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儲(chǔ)能是指通過介質(zhì)或設(shè)備把能量存儲(chǔ)起來，在需要時(shí)再釋放的過程，通常儲(chǔ)能主要指電力儲(chǔ)能。除電儲(chǔ)能外，熱儲(chǔ)能及氫儲(chǔ)能也是儲(chǔ)能的主要內(nèi)容之一。

電儲(chǔ)能可以分為機(jī)械儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能和電磁儲(chǔ)能三類。機(jī)械儲(chǔ)能又可細(xì)分為：抽水蓄能、壓縮空氣蓄能和飛輪蓄能等；電化學(xué)儲(chǔ)能可細(xì)分為：鋰離子電池、鈉硫電池、鉛蓄電池和液流電池等；電磁儲(chǔ)能可分為：超級(jí)電容儲(chǔ)能和超導(dǎo)儲(chǔ)能。

儲(chǔ)能技術(shù)是解決可再生能源大規(guī)模接入和棄風(fēng)、棄光問題的關(guān)鍵技術(shù)，是分布式能源、智能電網(wǎng)、能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的必備技術(shù)，也是解決常規(guī)電力削峰填谷、提高常規(guī)能源發(fā)電與輸電效率、安全性和經(jīng)濟(jì)性的重要支撐技術(shù)。儲(chǔ)能技術(shù)可提高清潔能源發(fā)電比率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)非化石能源清潔高效利用，有效減少污染物的排放，對(duì)霧霾等環(huán)境問題的治理和改善人居環(huán)境將起到極大的推動(dòng)作用。同時(shí)，儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展關(guān)系到能源、交通、電力等多個(gè)重要行業(yè)的發(fā)展，尤其在當(dāng)今能源枯竭日益加劇、能源消費(fèi)供求不平衡的大環(huán)境下，儲(chǔ)能能夠突破傳統(tǒng)能源模式時(shí)間與空間的限制，其重要作用日益凸顯，已成為主要發(fā)達(dá)國(guó)家競(jìng)相發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。
（1）機(jī)械儲(chǔ)能

① 抽水蓄能

抽水蓄能是目前唯一大規(guī)模運(yùn)用于電力系統(tǒng)的儲(chǔ)能技術(shù)。其工作原理可以概括為：負(fù)荷低谷時(shí)，將水從低位水庫(kù)抽到高位水庫(kù)儲(chǔ)能；負(fù)荷高峰時(shí)，將高位水庫(kù)中的水回流下水庫(kù)推動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)發(fā)電（水輪發(fā)電機(jī)組）。它是將電能轉(zhuǎn)換為水的位能進(jìn)行存儲(chǔ)，負(fù)荷高峰時(shí)再反之進(jìn)行發(fā)電。電站通常包括下水庫(kù)、電動(dòng)抽水泵/水輪發(fā)電機(jī)組和上水庫(kù)三個(gè)主要部分，其電氣設(shè)備與常規(guī)電站基本相同。

抽水蓄能具有規(guī)模大、能量?jī)?chǔ)存集中，技術(shù)成熟；負(fù)荷響應(yīng)速度快，調(diào)節(jié)能力好；成本低、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，其效率一般可達(dá)到65%~75%，最高可達(dá)80%~85%。該技術(shù)存在啟動(dòng)速度慢、建設(shè)周期長(zhǎng)；受地理環(huán)境和土木工程技術(shù)制約大等缺點(diǎn)。

② 壓縮空氣蓄能

壓縮空氣蓄能指在電網(wǎng)負(fù)荷低谷期將電能用于壓縮空氣，將空氣高壓密封在報(bào)廢礦井、沉降的海底儲(chǔ)氣罐、山洞、過期油氣井或新建儲(chǔ)氣井，在電網(wǎng)負(fù)荷高峰期釋放壓縮空氣推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電的儲(chǔ)能方式。

該技術(shù)具備有調(diào)峰功能，適合用于大規(guī)模風(fēng)場(chǎng)（因?yàn)轱L(fēng)能產(chǎn)生的機(jī)械功可以直接驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)，減少了中間轉(zhuǎn)換成電的環(huán)節(jié)，從而提高效率）；占地面積小、容量大、成本低等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)存在的缺點(diǎn)包括：需要大的洞穴以存儲(chǔ)壓縮空氣，與地理?xiàng)l件密切相關(guān)，適合地點(diǎn)非常有限；需要燃?xì)廨啓C(jī)配合，并要一定量的燃?xì)庾魅剂希m合于用作能量管理、負(fù)荷調(diào)平和削峰；以往開發(fā)的是一種非絕熱（diabatic）的壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)，空氣在壓縮時(shí)所釋放的熱，并沒有儲(chǔ)存起來，通過冷卻消散了，而壓縮的空氣在進(jìn)入透平前還需要再加熱。因此全過程效率較低，通常低于50%。

③ 飛輪蓄能

飛輪蓄能是指利用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)飛輪高速旋轉(zhuǎn)，在需要時(shí)利用飛輪帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電的儲(chǔ)能方式。具有壽命長(zhǎng)（15~30 年）、效率高、維護(hù)少、穩(wěn)定性好、功率密度較高、響應(yīng)速度快（毫秒級(jí)）等優(yōu)點(diǎn)，存在能量釋放時(shí)間段，只可持續(xù)幾秒至幾分鐘；由于軸承的磨損和空氣的阻力，具有一定的自放電；成本高；存在噪聲污染等缺點(diǎn)。

（2）電化學(xué)儲(chǔ)能

電化學(xué)儲(chǔ)能電站通過化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行電池正負(fù)極的充電和放電，實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。傳統(tǒng)電池技術(shù)以鉛酸電池為代表，由于其對(duì)環(huán)境危害較大，已逐漸被鋰離子、鈉硫等性能更高、更安全環(huán)保的電池所替代。電化學(xué)儲(chǔ)能的響應(yīng)速度較快，基本不受外部條件干擾，但投資成本高、使用壽命有限，且單體容量有限。隨著技術(shù)手段的不斷發(fā)展，電化學(xué)儲(chǔ)能正越來越廣泛地應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，尤其是電動(dòng)汽車和電力系統(tǒng)中。

目前，電化學(xué)儲(chǔ)能行業(yè)已初步形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模，2020 年裝機(jī)規(guī)模約2494.7 兆瓦，預(yù)計(jì)到2025 年累計(jì)裝機(jī)量有望達(dá)到27154.6 兆瓦，實(shí)現(xiàn)61.2%年復(fù)合增長(zhǎng)率的規(guī)模增長(zhǎng)。
① 鋰離子電池

鋰電池實(shí)際上是一個(gè)鋰離子濃差電池，正負(fù)電極由兩種不同的鋰離子嵌入化合物構(gòu)成。充電時(shí)，鋰離子從正極脫嵌，經(jīng)過電解液進(jìn)入負(fù)極，此時(shí)負(fù)極處于富鋰態(tài)，正極處于貧鋰態(tài)。放電時(shí)則相反，鋰離子從負(fù)極脫嵌，經(jīng)過電解液嵌入正極，此時(shí)正極處于富鋰態(tài)，負(fù)極處于貧鋰態(tài)。鋰電池是目前相對(duì)成熟技術(shù)路線中能量密度最高的實(shí)用型電池；轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到95%及以上；一次放電時(shí)間可達(dá)數(shù)小時(shí)；循環(huán)次數(shù)可達(dá)5000 次及以上，響應(yīng)快速。

鋰電池根據(jù)不同的正極材料，主要可以細(xì)分為四類：鈷酸鋰電池、錳酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池和多元金屬?gòu)?fù)合氧化物電池，多元金屬?gòu)?fù)合氧化物包括三元材料鎳鈷錳酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰等。

鈷酸鋰電池自從鋰離子電池商業(yè)化以來，一直作為正極材料的主流被應(yīng)用。由于鈷酸鋰在高電壓下存在結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的問題，進(jìn)而導(dǎo)致鈷酸鋰主要應(yīng)用于小電池場(chǎng)合，如移動(dòng)電話、計(jì)算機(jī)等。

早期的錳酸鋰電池，在高溫下與電解液的相容性較差，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，導(dǎo)致容量衰減過快，因此高溫循環(huán)差的缺點(diǎn)一直限制著錳酸鋰在鋰離子電池中的應(yīng)用。近年來，摻雜技術(shù)的運(yùn)用使錳酸鋰具有良好的高溫循環(huán)與儲(chǔ)存性能，目前已有少量國(guó)內(nèi)企業(yè)可以制備。

磷酸鐵鋰電池具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性高、常溫循環(huán)性能優(yōu)異等特點(diǎn)，并且鐵和磷的資源豐富，對(duì)環(huán)境友好，近年來國(guó)內(nèi)廣泛選擇磷酸鐵鋰電池應(yīng)用于新能源汽車領(lǐng)域，特別是商用車領(lǐng)域。

三元材料電池受錳酸鋰等單質(zhì)材料摻雜技術(shù)的啟發(fā)，綜合了鈷酸鋰、鎳酸鋰和錳酸鋰三類材料的優(yōu)點(diǎn)，形成了鈷酸鋰/鎳酸鋰/錳酸鋰三相的共熔體系，存在明顯的三元協(xié)同效應(yīng)，使綜合性能優(yōu)于單組合化合物。隨著生產(chǎn)技術(shù)工藝的進(jìn)步，三元材料電池迅速在新能源汽車領(lǐng)域，特別是乘用車領(lǐng)域占據(jù)了重要位置，成為目前政府補(bǔ)貼支持力度最大、出貨量最大，并不斷擴(kuò)產(chǎn)的技術(shù)路線。

總之，鋰電池憑借自身高能量密度和高功率密度的優(yōu)勢(shì)，成為目前主流的技術(shù)路線，在我國(guó)儲(chǔ)能中的裝機(jī)容量占比最大，增長(zhǎng)幅度也最快，已成為發(fā)展最快的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)。

② 鈉硫電池

鈉硫電池的正極由液態(tài)硫組成，負(fù)極由液態(tài)鈉組成，中間隔有陶瓷材料的貝塔氧化鋁管。鈉硫電池的運(yùn)行溫度需保持在300℃以上，以使電極處于熔融狀態(tài)。鈉硫電池目前發(fā)展的重點(diǎn)是作為固定場(chǎng)合（如電站儲(chǔ)能）應(yīng)用，用于調(diào)頻、移峰、改善電能質(zhì)量和可再生能源發(fā)電等領(lǐng)域。

鈉硫電池的主要優(yōu)點(diǎn)是能量密度高，響應(yīng)時(shí)間短，可以達(dá)到毫秒級(jí)別；循環(huán)周期可達(dá)4500 次；一次放電時(shí)間可達(dá)6~7h；周期往返效率可達(dá)約75%。

鈉硫電池主要缺點(diǎn)為由于使用了金屬鈉，作為在高溫條件下運(yùn)行的易燃金屬物，存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)電池的價(jià)格相對(duì)較高；鈉硫電池在移動(dòng)場(chǎng)合（如電動(dòng)汽車）使用條件比較苛刻，無(wú)論是在可提供的空間方面，還是在電池自身的安全方面，均有一定的局限性。

③ 鉛蓄電池

鉛蓄電池是世界上最廣泛應(yīng)用的電池之一。

鉛蓄電池儲(chǔ)能具有成本較低，儲(chǔ)能綜合效率較高，占地面積較小，循環(huán)次數(shù)較好，整體應(yīng)用成本較為低廉；技術(shù)成熟，安全性較高；循環(huán)次數(shù)可達(dá)1000 次左右；效率可達(dá)80%～90%，性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)具有能量密度較低；壽命較短；深度、快速、大功率放電時(shí)可用容量大幅下降等不足之處。目前，鉛蓄電池一般主要用于電力系統(tǒng)的事故電源或備用電源，以及汽車起動(dòng)電源和低速車動(dòng)力電源領(lǐng)域。

④ 液流電池

在液流電池中，能量?jī)?chǔ)存在溶解于液態(tài)電解質(zhì)的電活性物中，而液態(tài)電解質(zhì)則儲(chǔ)存在電池外部的罐中。用泵將儲(chǔ)存在罐中的電解質(zhì)打入電池堆棧，并通過電極和薄膜，將電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能，或?qū)⒒瘜W(xué)能轉(zhuǎn)換為電能。

液流電池的核心優(yōu)點(diǎn)是壽命長(zhǎng)，循環(huán)次數(shù)可超過 10000 次。液流電池的充放電原理是基于化合價(jià)的變化，而非普通電池的物理變化， 因此其使用壽命極長(zhǎng)。但是另一方面，液流電池的能量密度和功率密度相對(duì)較低，而且響應(yīng)速度較慢。

液流電池儲(chǔ)存的能量多少取決于儲(chǔ)存罐的大小，容量可達(dá)兆瓦級(jí)，可以儲(chǔ)存長(zhǎng)達(dá)數(shù)小時(shí)至數(shù)天的能量，適合用于電力系統(tǒng)中。目前液流電池的典型功率在10MW 以上，只適用于大容量、高功率的儲(chǔ)能系統(tǒng)。

（3）電磁儲(chǔ)能

① 超級(jí)電容儲(chǔ)能

超級(jí)電容器由2 個(gè)多孔電極、隔膜及電解質(zhì)組成。電容器依靠電子的遷移攜帶能量，超級(jí)電容器按原理可以分為雙電層電容器和贗電容器。目前，雙電層電容器的技術(shù)更為成熟，在市場(chǎng)上已經(jīng)逐步推廣，所以現(xiàn)在市場(chǎng)上所說的超級(jí)電容器一般都是指雙電層電容器。超級(jí)電容器在結(jié)構(gòu)上包括正極、負(fù)極和電解液。電極材料的制備是超級(jí)電容器的核心環(huán)節(jié)，正極材料一般包括碳材料、金屬氧化物材料和導(dǎo)電聚合物材料，負(fù)極材料以已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的石墨為主，
電解液有水性電解液和有機(jī)電解液。

超級(jí)電容器用途廣泛。超級(jí)電容器用作起重裝臵的電力平衡電源，可以提供超大電流的電力。超級(jí)電容器用車輛起動(dòng)電源，起動(dòng)效率和可靠性都比傳統(tǒng)的蓄電池高，可以全部或部分替代傳統(tǒng)的蓄電池。超級(jí)電容器用作車輛的牽引能源，可以驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車，替代傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)，改造現(xiàn)有的無(wú)軌電車。超級(jí)電容器用在軍事上，可以保證坦克車、裝甲車等戰(zhàn)車在寒冷的冬季順利起動(dòng)，并可作為激光武器的脈沖能源。超級(jí)電容器還可以用作其它機(jī)電設(shè)備的儲(chǔ)能能源。

② 超導(dǎo)電磁儲(chǔ)能

超導(dǎo)磁儲(chǔ)能的概念最早來源于充放電時(shí)間很短的脈沖能量?jī)?chǔ)存，利用超導(dǎo)體電阻為零的特性， 通過超導(dǎo)線圈將電磁能直接儲(chǔ)存起來，需要時(shí)再將電磁能返回電網(wǎng)或其他負(fù)載。儲(chǔ)能裝臵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沒有旋轉(zhuǎn)機(jī)械部件和動(dòng)密封問題，因此設(shè)備壽命較長(zhǎng)；儲(chǔ)能密度高，可達(dá)100MJ/m3，適合做成較大功率的系統(tǒng)；響應(yīng)速度快，一般為1~100ms，調(diào)節(jié)電壓和頻率快速且方便。功率輸送時(shí)不需要能源形式的轉(zhuǎn)換，具有響應(yīng)速度快、綜合效率高和功率密度高等優(yōu)點(diǎn)。超導(dǎo)磁儲(chǔ)能系統(tǒng)包括超導(dǎo)線圈、低溫系統(tǒng)、功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)四大部分。超導(dǎo)磁儲(chǔ)能技術(shù)的成熟度主要取決于超導(dǎo)材料技術(shù)的成熟度，根據(jù)不同的工作溫度，可分為低溫超導(dǎo)材料、高溫超導(dǎo)材料和室溫超導(dǎo)材料。超導(dǎo)磁儲(chǔ)能的缺點(diǎn)在于受限于價(jià)格昂貴的超導(dǎo)材料和低溫制冷系統(tǒng)，短期內(nèi)難以商業(yè)化。

原標(biāo)題：儲(chǔ)能的分類及電化學(xué)儲(chǔ)能電池的特點(diǎn)分類