现在有哪些新型电网储能方式？空气压缩储能和抽水储能基本途径是什么？
来源：宝鄂实业
2019-04-14 16:28
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任何时刻，只要您插上插座，按下开关，电灯、个人计算机或是微波炉等电器就会立刻开始为您工作。如此便捷的使用，很大程度上依赖于稳定的电网。
电网可以理解为一个庞大复杂的机器。通过对内部的动态调整，电网可迅速实现风电站与太阳能电站等能量输入与用户能量消耗的平衡。目前，风能、太阳能等可再生能源电站已开始普遍接入电网，但这些可再生能源电站的工作状态受环境影响较大，如风电站发电量受当地风速影响，太阳能电站发电量受当地光照影响，输入电网的电能存在波动；同时，用户消耗的电能亦存在峰顶和峰谷。为了保证电网的正常运转，电网需将多余的电能进行储存，并在电能供给不足时将储存的电能释放出来。目前，电网可以储存大约2%的电能，随着未来更多可再生能源电站的上网发电，电网需要更高的能量储存能力。美国加利福尼亚州已要求，到2020年电网的储能能力要增加1325兆瓦。
科学家与企业家已经开始全力寻找新型的、更好的电网储能技术，他们测试新技术，改进旧技术，着力提高电网的储能能力并降低成本。美国阿贡国家实验室能量储存联合研究中心的执行主任杰夫·张伯伦说：“这些技术将面临激烈的竞争与残酷的淘汰，那将会是一场新技术的大血拼。”
1
空气压缩储能
基本途径：当电网能量需求较低时，利用富裕的电能驱动电机或空气压缩机，将空气压缩后储存在地下的腔室内（洞穴、废弃矿井等）。稍后释放压缩空气，气体膨胀驱动涡轮机工作发电，补充电网能量。
压缩空气储能不是象电池储能那样的简单储能系统，它是一种调峰用燃气轮机发电厂，对于同样的电力输出，它所消耗的燃气要比常规燃气轮机少40%。这是因为，常规燃气轮机在发电时大约需要消耗输入燃料的2/3进行空气的压缩，而CAES则可利用电网负荷低谷时的廉价电能预先压缩空气，然后根据需要释放储存的能量加上一些燃气进行发电。压缩空气常常储存在合适的地下矿井或者溶岩下的洞穴中。通过溶岩建造这样的洞穴大约需要1年半到两年的时间。
第一个投入商用运行的CAES是1978年建于德国Hundorf的一台290MW机组。美国1991年在Alabama的McIntosh建成了第二台商用CAES，机组功率为110MW，整个建设耗时30个月，耗资6500万美元，这台机组能够在14min之内并网。第三台商业运行CAES，也是目前世界上最大容量的CAES，计划建在Ohio州的Norton，整个电站装机容量为2700MW，共有9台机组，压缩空气储存在一个现有的位于地下2200ft深的石灰石矿井里。
优点：该技术已经运用在采矿等行业数十年，同时，该技术非常经济且不涉及任何有毒有害物质。
缺点：需要适当的气体储藏空间。2
高速飞轮储能
大多数现代飞轮储能系统都是由一个圆柱形旋转质量块和通过磁悬浮轴承组成的支撑机构组成。采用磁悬浮轴承的目的是消除摩擦损耗，提高系统的寿命。为了保证足够高的储能效率，飞轮系统应该运行于真空度较高的环境中，以减少风阻损耗。飞轮与电动机或者发电机相连，通过某种形式的电力电子装置，可进行飞轮转速的调节，实现储能装置与电网之间的功率交换。
飞轮储能的一个突出优点就是几乎不需要运行维护、设备寿命长(20年或者数万次深度充放能量过程)且对环境没有不良的影响。飞轮具有优秀的循环使用以及负荷跟踪性能，它可以用于那些在时间和容量方面介于短时储能应用和长时间储能应用之间的应用场合。
在实现飞轮储能装置时，可采用固体钢结构飞轮，也可采用复合材料飞轮，具体采用何种飞轮需要进行经济技术比较，在系统成本、重量、尺寸以及材料性能等指标之间进行折衷。采用高密度钢材料，其边缘线速度可达200～375m/s，而采用重量更轻、强度更高的复合材料，其边缘线速度可达600～1000m/s。飞轮实际可输出的能量取决于其速度变化范围，它不可能在很低的转速下输出额定功率。
目前，已经开发出大功率飞轮储能系统，并应用于航空以及UPS领域。以BeaconPower为领先水平的研究机构正在致力于飞轮储能的优化设计，以便将其用于长过程储能服务(多达几个小时)，同时降低其商用成本。目前已有2kW/6kW?h的飞轮储能系统用于通信设备供电，采用飞轮组(FlywheelFarmApproach)可以实现输出功率为兆瓦级、持续时间为数分钟或者数小时的储能装置。
基本途径：当电网能量需求较低时，利用富裕的电能加速飞轮转子，飞轮系统保持真空状态并使用磁悬轴承，从而降低体系能量的摩擦损耗。当电网需求增加时，飞轮的动能将转换为电能。
优点：极快速地响应电网能量需求变化。
缺点：能量储存大约持续15分钟，适用于电网的短时能量波动。
3
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。
基本途径：当电网能量需求较低时，利用富裕的电能将大量的水从低处抽至高处。当电网需求增加时，释放高处的水以驱动涡轮机发电，补充电网能量。目前，95%的电网储能是利用抽水储能方式实现。
优点：可储存大量能量（一个直径1000米、深25米的蓄水器可储存10000兆瓦时电能），储存时间可超过50年。
缺点：所需的空间巨大，能量储存密度低。4
车辆－电网储能
基本途径：可将电动汽车等当作电网等备份电池组。当电网能量需求较低时（如夜间），将电网能量储存在汽车电池组中；当电网处于用电峰值时，将储存的电能输回至电网。
优点：运用范围广，只要有停车场与相应的插头。车主可根据相关规定，获得一定的经济补偿。
缺点：频繁的充电与放电会减少电池的寿命。当将电能输回至电网时有可能耗尽电池电量，因此，在使用车辆前可能需要继续充电，浪费车主的时间。
5铁路能量储存
基本途径：当电网能量需求较低时，利用富裕的电能驱动装载了重物的电力机车沿铁轨爬坡。当电网需求增加时，机车沿铁轨滑下带动制动系统发电。坡越陡，能量储存效果越好。
优点：可迅速给电网补充大量电能。该方法技术上可行，在美国加利福尼亚州、内华达州附近正计划建成一个50兆瓦级储能系统。
缺点：地形要求严格且占地面积大，只适用于偏远地区。
6固体电池
基本途径：当电网能量需求较低时，利用固体电池储存能量；当电网能量需求高时，电池对电网放电。
优点：固体电池的发展已超过200年，近年来随着材料科学与化学的发展，锂离子电池等新型电池具有更优秀的储能能力，并可以运用于多种环境。
缺点：价格较高，储能能力有限，同时还具有一定的安全隐患，如火灾等。
7流体电池
基本途径：流体电池与固体电池类似，但由于使用大的液态电解质储存箱，流体电池可储存的能量远大于固体电池。
优点：可快速向电网补充大量电能。
缺点：占地面积较大，所使用的液态电解质如果泄漏会造成环境污染。
8融盐储能
基本途径：当电网能量需求较低时，使用聚光镜将日光聚焦后反射至融盐存储罐中，加热罐中融盐至538℃以上。当电网能量需求增加时，利用高温的融盐加入水产生蒸汽推动汽轮机发电。
优点：融盐储能已运用在大规模太阳能电池电站中。
缺点：储箱占据大量空间。
9热储能
基本途径：当电网能量需求较低时，利用富裕的电能将水冷却并将冷却后的水储存在房顶或室内的水箱中。在用电高峰，冷却的水可用来给室内降温，从而减少对电网能量的需求。
优点：最廉价、最简洁的储能方式。
缺点：对建筑物等的冷却仅在夏季有效。
电网可以理解为一个庞大复杂的机器。通过对内部的动态调整，电网可迅速实现风电站与太阳能电站等能量输入与用户能量消耗的平衡。目前，风能、太阳能等可再生能源电站已开始普遍接入电网，但这些可再生能源电站的工作状态受环境影响较大，如风电站发电量受当地风速影响，太阳能电站发电量受当地光照影响，输入电网的电能存在波动；同时，用户消耗的电能亦存在峰顶和峰谷。为了保证电网的正常运转，电网需将多余的电能进行储存，并在电能供给不足时将储存的电能释放出来。目前，电网可以储存大约2%的电能，随着未来更多可再生能源电站的上网发电，电网需要更高的能量储存能力。美国加利福尼亚州已要求，到2020年电网的储能能力要增加1325兆瓦。
科学家与企业家已经开始全力寻找新型的、更好的电网储能技术，他们测试新技术，改进旧技术，着力提高电网的储能能力并降低成本。美国阿贡国家实验室能量储存联合研究中心的执行主任杰夫·张伯伦说：“这些技术将面临激烈的竞争与残酷的淘汰，那将会是一场新技术的大血拼。”
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空气压缩储能
基本途径：当电网能量需求较低时，利用富裕的电能驱动电机或空气压缩机，将空气压缩后储存在地下的腔室内（洞穴、废弃矿井等）。稍后释放压缩空气，气体膨胀驱动涡轮机工作发电，补充电网能量。
压缩空气储能不是象电池储能那样的简单储能系统，它是一种调峰用燃气轮机发电厂，对于同样的电力输出，它所消耗的燃气要比常规燃气轮机少40%。这是因为，常规燃气轮机在发电时大约需要消耗输入燃料的2/3进行空气的压缩，而CAES则可利用电网负荷低谷时的廉价电能预先压缩空气，然后根据需要释放储存的能量加上一些燃气进行发电。压缩空气常常储存在合适的地下矿井或者溶岩下的洞穴中。通过溶岩建造这样的洞穴大约需要1年半到两年的时间。
第一个投入商用运行的CAES是1978年建于德国Hundorf的一台290MW机组。美国1991年在Alabama的McIntosh建成了第二台商用CAES，机组功率为110MW，整个建设耗时30个月，耗资6500万美元，这台机组能够在14min之内并网。第三台商业运行CAES，也是目前世界上最大容量的CAES，计划建在Ohio州的Norton，整个电站装机容量为2700MW，共有9台机组，压缩空气储存在一个现有的位于地下2200ft深的石灰石矿井里。
优点：该技术已经运用在采矿等行业数十年，同时，该技术非常经济且不涉及任何有毒有害物质。
缺点：需要适当的气体储藏空间。2
高速飞轮储能
大多数现代飞轮储能系统都是由一个圆柱形旋转质量块和通过磁悬浮轴承组成的支撑机构组成。采用磁悬浮轴承的目的是消除摩擦损耗，提高系统的寿命。为了保证足够高的储能效率，飞轮系统应该运行于真空度较高的环境中，以减少风阻损耗。飞轮与电动机或者发电机相连，通过某种形式的电力电子装置，可进行飞轮转速的调节，实现储能装置与电网之间的功率交换。
飞轮储能的一个突出优点就是几乎不需要运行维护、设备寿命长(20年或者数万次深度充放能量过程)且对环境没有不良的影响。飞轮具有优秀的循环使用以及负荷跟踪性能，它可以用于那些在时间和容量方面介于短时储能应用和长时间储能应用之间的应用场合。
在实现飞轮储能装置时，可采用固体钢结构飞轮，也可采用复合材料飞轮，具体采用何种飞轮需要进行经济技术比较，在系统成本、重量、尺寸以及材料性能等指标之间进行折衷。采用高密度钢材料，其边缘线速度可达200～375m/s，而采用重量更轻、强度更高的复合材料，其边缘线速度可达600～1000m/s。飞轮实际可输出的能量取决于其速度变化范围，它不可能在很低的转速下输出额定功率。
目前，已经开发出大功率飞轮储能系统，并应用于航空以及UPS领域。以BeaconPower为领先水平的研究机构正在致力于飞轮储能的优化设计，以便将其用于长过程储能服务(多达几个小时)，同时降低其商用成本。目前已有2kW/6kW?h的飞轮储能系统用于通信设备供电，采用飞轮组(FlywheelFarmApproach)可以实现输出功率为兆瓦级、持续时间为数分钟或者数小时的储能装置。
基本途径：当电网能量需求较低时，利用富裕的电能加速飞轮转子，飞轮系统保持真空状态并使用磁悬轴承，从而降低体系能量的摩擦损耗。当电网需求增加时，飞轮的动能将转换为电能。
优点：极快速地响应电网能量需求变化。
缺点：能量储存大约持续15分钟，适用于电网的短时能量波动。
3
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。
基本途径：当电网能量需求较低时，利用富裕的电能将大量的水从低处抽至高处。当电网需求增加时，释放高处的水以驱动涡轮机发电，补充电网能量。目前，95%的电网储能是利用抽水储能方式实现。
优点：可储存大量能量（一个直径1000米、深25米的蓄水器可储存10000兆瓦时电能），储存时间可超过50年。
缺点：所需的空间巨大，能量储存密度低。4
车辆－电网储能
基本途径：可将电动汽车等当作电网等备份电池组。当电网能量需求较低时（如夜间），将电网能量储存在汽车电池组中；当电网处于用电峰值时，将储存的电能输回至电网。
优点：运用范围广，只要有停车场与相应的插头。车主可根据相关规定，获得一定的经济补偿。
缺点：频繁的充电与放电会减少电池的寿命。当将电能输回至电网时有可能耗尽电池电量，因此，在使用车辆前可能需要继续充电，浪费车主的时间。
5铁路能量储存
基本途径：当电网能量需求较低时，利用富裕的电能驱动装载了重物的电力机车沿铁轨爬坡。当电网需求增加时，机车沿铁轨滑下带动制动系统发电。坡越陡，能量储存效果越好。
优点：可迅速给电网补充大量电能。该方法技术上可行，在美国加利福尼亚州、内华达州附近正计划建成一个50兆瓦级储能系统。
缺点：地形要求严格且占地面积大，只适用于偏远地区。
6固体电池
基本途径：当电网能量需求较低时，利用固体电池储存能量；当电网能量需求高时，电池对电网放电。
优点：固体电池的发展已超过200年，近年来随着材料科学与化学的发展，锂离子电池等新型电池具有更优秀的储能能力，并可以运用于多种环境。
缺点：价格较高，储能能力有限，同时还具有一定的安全隐患，如火灾等。
7流体电池
基本途径：流体电池与固体电池类似，但由于使用大的液态电解质储存箱，流体电池可储存的能量远大于固体电池。
优点：可快速向电网补充大量电能。
缺点：占地面积较大，所使用的液态电解质如果泄漏会造成环境污染。
8融盐储能
基本途径：当电网能量需求较低时，使用聚光镜将日光聚焦后反射至融盐存储罐中，加热罐中融盐至538℃以上。当电网能量需求增加时，利用高温的融盐加入水产生蒸汽推动汽轮机发电。
优点：融盐储能已运用在大规模太阳能电池电站中。
缺点：储箱占据大量空间。
9热储能
基本途径：当电网能量需求较低时，利用富裕的电能将水冷却并将冷却后的水储存在房顶或室内的水箱中。在用电高峰，冷却的水可用来给室内降温，从而减少对电网能量的需求。
优点：最廉价、最简洁的储能方式。
缺点：对建筑物等的冷却仅在夏季有效。
上海宝鄂实业有限公司拥有一支从事锂电池多年、经验丰富的研发团队，我们时刻关注着锂电池在各领域的最新发展和应用，并不断为客户研发出“先进、安全、稳定”的锂电池方案，提供包括18650锂电池、26650锂电池和铁锂电池等多种锂电池服务。
