2W+2H解读电源侧、电网侧、用户侧的储能技术：抽水蓄能、飞轮储能、压缩空气储能、电化学储能等

西宁开发区南川工业园区 2023-11-14

储能主要是指电能的存储，电能在绝大多数情况下都是即发即用的，主要原因是电能不易直接存储。要存储电能时，须将电能转换为其他形式的能存储起来，用时再将其他形式的能转换为电能。这导致储能技术存在复杂、成本高、效率低等问题。储能的目的是，将存储的电能作为灵活调节能源，在电网负荷低的时候储能，在电网负荷高的时候输出能量，用于电网调峰填谷。

我们都知道，电都是即发即用的，没有办法大量存储。但是，智慧的人类一直在想办法充分利用大自然每时每刻都在赐予我们的“能量”。

简而言之，储能主要是指电能的存储。上面说了，电能在绝大多数情况下都是即发即用的，主要原因是电能不易直接存储。要存储电能时，须将电能转换为其他形式的能存储起来，用时再将其他形式的能转换为电能。这导致储能技术存在复杂、成本高、效率低等问题。

储能的目的是，将存储的电能作为灵活调节能源，在电网负荷低的时候储能，在电网负荷高的时候输出能量，用于电网调峰填谷。

目前，电能只能在特殊情况下存储，全球的储能电源装机容量约为90GW（GW为吉瓦，1吉瓦=1000兆瓦），约占全球总装机容量的3%。

给电力系统配备储能系统或者装置，就像是给手机配个充电宝。把电提前存好，以备不时之需。因此，储能系统或装置就像一个超级“充电宝”。

国家电网最近刚投产的河北丰宁抽水蓄能电站，是目前世界上装机容量最大、储能能力最强、地下厂房规模最大的抽水蓄能电站。

做好的饭菜吃不完，不存冰箱也会坏，坏了就扔，扔了就浪费。同理，如果将自然资源转化为了电能，用不完的那部分不存下来，也只能弃了，就浪费掉了。另外，如果没有冰箱，需要食材的时候再去市场买，就太折腾，而且万一市场关了或者没货了，那就面临饿肚子的尴尬。

那么对于储能，我们到底应该储哪些方面的能？目前，我国能源端仍然是以煤为燃料的火力发电为主，煤作为不可再生能源，耗能大、污染大。而风、光、水都是可再生能源，耗能小、污染也小。

那为什么我们仍然依靠火电呢？是因为缺风、光、水吗？

当然不是！

因为相较于火电，风、光、水等可再生能源发电都是“靠天吃饭”，具有间歇性和不稳定性。可能存在需要的时候没有，不需要的时候又有很多的情况。

所以，我们的超级“充电宝”应该存的就是，像风、光、水这些具有间歇性和不稳定性的可再生能源发出的电能，以备在电能不足时派上用场。

有学者算过一笔账：按照目前全球的用电量，只要4万平方公里的太阳能面板，就足够供应全球用电了。

4万平方公里听起来吓人，其实只有我国新疆维吾尔自治区面积的1/40，整个地球肯定不缺这点地方。

那为什么不这样去做呢？

原因很简单：因为储能技术跟不上。

可见，可再生能源发电虽然绿色、环保、低碳，但弃风、弃光普遍存在。要解决可再生能源发电的不稳定性，其解决思路中必然少不了储能！

储能作为新能源发展的核心支撑，是能源转换与缓冲、调峰与提效、传输与调度、管理与运用的核心技术，贯穿新能源开发与利用的全部环节，覆盖电源侧、电网侧、用户侧。

下面，分别从电源侧、电网侧、用户侧三个方面分析储能的重要性。

电源侧

风、光、水等可再生能源与生俱来的随机性、间歇性和波动性给电力系统带来了诸多挑战。

先天的不足，只能靠后天弥补。因此，储能技术的兴起和普及将扭转我国仍以火力发电为主的局面。“可再生能源+储能”将成为电源侧未来重点发力方向，虽然目前尚有诸多难题待解，但它已经成为能源领域历史级变化的开始。

按照国家规划：

目前，全国有十多个省市出台了政策，比如湖南就要求新增的风电项目按15%、光伏项目按5%的装机容量来配置储能设施，才能够发电；

山东新建的风电和光伏发电项目，要是配置了10%的储能设备，那发出来的电，可以优先并网、优先消纳，减少弃风弃光的损失。

电网侧

前面提到，储能可以作为灵活调节电源，在电网侧达到调峰填谷的作用。那么，什么是调峰填谷呢？

这是电网侧对用电需求波动的一种应对手段。要是你留心看过家里的电表，就会发现电表上有个小字，是“尖”“峰”“平”“谷”，这几个字就代表了电网不同负荷时段。尖和峰，就是用电高峰，一般发生在白天尤其是工作时间，平和谷，就是用电平稳和低谷期，一般是晚上和夜间。

用电高峰时，电网可能出现供不应求的情况。这时，就需要有特别的应对手段——调峰。储能电站作为调峰电源，可以有效减小电网峰谷差，提高设备利用率和电网稳定性。同时，也可以平抑风、光等间歇式可再生能源发电的输出功率，提高电网接纳能力。

用户侧

储能会对用户有什么作用呢？可以说，未来储能的普及可能会改变用户侧的用电消费习惯。

大家都知道，低谷电价比尖峰电价便宜，且电价差达3-4倍。如果有一天，储能系统的成本大幅度下降，大的用电客户可能会自建一个储能系统，在低谷时段将电存起来，高峰时用。

另外，有一些行业对电能的稳定性会有非常高的要求，比如一些数据中心、5G基站，他们对储能系统的需求也会最早成长起来。

总的来说，储能技术的发展和储能装置的大规模应用，既可以更好地保障人民用电需求、保证电网安全稳定运行，还可以大大提高可再生能源发电的比例，降低碳排放量，为实现“碳达峰、碳中和”作出贡献。

目前，大规模储能技术主要有四个方向：

抽水蓄能

压缩空气储能

飞轮储能

电化学储能

抽水蓄能电站

现在应用规模最广、技术最成熟的能源存储系统，是抽水蓄能，至少已经有百年的发展历史了。

一个抽水蓄能电站，通常是利用山上山下两个水库，形成高度差。利用电力系统低谷负荷时段富余的电力抽水到高处蓄存，在高峰负荷时段放水发电。在负荷低谷时，它在用电；在负荷高峰时，它在发电。

抽水蓄能电站对电网具备调峰填谷作用，其调峰作用为水电站的2倍，燃气电站的2.5倍，是目前在经济合理情况下较宜发展的储能装置之一。

同时，抽水蓄能电站也可以作为事故备用。当电力系统突发故障时，抽水蓄能电站可以及时顶上，给系统恢复赢得缓冲时间或提供电力支持。

其特点是：

在火电时代就已经发挥着重要作用，更将是未来新能源发展不可或缺的重要组成部分。

电化学储能

除了抽水蓄能，电化学储能是近年来的“一匹黑马”，有望成为未来储能的主流。

电化学储能的概念

主要通过电池内部不同材料间的可逆电化学反应实现电能与化学能的相互转化，通过电池完成能量存储、释放与管理。

目前市面上的电化学储能技术主要以锂电池、铅酸电池、钠硫电池和液流电池等为代表的各种电池技术，其中锂电池应用最广。

锂电池的优势与劣势

优势：

锂电池的效率可达95%以上，放电时间可达数小时；

循环次数可达5000次或更多，响应快速；

能量密度和功率密度都较高，目前已在电动汽车、计算机、手机等便携式和移动设备上广泛应用。

劣势：

锂电池受热极易发生爆炸，其大规模应用的安全性还需要进一步评估。

据统计，在过去的一年中全世界此类储能电站发生火灾超过30起。

2017年8月-2019年6月

韩国发生了23起锂电池储能项目的火灾。

2021年4月6日下午

韩国又一光伏电站的储能系统起火，共造成约4.4亿韩元损失。

目前锂电池的使用更多是在用户侧，而发电侧液流电池也在大规模储能方面不断深耕，技术已经基本成熟，有些已经投入运行，比如我国的全钒液流电池。相比锂电池，液流电池有个特别大的好处：不燃烧、不爆炸，非常安全！

除了前面这些，储能领域还有储氢、储热等技术也一直在研究和试验中。随着全球能源结构逐步从传统能源转向新能源，以及在“碳达峰、碳中和”的大背景下，可再生能源发电逐步替代传统燃煤等发电势在必行。

今年7月份，国家发改委下发了一个《关于加快推动新型储能发展的指导意见》，明确提出到2025年，新型储能装机规模要达3000万千瓦以上，是目前装机规模的将近10倍。

本文内容来源于：西宁开发区南川工业园区，责任编辑：胡静，审核人：李峥

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