现有主要储能技术的基本原理及其发展情况-北极星输配电网

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储能是通过物理或化学手段将电、热等形式的能量储存起来，在出现用能需求时释放的过程。储能技术主要分为储电与储热。目前储能技术主要分为物理储能(如抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能等)、化学储能(如铅酸电池、氧化还原液流电池、钠硫电池、锂离子电池)和电磁储能(如超导电磁储能、超级电容器储能等)三大类。

根据各种储能技术的特点，飞轮储能、超导电磁储能和超级电容器储能适合于需要提供短时较大的脉冲功率场合，如应对电压暂降和瞬时停电、提高用户的用电质量，抑制电力系统低频振荡、提高系统稳定性等;而抽水储能、压缩空气储能和电化学电池储能适合于系统调峰、大型应急电源、可再生能源并入等大规模、大容量的应用场合。以下简要介绍各种储能技术的基本原理及其发展现状。

1、抽水储能

抽水蓄能电站在应用时必须配备上、下游两个水库。在负荷低谷时段，抽水储能设备工作在电动机状态，将下游水库的水抽到上游水库保存。在负荷高峰时，抽水储能设备工作于发电机的状态，利用储存在上游水库中的水发电。一些高坝水电站具有储水容量，可以将其用作抽水蓄能电站进行电力调度。利用矿井或者其他洞穴实现地下抽水储能在技术上也是可行的，海洋有时也可以当作下游水库用，1999年日本建成了第一座利用海水的抽水蓄能电站。

抽水储能最早于19世纪90年代在意大利和瑞士得到应用，1933年出现了可逆机组(包括泵水轮机和电动与发电机)，现在出现了转速可调机组以提高能量的效率。抽水蓄能电站可以按照任意容量建造，储存能量的释放时间可以从几小时到几天，其效率在70%至85%之间。

抽水储能是在电力系统中得到最为广泛应用的一种储能技术，其主要应用领域包括能量管理、频率控制以及提供系统的备用容量。目前，全世界共有超过90GW的抽水储能机组投入运行，约占全球总装机容量的3%。限制抽水蓄能电站更广泛应用的一个重要制约因素是建设工期长，工程投资较大。

2、先进蓄电池储能

据估计，全球每年对蓄电池的市场需求大约为150亿美元，在工业用蓄电池方面，如：用于UPS、电能质量调节、备用电池等，其市场总量可达50亿美元。在美国、欧洲以及亚洲，正在组建生产电力系统储能用的高性能蓄电池企业。

铅酸电池是最古老、也是最成熟的蓄电池技术。它是一种低成本的通用储能技术，可用于电能质量调节和UPS等。然而，由于这种蓄电池寿命较短，因此限制了其在能量管理领域中的应用。ZnBr电池在20世纪70年代早期由Exxon开发成功，经过多年的研究和发展，已经建成了很多容量为数千瓦时的ZnBr电池储能系统并经过试验，其净效率为75%。20世纪80年代初期澳大利亚新南威尔士大学率先研制出VRB(Vanadium Redox Flow Battery)电池，目前，在日本已安装了一套500kW/5MW.h的VRB储能系统，其净效率高达85%。

近年来，各种新型的蓄电池被相继开发成功，并在电力系统中得到应用。英国的Regenesys Technologies正在采用PSB(Polysulfide Broe Flow Battery)电池建设一座15MW/120MW.h的储能电站，其净效率约为75%。NaS电池(钠硫电池)具有较高的储能效率(约89%)，同时还具有输出脉冲功率的能力，输出的脉冲功率可在30s内达到连续额定功率值的六倍，这一特性使NaS电池可以同时用于电能质量调节和负荷的削峰填谷调节两种目的，从而提高整体设备的经济性。在日本，目前采用NaS电池技术的储能示范工程有30多处，总储能容量超过20MW，可用于8h的日负荷峰谷调节。

与其他蓄电池相比，锂离子电池的主要优点是储能密度高(300～400kW.h/m3, 130kW.h/t)，储能效率高(接近100%)和使用寿命长(每次放电不超过储能的80%时可充3000次)。由于具有上述优点，锂离子电池得到快速发展。但是，尽管在几年之内锂电池已经占有小型移动设备电源市场份额的50%，生产大容量锂离子电池仍然有一些挑战性的工作要做，主要的障碍在于其居高不下的成本，这主要是由于它需要特殊的包装和配备必要的内部过充电保护电路。

在所有的蓄电池中，Metal-air电池结构最为紧凑，并且可望成为成本最低的蓄电池，这是一种对于环境无害的蓄电池。其主要的缺点是这种电池的充电非常困难而且效率很低。

原标题：现有主要储能技术的基本原理及其发展情况

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