā)展，一個負(fù)責(zé)儲能技術(shù)的前期研發(fā)示范，一個為具有成熟技術(shù)或商業(yè)化潛力的新公司提供幫助。
中國儲能機(jī)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(qiáng)大的儲能需求，低廉的研發(fā)成本、發(fā)達(dá)的基礎(chǔ)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(shù)入住中國，在國內(nèi)尋找儲能商業(yè)化的機(jī)遇。我在下圖列舉了三種大規(guī)模儲能技術(shù)的中國化歷程：
釩電池：釩電池儲能最先由新南威爾斯大學(xué)提出，98年澳大利亞的pinnacle
VRB公司購買西南威爾斯大學(xué)的專利技術(shù)，開始釩電池應(yīng)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(guān)模塊化產(chǎn)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(shí)現(xiàn)商業(yè)化，并在2011年拿到張北工程1MW儲能示范項(xiàng)目。
鈉硫電池：1967年，福特汽車申請世界首個鈉硫電池專利，應(yīng)用目標(biāo)是電動汽車項(xiàng)目，后因?yàn)閱栴}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(wǎng)中的應(yīng)用，02年開始首個示范項(xiàng)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(yùn)行。
鋅溴電池：94年ZBB購買江森自控相關(guān)專利技術(shù)，開始鋅溴電池商業(yè)化研究，目前有模塊化的產(chǎn)品，2011年ZBB與鑫龍電器合資成立安徽美能，進(jìn)軍中國儲能市場，同年，百能匯通得到風(fēng)投資金，開始電池國產(chǎn)化研究，國電南自、特變電工等企業(yè)也紛紛加入鋅溴技術(shù)引進(jìn)，探索儲能領(lǐng)域的應(yīng)用。
全球儲能行情
在各國的共同努力下，儲能市場呈現(xiàn)了蓬勃發(fā)展的趨勢，根據(jù)最新預(yù)測，2020年，儲能系統(tǒng)累計安裝量將達(dá)到11.3GW，容量也將突破30GWH。
結(jié)束語
各種信息表明，儲能市場風(fēng)云涌動，各種新技術(shù)也層出不窮，因其技術(shù)成熟度不足，距離商業(yè)化較遠(yuǎn)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(shù)雖然有很多，但每一種都有其優(yōu)缺點(diǎn)，可以發(fā)揮自身優(yōu)勢，應(yīng)用在不同場合，沒有一種技術(shù)可以壟斷一切、包打天下。對多種多樣的儲能技術(shù)，要鼓勵百花齊放。政府通過建立公平公正公開的體制機(jī)制，進(jìn)行監(jiān)管，最終讓市場來檢驗(yàn)各種儲能技術(shù)的實(shí)踐。
