7種主流儲能原理、適用場景及優缺點

來源：市場資訊

（來源：儲能盒子）

本文主要介紹了主要儲能的形式、適用場景及優缺點。

分別介紹了鋰電池儲能、鈉離子儲能、全釩液流儲能、超級電容儲能、氫儲能、抽水蓄能以及壓縮空氣儲能的原理。

從整個電力系統的角度看，儲能的應用場景可以分為發電側、輸配電側和用電側三大場景，除此之外的應用還包括輔助服務、分布式發電與微網等。

1、鋰電池儲能

該儲能是目前技術比較成熟，發展勢頭最為迅猛的儲能方式。鋰離子儲能產業鏈由上游設備商，中游集成商和下游終端用戶組成。其中設備包括電池、EMS（能量管理系統）、BMS（電池管理系統）、PCS（變流器）；集成商包括儲能系統集成和EPC；終端用戶則由發電側、電網側、用戶側以及通信/數據中心組成。

2、鈉離子儲能

鈉離子電池性能優異，被寄予厚望。決定電化學儲能能否被大面積應用的關鍵因素包括安全性、材料資源可得性、高低溫性能、壽命、投資成本等，而根據鈉離子電池最新研究進展，它在這些方面都表現出了良好的性能。在規模化應用后成本有望低于鐵鋰電池，可在大規模電化學儲能、低速電動車等領域得到廣闊應用，有望與鋰離子電池形成互補和有效替代。

3、全釩液流儲能

釩電池電能以化學能的方式存儲在不同價態釩離子的硫酸電解液中，通過外接泵把電解液壓入電池堆體內，在機械動力作用下，使其在不同的儲液罐和半電池的閉合回路中循環流動，采用質子交換膜作為電池組的隔膜，電解質溶液平行流過電極表面并發生電化學反應，通過雙電極板收集和傳導電流，從而使得儲存在溶液中的化學能轉換成電能。

這個可逆的反應過程使釩電池順利完成充電、放電和再充電。液流電池具有壽命長、安全性好、輸出功率大、儲能容量大且易于擴展等特點，壽命達到15-20年，同其他儲能技術比較，與風電場硬件具備最高的匹配度，特別適合用于風電廠儲能，滿足其頻繁充放電、大容量、長時間儲能需求。當然，全釩液流電池能量密度低，體積、質量遠大于其他電池，需要5-40°的溫度環境。預計目前釩電池初始成本約為鋰電池的3倍上下。

4、超級電容儲能

超級電容器，在結構上與可充電電池相似，是一種由電極板、隔板、電解液和外殼等主要部件組成的兩端元件。其工作原理基于電化學雙層理論，利用活性炭多孔電極和電解液構建的雙電層結構來獲取超大電容量。

當外加電壓作用于超級電容的兩極板時，正極板儲存正電荷，負極板儲存負電荷，形成電場。在此電場作用下，電解液與電極界面處產生相反電荷以平衡內電場。這種在兩個不同接觸面上形成的電荷分布層稱為雙電層，具有極大的電容量。超級電容在正常工作狀態下（通常為3V以下），兩極板間的電勢低于電解液的氧化還原電位，因此電解液界面上的電荷不會脫離電解液。若外加電壓高于電解液的氧化還原電位，則會導致電解液分解。

在放電過程中，通過外電路釋放正、負極板上的電荷，相應減少電解液界面上的電荷。值得注意的是，超級電容的充放電過程為物理過程，無化學反應發生，因此性能穩定可靠，這與依靠化學反應儲能的蓄電池有著根本的不同。

5、氫儲能

氫儲能是一種新型儲能，在能量維度、時間維度和空間維度上具有突出優勢，可在新型電力系統建設中發揮重要作用。氫儲能技術是利用電力和氫能的互變性而發展起來的。氫儲能既可以儲電，又可以儲氫及其衍生物（如氨、甲醇）。狹義的氫儲能是基于“電? 氫 ? 電”（Power-to-Power，P2P）的轉換過程，主要包含電解槽、儲氫罐和燃料電池等裝置。

利用低谷期富余的新能源電能進行電解水制氫，儲存起來或供下游產業使用；在用電高峰期時，儲存起來的氫能可利用燃料電池進行發電并入公共電網。廣義的氫儲能強調“電? 氫”單向轉換，以氣態、液態或固態等形式存儲氫氣（Power-to-Gas，P2G），或者轉化為甲醇和氨氣等化學衍生物（Power-to-X，P2X）進行更安全地儲存。

同時使用氫作為燃料時，燃料電池可以完全實現無污染的電能供給，唯一的其它產物是水。再加上其噪聲小和啟動快等優點，燃料電池是一種十分理想的能量轉換與供給裝置。、

燃料電池根據其結構、工作原理的不同可以分為堿性燃料電池、磷酸燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固態氧化物燃料電池、質子交換膜燃料電池等。質子交換膜燃料電池以其高功率密度、零排放、低噪聲等優點，獲得了廣泛的應用，也成為氫能產業發展的核心技術之一。

6.抽水蓄能

抽水蓄能具有技術優、成本低、壽命長、容量大、效率高等優點。由于抽水蓄能電站運行模式是將能量在電能和水的勢能之間轉換，其儲能容量主要取決于上下水庫的高度差和水庫容量，由于水的蒸發滲漏現象導致的損失幾乎可以忽略不計，抽水蓄能的儲能周期得以無限延長，可適應各種儲能周期需求，系統循環效率可達70%-80%。

與此同時，建設完成后的抽蓄電站壩體可使用100年左右，電機設備等預計使用年限在40-60年左右。

7、壓縮空氣儲能

壓縮空氣儲能，是指在電網負荷低谷期將電能用于壓縮空氣，在電網負荷高峰期釋放壓縮空氣推動汽輪機發電的儲能方式。形式主要有，傳統壓縮空氣儲能系統、帶儲熱裝置的壓縮空氣儲能系統、液氣壓縮儲能系統。

國內壓縮空氣儲能技術不斷進步，壓縮空氣儲能（CAES）、先進絕熱壓縮空氣儲能（AA-CAES）、超臨界壓縮空氣儲能系統（SC-CAES）、液態壓縮空氣（LAES）等都有研究覆蓋，500kW容量等級、1.5MW容量等級及10MW容量等級的壓縮空氣儲能示范工程均已建成。

素材來源：國網英大、能源電力說

責任編輯：長蘇

審核：諸葛