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摘要：21 世纪人类正面临着巨大的能源挑战，一方面随着社会经济快速发展，能源需求量不断增加；另一方面保护环境的要求越来越严格，对目前以化石燃料为主的能源体系不断提出新的限制。因此，在二十一世纪开发新的清洁能源是能源领域发展的必然趋势。节约和利用有限的能源，很重要的一点在于储能。本文对各种储能技术及其发展做出概括介绍。
关键词：抽水储能电站；飞轮；蓄电池；超导磁储能系统 发展分析
中图分类号：F407.61
前言：长期以来，电能的储存一般采用小规模电池储能和抽水储能电站，直到最近二三十年，科技工作者发明了超导储能和飞轮储能等技术。这些原理和方式各异的储能装置还都处在研究阶段，存在着巨大的技术难点需要解决。就目前看来，各种新颖的储能方式已显示出很好的前景，正有待进一步的探索。下面将对各种储能技术及其发展作概括介绍。
一、储能技术基本特性
由于储能技术的物理结构、化学组成、能量密度、功率密度、电压、电流输出特性以及能量转换接口均不相同，导致储能机理也不同，因此有必要对储能基本特性进行分析。 储能技术的基本特性主要包括存储容量、能量转换效率、能量密度和功率密度、自放电、放电时间、循环寿命、系统成本、环境影响等。
二、储能技术分类及国内外研究现状
电能可以转换为化学能、势能、动能、电磁能等形态存储，按照存储具体方式可分为机械、电化学、电磁、和热力储能四大类型。其中机械储能包括抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能；化学储能包括铅酸、镍氢、镍隔、锂离子、钠硫和液流等电池储能；电磁储能包括超导、超级电容和高能密度电容储能；热力储能包括熔盐储能和热电储能等。本文介绍几种典型储能技术的特点以及各自的国内外研究动态。
1、抽水储能
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。抽水蓄能电站比锂离子电池有更好的投资效益比。因为锂离子电池的价格现在仍然比较贵。从蓄能的观点看，抽水蓄能电池也许比锂离子蓄能电池在充放电过程中要多损失一些能量。锂离子电池的充放电效率可以做到90%、85%，抽水蓄能可能是80%，也许75%。但是抽水蓄能电站不仅可以吸收光伏发电加风电发出的电力，而且可以多接收来自天空的“天落水”增加发电能力。所以抽水储能的“蓄能”效益，实际上比锂离子还高。抽水蓄能电站和太阳能、风能相结合，专门保证高峰用电的供应，从电力的调配上最为合理。因为水能发电的最大优势，在于要发电就发电，不发电就不发电，启动和关闭闸门都比较容易。目前，全世界共有超过90 GW的抽水储能机组投入运行，约占全球总装机容量的3%，但限制抽水蓄能电站更广泛应用的重要制约因素是地理位置受限程度大，建设工期长，工程投资较大。
2、飞轮储能
飞轮储能的原理是电能转换成旋转物体的机械能，然后进行能量存储。在储能阶段，通过电动机拖动飞轮，使飞轮本体加速到一定的转速，将电能转化为机械能；在能量释放阶段，电动机作发电机运行，使飞轮减速，将机械能转化为电能。飞轮系统运行于真空度较高的环境中，其特点是没有摩擦损耗、风阻小、寿命长、对环境没有影响，几乎不需要维护，适用于电网调频和电能质量保障，是目前最有发展前途的储能技术之一。缺点是能量密度比较低，保证系统安全性方面的费用很高，在小型场合还无法体现其优势，主要应用于为蓄电池系统作补充。在美国，10年前现代飞轮储能电源商业化产品开始推广，风险投资的大量介入，飞轮储能技术获得了成功应用。风电、太阳能发电本身所固有的随机性、间歇性特点，决定了其范围化成长必定会对电网调峰和体系平安运转带来明显影响，必需要有先进的储能手艺作支持。飞轮储能技术发展到一定程度后，能在很大程度上解决新能源发电的随机性、波动性问题，可以实現新能源发电的平滑输出，有效调节新能源发电引起的电网电压、频率及相位的变化，使大规模风电和太阳能发电方便可靠地并入常规电网，减少温室气体排放。
在20 世纪 90 年代，飞轮储能装置被用于电力系统储能以实现削峰填谷的研究又转向高潮。具体设想是，在谷值负荷时，将多余电力输入电机，使其驱动飞轮加速，这大概需要几个小时，例如从午夜到清晨。然后飞轮保持在高速下转动，到出现峰值负荷时，让飞轮驱动电机作为发电机运行，使飞轮的动能变成电能供给电网。 在这一过程中飞轮转速下降，直到它的最高转速的一半左右。 由于采用变速恒频的电力电子技术，输出电能的频率可保持不变。同时，飞轮机组可以制成单元型，根据需要组合成更大功率的装置，并安装在负荷附件。这样既可根据需要逐步扩展，又可避免输电损失。
另外，飞轮储能还有一个有希望的用途，就是用于交通工具，主要用于混合动力的电动车上。 电动车装上飞轮后，它可以吸收制动时的能量，而在需要加速或爬坡时放出能量，可以使内燃机工作在均衡的工作状态下，从而节约燃油并减少排放。 国内目前也有相关单位在做这两种应用的工作，并取得了不少成果。
3、蓄电池储能
这是一种有悠久历史的储能技术。 由于它的价格、储能密度等因素的限制，以前并不把它放在能源领域的储能范围之内。 但近年来随着技术进步，将可充电电池用于大规模储能也日见端倪，特别是在独立运行的风力或太阳能电站中，蓄电池储能已成为基本的装备
电池有多种类型：铅酸电池是人们最熟悉的一种可充电电池。 现在密封型免维护的铅酸电池已成为这类电池的主流。另一类性能优异的电池是近年来出现的锂离子二次电池。它彻底解决了充放电的记忆效应，大大方便了使用，在制造过程中基本上避免了对环境的污染，有绿色电池之称。主要缺点是价格太贵，但由于它的高储能密度，很有可能用在电动汽车等交通工具中。如果能进一步提高储能密度并降低成本，那么它将很有希望用于供电设备的储能中超导磁储能系统
4、超导磁储能系统
超导磁储能系统（SMES）是利用超导材料制成的线圈，由电网（经变流器）供电励磁在线圈中产生磁场而储存能量，在需要时可将此能量（经逆变器）送回电网或作其他用途。与其他储能系统相比，SMES 具有很高的转换效率（可达 95%）和很快的反应速度（可达几毫秒）。 正因为如此，SMES 不仅可用于调节电力系统的峰谷，而且可用于降低甚至消除电网的低频功率振荡，从而改善电网的电压和频率特征；此外，可用于无功和功率因素的调节，以改善系统的稳定性。
5、压缩空气储能和氢储能
除了上述这些储能方式可以用于大量用能的场合外，还有较老的压缩空气储能和最近受到注意的氢储能。 压缩空气储能很早就用于气动工具，但它的原理和抽水储能基本相同，因此只要做到较大规模，就可以用于解峰谷差问题的储能。 这里最关键的难点是找到合适的能储存压缩空气的场所，例如密封的山洞或废弃矿井等。氢储能的提出主要是受到燃料电池成功开发的影响。 在能源供应中，燃料电池目前已经达到了可供实际使用的阶段，只是它的发电成本太高，还无法与常规发电技术相比。 另外，氢的制备与储存仍是待解
决的问题。 不过，它具有无污染、无转动部件等优点，这正是吸引人们
努力去研究它的原因。
三、结语
总之，随着电力电子学、材料学等学科的发展，现代储能技术已经得到了一定程度的发展，在分布式发电中已经起到了重要作用。储能的优点有很多，节能、环保、经济。比如火电厂要求以额定负荷运行，以维持较高的能源转换效率和品质，但用电量却随时间变化，如果有大容量、高效率的电能存储技术对电力系统进行调峰，对电厂的稳定运行和节能是至关重要的。
关键词：抽水储能电站；飞轮；蓄电池；超导磁储能系统 发展分析
中图分类号：F407.61
前言：长期以来，电能的储存一般采用小规模电池储能和抽水储能电站，直到最近二三十年，科技工作者发明了超导储能和飞轮储能等技术。这些原理和方式各异的储能装置还都处在研究阶段，存在着巨大的技术难点需要解决。就目前看来，各种新颖的储能方式已显示出很好的前景，正有待进一步的探索。下面将对各种储能技术及其发展作概括介绍。
一、储能技术基本特性
由于储能技术的物理结构、化学组成、能量密度、功率密度、电压、电流输出特性以及能量转换接口均不相同，导致储能机理也不同，因此有必要对储能基本特性进行分析。 储能技术的基本特性主要包括存储容量、能量转换效率、能量密度和功率密度、自放电、放电时间、循环寿命、系统成本、环境影响等。
二、储能技术分类及国内外研究现状
电能可以转换为化学能、势能、动能、电磁能等形态存储，按照存储具体方式可分为机械、电化学、电磁、和热力储能四大类型。其中机械储能包括抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能；化学储能包括铅酸、镍氢、镍隔、锂离子、钠硫和液流等电池储能；电磁储能包括超导、超级电容和高能密度电容储能；热力储能包括熔盐储能和热电储能等。本文介绍几种典型储能技术的特点以及各自的国内外研究动态。
1、抽水储能
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。抽水蓄能电站比锂离子电池有更好的投资效益比。因为锂离子电池的价格现在仍然比较贵。从蓄能的观点看，抽水蓄能电池也许比锂离子蓄能电池在充放电过程中要多损失一些能量。锂离子电池的充放电效率可以做到90%、85%，抽水蓄能可能是80%，也许75%。但是抽水蓄能电站不仅可以吸收光伏发电加风电发出的电力，而且可以多接收来自天空的“天落水”增加发电能力。所以抽水储能的“蓄能”效益，实际上比锂离子还高。抽水蓄能电站和太阳能、风能相结合，专门保证高峰用电的供应，从电力的调配上最为合理。因为水能发电的最大优势，在于要发电就发电，不发电就不发电，启动和关闭闸门都比较容易。目前，全世界共有超过90 GW的抽水储能机组投入运行，约占全球总装机容量的3%，但限制抽水蓄能电站更广泛应用的重要制约因素是地理位置受限程度大，建设工期长，工程投资较大。
2、飞轮储能
飞轮储能的原理是电能转换成旋转物体的机械能，然后进行能量存储。在储能阶段，通过电动机拖动飞轮，使飞轮本体加速到一定的转速，将电能转化为机械能；在能量释放阶段，电动机作发电机运行，使飞轮减速，将机械能转化为电能。飞轮系统运行于真空度较高的环境中，其特点是没有摩擦损耗、风阻小、寿命长、对环境没有影响，几乎不需要维护，适用于电网调频和电能质量保障，是目前最有发展前途的储能技术之一。缺点是能量密度比较低，保证系统安全性方面的费用很高，在小型场合还无法体现其优势，主要应用于为蓄电池系统作补充。在美国，10年前现代飞轮储能电源商业化产品开始推广，风险投资的大量介入，飞轮储能技术获得了成功应用。风电、太阳能发电本身所固有的随机性、间歇性特点，决定了其范围化成长必定会对电网调峰和体系平安运转带来明显影响，必需要有先进的储能手艺作支持。飞轮储能技术发展到一定程度后，能在很大程度上解决新能源发电的随机性、波动性问题，可以实現新能源发电的平滑输出，有效调节新能源发电引起的电网电压、频率及相位的变化，使大规模风电和太阳能发电方便可靠地并入常规电网，减少温室气体排放。
在20 世纪 90 年代，飞轮储能装置被用于电力系统储能以实现削峰填谷的研究又转向高潮。具体设想是，在谷值负荷时，将多余电力输入电机，使其驱动飞轮加速，这大概需要几个小时，例如从午夜到清晨。然后飞轮保持在高速下转动，到出现峰值负荷时，让飞轮驱动电机作为发电机运行，使飞轮的动能变成电能供给电网。 在这一过程中飞轮转速下降，直到它的最高转速的一半左右。 由于采用变速恒频的电力电子技术，输出电能的频率可保持不变。同时，飞轮机组可以制成单元型，根据需要组合成更大功率的装置，并安装在负荷附件。这样既可根据需要逐步扩展，又可避免输电损失。
另外，飞轮储能还有一个有希望的用途，就是用于交通工具，主要用于混合动力的电动车上。 电动车装上飞轮后，它可以吸收制动时的能量，而在需要加速或爬坡时放出能量，可以使内燃机工作在均衡的工作状态下，从而节约燃油并减少排放。 国内目前也有相关单位在做这两种应用的工作，并取得了不少成果。
3、蓄电池储能
这是一种有悠久历史的储能技术。 由于它的价格、储能密度等因素的限制，以前并不把它放在能源领域的储能范围之内。 但近年来随着技术进步，将可充电电池用于大规模储能也日见端倪，特别是在独立运行的风力或太阳能电站中，蓄电池储能已成为基本的装备
电池有多种类型：铅酸电池是人们最熟悉的一种可充电电池。 现在密封型免维护的铅酸电池已成为这类电池的主流。另一类性能优异的电池是近年来出现的锂离子二次电池。它彻底解决了充放电的记忆效应，大大方便了使用，在制造过程中基本上避免了对环境的污染，有绿色电池之称。主要缺点是价格太贵，但由于它的高储能密度，很有可能用在电动汽车等交通工具中。如果能进一步提高储能密度并降低成本，那么它将很有希望用于供电设备的储能中超导磁储能系统
4、超导磁储能系统
超导磁储能系统（SMES）是利用超导材料制成的线圈，由电网（经变流器）供电励磁在线圈中产生磁场而储存能量，在需要时可将此能量（经逆变器）送回电网或作其他用途。与其他储能系统相比，SMES 具有很高的转换效率（可达 95%）和很快的反应速度（可达几毫秒）。 正因为如此，SMES 不仅可用于调节电力系统的峰谷，而且可用于降低甚至消除电网的低频功率振荡，从而改善电网的电压和频率特征；此外，可用于无功和功率因素的调节，以改善系统的稳定性。
5、压缩空气储能和氢储能
除了上述这些储能方式可以用于大量用能的场合外，还有较老的压缩空气储能和最近受到注意的氢储能。 压缩空气储能很早就用于气动工具，但它的原理和抽水储能基本相同，因此只要做到较大规模，就可以用于解峰谷差问题的储能。 这里最关键的难点是找到合适的能储存压缩空气的场所，例如密封的山洞或废弃矿井等。氢储能的提出主要是受到燃料电池成功开发的影响。 在能源供应中，燃料电池目前已经达到了可供实际使用的阶段，只是它的发电成本太高，还无法与常规发电技术相比。 另外，氢的制备与储存仍是待解
决的问题。 不过，它具有无污染、无转动部件等优点，这正是吸引人们
努力去研究它的原因。
三、结语
总之，随着电力电子学、材料学等学科的发展，现代储能技术已经得到了一定程度的发展，在分布式发电中已经起到了重要作用。储能的优点有很多，节能、环保、经济。比如火电厂要求以额定负荷运行，以维持较高的能源转换效率和品质，但用电量却随时间变化，如果有大容量、高效率的电能存储技术对电力系统进行调峰，对电厂的稳定运行和节能是至关重要的。