来源：雪球App，作者： 辛嘉言懿行，（https://xueqiu.com/5269615831/164025701）

一、储能技术种类和应用选择

储能是指通过介质或设备，利用化学或物理的方法把能量存储起来，根据应用需求以特定能量形式释放的过程，通常所说的储能主要为储存电能。储能的作用主要是提高电力稳定性和可用性，储存的能量可以用做应急能源，也可以用于在电网负荷低的时候储能，在电网高负荷的时候输出能量，用于削峰填谷，减轻电网波动，同时还可以增强可再生能源利用。

（一）储能技术种类

储能技术按照储存介质进行分类，可以分为机械类储能、电气类储能、电化学类储能、热储能和化学类储能。

1.机械类储能

机械类储能的应用形式只要有抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能。

1）抽水蓄能

（1）基本原理

电网低谷时利用过剩电力将作为液态能量媒体的水从低标高的水库抽到高标高的水库，电网峰荷时高标高水库中的水回流到下水库推动水轮机发电机发电。

（2）技术特点

属于大规模、集中式能量储存，技术相当成熟，可用于电网的能量管理和调峰；效率一般约为 65%~75% ，最高可达80%~85%；负荷响应速度快(10%负荷变化需10秒钟)，从全停到满载发电约5分钟，从全停到满载抽水约1分钟；具有日调节能力，适合于配合核电站、大规模风力发电、超大规模太阳能光伏发电。

（3）缺点

需要上池和下池；厂址的选择依赖地理条件，有一定的难度和局限性；与负荷中心有一定距离，需长距离输电。

（4）应用

目前，抽水蓄能机组在一个国家总装机容量中所占比重的世界平均水平为3%左右。截至2019年底，全世界储能装置总容量为184.6GW，其中抽水蓄能为171.0GW，占92.63%。截至2019年年底，我国共有抽水蓄能电站34座，其中，投运26座，投运容量2064.5万千瓦约占全国总装机容量11.4亿千瓦的1.8% 。（另在建8座，在建容量894万千瓦）。

2）飞轮储能

（1）基本原理

在一个飞轮储能系统中，电能用于将一个放在真空外壳内的转子即一个大质量的由固体材料制成的圆柱体加速（达几万转/分钟），从而将电能以动能形式储存起来 （利用大转轮所储存的惯性能量）。

（2）优点

寿命长（15~30年）；效率高（90%）；少维护、稳定性好；较高的功率密度；响应速度快（毫秒级）。

（3）缺点

能量密度低，只可持续几秒至几分钟；由于轴承的磨损和空气的阻力，具有一定的自放电。

（4）应用

飞轮储能多用于工业和UPS中，适用于配电系统运行，以进行频率调节, 可用作一个不带蓄电池的 UPS，当供电电源故障时，快速转移电源，维持小系统的短时间频率稳定，以保证电能质量 (供电中断、电压波动等)。在我国刚刚开始在配电系统中安装使用。电科院电力电子研究所曾为北京306医院安装了一套容量为250kVA, 磁悬浮轴承的飞轮储能系统，能运行15秒，2008年投运。2018年，由西藏运高新能源股份有限公司开发、投资、建设及运营的60兆瓦运高光伏电站计划引进第一个长达4h的飞轮储能系统电站，主要用于调峰调频和增加新能源消纳，飞轮系统采用美国Amber Kinetics公司产品，阵列容量为0.8MW/3.2MWh，由100个AmberKinetics M32型飞轮系统组成，先期已经完成16KW/64KWh的验证机组，参与光伏发电调控。

3）压缩空气储能

（1）基本原理

压缩空气的基本原理很简单，采用空气作为能量的载体，在电网负荷低谷期将电能用于压缩空气，将空气高压密封在报废矿井、储气罐、山洞、过期油气井或新建储气井中，在电网负荷高峰期释放压缩空气,将压缩空气与天然气混合，燃烧膨胀以推动汽轮机发电的储能方式。压缩空气储能有多种应用形式，例如压缩空气罐、盐矿中的洞穴或在多孔但气密性良好的岩层中储能。

（2）优点

压缩空气储能(CAES)具有规模大、单位成本低、安全环保等诸多优点。在存储时间、放电功率、运行寿命方面都有着卓越的表现，与抽水蓄能齐名。适合用于大规模风场，因为风能产生的机械功可以直接驱动压缩机旋转，减少了中间转换成电的环节，从而提高效率。

（3）缺点

由于这种系统制造安装成本高，受地域影响且结构复杂，适合地点非常有限。一般需要由压缩机、储气罐、回热器、膨胀机和发电机几部分组成，导致其整体效率偏低，一般大概在30%-40%左右。从经济学角度来看，没有很大的优势。发电时需要消耗化石能源，产生污染和碳排放。

（4）应用

目前世界上已有两座大型传统的压缩空气储能电站投入运营。德国 Hundorf 站于1978年投运, 压缩功率60MW，发电功率290MW（后经改造提高到321MW）, 压缩时间/发电时间=4，机组可连续充气8h，连续发电2h，启动过上万次，启动可靠率达97%。电站采用天然气补燃方案，实际运行效率约为42%，扣除补燃后的实际效率为19%。美国Mcintosh, Alabama阿拉巴马州, 1991年投运,储能电站压缩机组功率为50MW，发电功率为110MW。储气洞穴在地下450m，总容积为5.6×105m³，压缩空气储气压力为7.5MPa。压缩时间/发电时间=1.6，可以实现连续41h空气压缩和26h发电，机组从启动到满负荷约需9min，曾因地质不稳定而发生过坍塌事故。该电站由Alabama州电力公司的能源控制中心进行远距离自动控制。与Huntorf类似的是，仍然采用天然气补燃，实际运行效率约为54%，扣除补燃后的实际效率20%。此外，美国正在建设几座大型的压缩空气储能电站，尚未投运。

2.电气类储能

电气类储能的应用形式只有超级电容器储能和超导储能。

1）超级电容器储能

（1）基本原理

超级电容，又名电化学电容，双电层电容器、黄金电容、法拉电容，是从上世纪七、八十年代发展起来的通过极化电解质来储能的一种电化学元件。一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源，主要依靠双电层和氧化还原赝电容电荷储存电能。但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的。超级电容器按储能原理可分为双电层电容器和法拉第准电容器。

（2）优点

长寿命、循环次数多；充放电时间快、响应速度快；效率高；少维护、无旋转部件；运行温度范围广，环境友好等。

（3）缺点

超级电容器的电介质耐压很低，制成的电容器一般耐压仅有几伏，储能水平受到耐压的限制，因而储存的能量不大；能量密度低；投资成本高；有一定的自放电率。

（4）应用

超级电容器储能开发已有50多年的历史，近二十年来技术进步很快，使它的电容量与传统电容相比大大增加，达到几千法拉的量级，而且比功率密度可达到传统电容的十倍。超级电容器储能将电能直接储存在电场中，无能量形式转换，充放电时间快，适合用于改善电能质量。由于能量密度较低，适合与其他储能手段联合使用。

2）超导储能

（1）基本原理

超导储能系统是由一个用超导材料制成的、放在一个低温容器（cryogenic vessel） （杜瓦Dewar ）中的线圈、功率调节系统（PCS）和低温制冷系统等组成。能量以超导线圈中循环流动的直流电流方式储存在磁场中。

（2）优点

由于直接将电能储存在磁场中，并无能量形式转换，能量的充放电非常快（几毫秒至几十毫秒），功率密度很高；极快的响应速度，可改善配电网的电能质量。

（3）缺点

超导材料价格昂贵；维持低温制冷运行需要大量能量；能量密度低（只能维持秒级）；虽然已有商业性的低温和高温超导储能产品可用，但因价格昂贵和维护复杂，在电网中应用很少，大多是试验性的。

（4）应用

超导储能适合用于提高电能质量，增加系统阻尼，改善系统稳定性能，特别是用于抑制低频功率振荡。但是由于其格昂贵和维护复杂，虽然已有商业性的低温和高温超导储能产品可用，在电网中应用很少，大多是试验性的。SMES 在电力系统中的应用取决于超导技术的发展 (特别是材料、低成本、制冷、电力电子等方面技术的发展)。

3.电化学类储能

电化学类储能主要包括各种二次电池，有铅酸电池、锂离子电池、钠硫电池和液流电池等，这些电池多数技术上比较成熟，近年来成为关注的重点，并且还获得许多实际应用。

1）铅酸电池

（1）基本原理

铅酸电池是世界上应用最广泛的电池之一。铅酸电池内的阳极(PbO2)及阴极(Pb)浸到电解液(稀硫酸)中，两极间会产生2V的电势，这就是铅酸电池的原理。经由充放电，则阴阳极及电解液即会发生如下的变化： 

(阳极) (电解液) (阴极) 

PbO2 + 2H2SO4 + Pb ---> PbSO4 + 2H2O + PbSO4 (放电反应) 

(过氧化铅) (硫酸) (海绵状铅) 

(阳极) (电解液) (阴极)

PbSO4 + 2H2O + PbSO4---> PbO2+ 2H2SO4+ Pb (充电反应) 

(硫酸铅) (水) (硫酸铅)

（2）优点

技术很成熟，结构简单、价格低廉、维护方便；循环寿命可达1000次左右；效率可达80%至90%，性价比高。

（3）缺点

深度、快速、大功率放电时，可用容量下降；能量密度较低，寿命较短。

（4）应用

铅酸电池常常用于电力系统的事故电源或备用电源，以往大多数独立型光伏发电系统配备此类电池。目前有逐渐被其他电池（如锂离子电池）替代的趋势。

2）锂离子电池

（1）基本原理

锂离子电池实际上是一个锂离子浓差电池，正负电极由两种不同的锂离子嵌入化合物构。充电时，Li+从正极脱嵌经过电解质嵌入负极，此时负极处于富锂态，正极处于贫锂态；放电时则相反，Li+从负极脱嵌，经过电解质嵌入正极，正极处于富锂态，负极处于贫锂态。

（2）优点

锂离子电池的效率可达95%以上；放电时间可达数小时；循环次数可达5000次或更多，响应快速；锂离子电池是电池中比能量最高的实用型电池，有多种材料可用于它的正极和负极（钴酸锂锂离子电池、锰酸锂锂离子电池、磷酸铁锂锂离子电池、钛酸锂锂离子电池等）。

（3）缺点

锂离子电池的价格依然偏高；有时会因过充电而导致发热、燃烧等安全问题，有一定的风险，所以需要通过过充电保护来解决。

（4）应用

锂离子电应用于电动汽车、计算机、手机等便携式和移动设备上，是目前世界上应用最为广泛的电池。锂离子电池的能量密度和功率密度都较高，这是它能得到广泛应用和关注的主要原因。它的技术发展很快，近年来，大规模生产和多场合应用使其价格急速下降，因而在电力系统中的应用也越来越多。锂离子电池技术仍然在不断地开发中，目前的研究集中在进一步提高它的使用寿命和安全性，降低成本、以及新的正、负极材料的开发上。

3）钠硫电池

（1）基本原理

钠硫电池的阳极由液态的硫组成，阴极由液态的钠组成，中间隔有陶瓷材料的贝塔铝管。电池的运行温度需保持在300℃以上，以使电极处于熔融状态。

（2）优点

循环周期可达4500次；放电时间可达6至7小时；周期往返效率约为75%；

它的能量密度高，响应时间快（毫秒级）。

（3）缺点

由于它使用了金属钠，是一种易燃物，又运行在高温下，所以存在一定的风险。

（4）应用

日本的NGK公司是世界上唯一能制造出高性能的钠硫电池的厂家。目前采用50kW的模块，可由多个50kW的模块组成MW级的大容量的电池组件。在日本、德国、法国、美国等地已建有约200多处此类储能电站，主要用于负荷调平、移峰、改善电能质量和可再生能源发电，电池价格仍然较高。

4）全钒液流电池

（1）基本原理

在液流电池中，能量储存在溶解于液态电解质的电活性物种中，而液态电解质储存在电池外部的罐中，用泵将储存在罐中的电解质打入电池堆栈，并通过电极和薄膜，将电能转化为化学能，或将化学能转化为电能。

（2）缺点

能量密度和功率密度与其他电池相比锂离子电池要低；响应时间也不很快。

（3）优点

全钒液流电池技术已比较成熟；寿命长，循环次数可超过10000次以上。

（4）应用

液流电池有多个体系，其中全钒氧化还原液流电池(vanadium redox flow battery, VRFB)最受关注。这种电池技术最早为澳大利亚新南威尔士大学发明，后技术转让给加拿大的VRB公司。在2010年以后被中国的普能公司收购，中国的普能公司的产品在国内外一些试点工程项目中获得了应用。电池的功率和能量是不相关的，储存的能量取决于储存罐的大小，因而可以储存长达数小时至数天的能量，容量也可达MW级，适合于应用在电力系统中。

4.热储能

（1）基本原理

在一个热储能系统中，热能被储存在隔热容器的媒质中，以后需要时可以被转化回电能，也可直接利用而不再转化回电能。

热储能有许多不同的技术，可进一步分为显热储存(sensible heat storage)和潜热储存(latent heat storage)等。显热储存方式中，用于储热的媒质可以是液态的水，热水可直接使用，也可用于房间的取暖等，运行中热水的温度是有变化的。而潜热储存是通过相变材料( Phase Change Materials, PCMs)来完成的，该相变材料即为储存热能的媒质。

（2）缺点

热储能要各种高温化学热工质，应用场合比较受限。

（3）应用

由于热储能储存的热量可以很大，所以在可再生能源发电的利用上会有一定的作用。熔融盐常常作为一种相变材料，用于集热式太阳能热发电站中。此外，还有许多其他种类的储热技术正在开发中，它们有许多不同的作用。

5.氢或合成天然气化学类储能

化学类储能主要是指利用氢或合成天然气作为二次能源的载体。

（1）基本原理

氢能源是一种能量密度高并且无污染的理想清洁能源，作为一种二次能源，可以从化石原料中直接获取，也可以由水电解制得。发展氢能经济能够减少温室气体和细颗粒物的排放，实现能源多元化，全球各国家地区纷纷将氢能源视为未来新能源的战略发展方向。

利用待弃掉的风电制氢，通过电解水，将水分解为氢气和氧气，从而获得氢。以后可直接用氢作为能量的载体，再将氢与二氧化碳反应成为合成天然气(甲烷)，以合成天然气作为另一种二次能量载体。

（2）优点

采用这两种物质作能量载体的好处是储存的能量很大，可达TWh级；储存的时间也很长，可达几个月；清洁无污染；燃烧热值高；安全性好；利用形式多样；可以储存。

另外氢和合成天然气除了可用于发电外，还可有其他利用方式，如交通等。

（3）缺点

全周期效率较低，制氢效率只有70%左右，而制合成天然气的效率60-65%,从发电到用电的全周期效率更低，只有30%-40%.

（4）应用

氢能产业链主要包括上游制氢、中游储运氢和下游的加氢站建设，就我国产业链成本来看，制氢成本占比最重，达到了55%，储运氢成本占30%，加注氢占比15%。目前氢能源产业还不具有经济性，氢能作为燃料电池的最理想的清洁燃料，如果要实现燃料电池的产业化，必须要保证氢能产业的同步发展。

将氢与二氧化碳合成为甲烷的过程也被称作为P2G技术(power to gas)。德国热衷于推动此项技术，已有示范项目在德国投入运行。以天然气为燃料的热电联产或冷、热、电联产系统已成为分布式发电和微电网的重要组成部分，在智能配电网中发挥着重要的作用，氢和合成天然气为分布式发电提供了充足的燃料。

（二）各种储能技术的性能比较和应用选择

储能技术种类繁多，他们的特点各异。实际应用时，要根据各种储能技术的特点以及对优缺点进行综合比较来选择适当的技术。供选择的主要特征包括：①能量密度 (kWh or MWh)；②功率密度 (kW or MW)；③响应时间(-ms, -s, -minute)；④储能效率 (充放电效率)；⑤设备寿命 (年)或充放电次数；⑥技术成熟度；⑦经济因素 (投资成本、运行和维护费用)；⑧安全和环境方面的考虑。

在实际工程项目中，要根据储能技术的上述特征，应用的目的和需求，来选择其种类、安装地点、容量以及各种技术的配合，还要考虑用户的经济承受能力。

1.放电时间对比

储能技术性能如果按放电时间划分，可分为

（1）短放电时间（秒至分钟级），如超级电容器、超导储能、飞轮储能，

（2）中等放电时间（分钟至小时级），如飞轮储能、各种电池等，

（3）较长放电时间（小时至天级），如各类电池、抽水蓄能、压缩空气等，

（4）特长放电时间（天至月级），如氢和合成天然气。

上述放电时间短的，常常是功率型的，一般可用作UPS和提高电能质量。中等放电时间的，可用于电源转接。较长或特长时间的，一般是能量型的，可用于系统的能量管理。目前应用最广泛的大型抽水蓄能可以解决天级的储能要求，要满足周和月级的储能需求要依靠其他种类储能手段，如氢和合成天然气。

2.功率对比

大规模、永久储能的应用可分为三类：

（1）电能质量要求：在该应用中，储存能量仅用于在几秒钟或更少的时间，以确保传输电能的品质。

（2）应急能量要求：在这些应用中，贮存的能量可用几秒到几分钟，从一个电源切换到另一个电源时，以保证电能的连续性。

（3）系统能量管理要求：在这些应用中，储能系统用于发电和消耗之间的去耦及同步。典型的应用是负载平衡，这意味着在非高峰时储存能量（能量成本低），并在高峰时段使用存储的能量（能量较高的成本）。

3.效率对比

储能的效率和寿命（循环的最大数）是两个重要参数，因为它们影响到存储的成本。

4.密度对比

存储系统的体积很重要，首先，它可能被安装在一个受限制的或昂贵的空间，例如在城市地区。其次，体积增加，则需要更多的材料和更大的施工现场，从而增加了系统的总成本。

制了个表格，传不上来，为什么呀。

 $阳光电源(SZ300274)$