中國儲能網(wǎng)訊：電力系統(tǒng)儲能技術(shù)發(fā)展及應用現(xiàn)狀
第一節(jié)儲能技術(shù)分類及特性
目前，電力系統(tǒng)儲能技術(shù)主要分為以下四類：①機械儲能②化學儲能③電磁儲能④相變儲能
另外，電動汽車也是電力系統(tǒng)儲能的一種形式。
一、機械儲能
機械儲能是電能與機械能之間的相互轉(zhuǎn)換。機械儲能在能量轉(zhuǎn)化過程中，會產(chǎn)生機械損耗；機械儲能壽命一般較長，容量一般較大。目前機械儲能技術(shù)主要包括：抽水儲能、飛輪儲能、壓縮空氣儲能等。不同機械儲能有著較明顯的技術(shù)特性上的差別。
（一）抽水蓄能
抽水蓄能電站包括上、下水庫及地下電站、相應的輸配電系統(tǒng)和其他附屬設(shè)置等。負荷低谷時段機電設(shè)備工作在電動機狀態(tài)，將下水庫的水抽到上水庫，負荷高峰時段機電設(shè)備工作在發(fā)電機狀態(tài)，利用儲存在上水庫中的水發(fā)電。因此，抽水蓄能可將電網(wǎng)負荷低谷時段的多余電能，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娋W(wǎng)高峰時段的稀缺電能。抽水蓄能電站可以按照一定容量建造，裝機容量可以從幾十兆瓦到幾千兆瓦，電能釋放時間可以從幾小時到幾天，綜合效率在70%~85%。
1. 技術(shù)特點
（1）儲能容量大。抽水儲能電站特別適合大容量開發(fā)，裝機規(guī)?？梢赃_到1000MW以上，目前世界最大的抽水蓄能電站為我國的豐寧蓄能電站，完全建成后總裝機容量將達到3600MW。抽水儲能的抽水或者放水發(fā)電的時間可以從幾小時到幾天不等，儲能總規(guī)模遠大于其他所有儲能設(shè)備，是目前世界上規(guī)模最大的電力系統(tǒng)儲能技術(shù)，主要用于電力系統(tǒng)的調(diào)峰填谷、調(diào)頻、調(diào)相、緊急事故備用等。
（2）技術(shù)成熟、可靠。抽水蓄能電站發(fā)展歷史悠久，在世界各國得到廣泛的發(fā)展應用，技術(shù)成熟、可靠。我國抽水蓄能電站雖起步晚，但由于常規(guī)水電開發(fā)技術(shù)基礎(chǔ)雄厚，起點較高，蓄能電站發(fā)展較迅速，同時規(guī)劃建設(shè)有序，建設(shè)水平目前已居世界先進水平。
（3）循環(huán)次數(shù)多，使用壽命長。抽水儲能電站一般使用年限在50年及以上，其蓄水壩體使用年限可達100年。抽水蓄能在抽水或者放水過程中，只受到相關(guān)設(shè)備機械性能的限制，因此其充放電循環(huán)次數(shù)可以達到無限次。
（4）能量轉(zhuǎn)換效率較高。抽水儲能儲存能量時靠水泵抽水，釋放電能時靠水推動水輪機發(fā)電，受水輪機（水泵）設(shè)備損耗以及外部輸電線路損耗的限制、水庫蒸發(fā)等因素的影響，其能量轉(zhuǎn)換效率在70%~85%左右。
（5）經(jīng)濟指標好。抽水蓄能電站單位千瓦投資較低，一般在3000~6000元，經(jīng)濟指標優(yōu)越，是目前最經(jīng)濟的儲能技術(shù)。
（6）建設(shè)周期較長，對場地條件有要求。抽水儲能電站的建設(shè)周期一般為3~5年。電站選址對地質(zhì)、地形條件及水環(huán)境等有要求。
2. 技術(shù)優(yōu)勢
抽水蓄能電站是國內(nèi)外電力系統(tǒng)中應用最為廣泛的儲能電站，它具有兩大特性：一是它既是發(fā)電廠，又是用戶，它的填谷作用是其他任何大型發(fā)電站所沒有的，詳見表2-1；二是啟動迅速，運行靈活、可靠，對負荷的急劇變化可以快速反應，除調(diào)峰填谷外，還適合承擔調(diào)頻、調(diào)相、緊急事故備用、黑啟動和系統(tǒng)備用容量等。與其它電源聯(lián)合運行時，可提高系統(tǒng)中火電站和核電站等的效率。
3. 應用及發(fā)展情況
抽水蓄能技術(shù)是世界各國目前普遍采用的電力系統(tǒng)大規(guī)模儲能技術(shù)，也是迄今最經(jīng)濟、高效的一種儲能技術(shù)。從1882年世界首座抽水蓄能電站在瑞士建成開始，世界一些發(fā)達國家相繼開發(fā)了大量的抽水蓄能電站。日、美、西歐等國家和地區(qū)在20世紀60~70年代進入抽水蓄能電站建設(shè)高峰期。目前，美國和西歐經(jīng)濟發(fā)達國家抽水儲能裝機容量占世界抽水蓄能電站總裝機容量的55%以上，抽水蓄能電站資源已開發(fā)殆盡。上述各國國內(nèi)抽水蓄能電站裝機容量比例較高，如美國抽水蓄能電站占國內(nèi)總裝機的比例約占3%，日本抽水蓄能電站占國內(nèi)總裝機的比例為10%左右，法國抽水蓄能電站占國內(nèi)總裝機的比例為13%，德國為11.2%。
近年國外投入運行的八個大型抽水蓄能電站的情況見表2-2。
我國1968年建成崗南小型混合式抽水蓄能電站，至今已近半個世紀，但直至1992年后，蓄能電站的建設(shè)才開始蓬勃發(fā)展，發(fā)展狀況總體呈直線式上升趨勢，我國抽水蓄能電站的建設(shè)雖起步較晚，但起點卻較高，且建設(shè)資源優(yōu)越，如十三陵抽水蓄能電站、天荒坪抽水蓄能電站等均為世界知名抽水蓄能電站，近年建設(shè)的多座大型抽水蓄能電站技術(shù)已處于世界先進水平，如張河灣、西龍池、呼和浩特抽水蓄能電站等。至2013年底，我國抽水蓄能電站裝機近2200萬千瓦。我國“十二五規(guī)劃”抽水蓄能電站裝機為2800萬千瓦，“十三五規(guī)劃”為7000萬千瓦。目前，我國有多座大型抽水蓄能電站處于規(guī)劃設(shè)計階段或建設(shè)階段，如文登、敦化、豐寧等抽水蓄能電站，保持了一定的項目儲備量，我國抽水蓄能電站正在穩(wěn)步有序發(fā)展。
抽水蓄能技術(shù)發(fā)展方向：機組向高水頭、高轉(zhuǎn)速、大容量方向發(fā)展，重點將立足于振動、空蝕、變形、止水及磁特性的研究，著眼于運行的可靠性和穩(wěn)定性。在水頭變幅較大和供電質(zhì)量要求較高的情況下使用連續(xù)調(diào)速機組，實現(xiàn)自動頻率控制。
（二）飛輪儲能技術(shù)
1. 技術(shù)原理及特點
飛輪儲能技術(shù)是一種機械儲能技術(shù)，其基本原理是由電能驅(qū)動飛輪高速旋轉(zhuǎn)，電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能儲存，當需要電能時，飛輪減速，電動機作發(fā)電機運行，將飛輪動能轉(zhuǎn)換成電能，飛輪的升速和降速，實現(xiàn)了電能的存入和釋放。
2. 應用情況
飛輪儲能技術(shù)可用于電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻、UPS不間斷電源、電動汽車等領(lǐng)域。
飛輪儲能技術(shù)在新能源并網(wǎng)中的應用：由于飛輪儲能電源系統(tǒng)可以以巨大的峰值電流極高速的充放電,可將其用于克服光伏發(fā)電和風力發(fā)電對電網(wǎng)所帶來的沖擊。高速飛輪儲能系統(tǒng)可以在瞬間釋放出巨大電力以穩(wěn)定電網(wǎng)波動，為電網(wǎng)創(chuàng)造更可靠的供電系統(tǒng)。因此，飛輪儲能技術(shù)與風電、太陽能發(fā)電等間歇、隨機性等可再生能源配合使用能夠提高電網(wǎng)對可再生能源的接納能力。
飛輪儲能技術(shù)在UPS供電系統(tǒng)中的應用：磁懸浮式飛輪儲能UPS引發(fā)了人們越來越多的關(guān)注。這種技術(shù)拋棄了傳統(tǒng)UPS利用鉛酸蓄電池進行儲能的方式，由于鉛酸蓄電池并非綠色環(huán)保的產(chǎn)品。因此，配備一套智能綠色UPS供電系統(tǒng)成為數(shù)據(jù)中心節(jié)能環(huán)保的重中之重。傳統(tǒng)電源系統(tǒng)中的蓄電池需要空調(diào)制冷，而且24小時連續(xù)運轉(zhuǎn)，耗能巨大。磁懸浮式飛輪儲能UPS系統(tǒng)則無需空調(diào)，大大節(jié)省了運營成本；而且，其占用的空間也大幅減?。痪S護成本低，無需更換電池；壽命長達20年。但蓄電池型UPS可提供“分鐘級”的電力供電。而飛輪儲能型UPS受制于機械儲能，僅僅能夠提供30s到1min電力供電，這也是飛輪UPS被詬病的主要原因。然而，如今市電電源的可靠性達到99.9%，有些重要的負載都采用雙路市電供電，市電的可靠性可以說已經(jīng)達到了99.99%。萬一市電中斷，后備電源的可靠性也可以達到99.9%，從市電到后備電源的切換，在技術(shù)上只需要10s的時間，。目前，歐洲已經(jīng)將這個時間定為8s?？梢詳喽?，飛輪儲能型UPS能提供30s的電力完全能夠滿足從市電到后備電源的可靠切換的要求。
另外，飛輪儲能技術(shù)還應用在電動汽車中。
3. 國內(nèi)外飛輪儲能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
（1）國外飛輪儲能技術(shù)的發(fā)展處于領(lǐng)先地位。
美國、德國、日本等發(fā)達國家飛輪儲能技術(shù)的發(fā)展處于領(lǐng)先地位。
飛輪儲能技術(shù)在美國發(fā)展得很成熟，在空轉(zhuǎn)時的能量損耗能夠達到每小時0.1%。2012年6月在紐約Stephen鎮(zhèn)建成投運的20MW的飛輪儲能電源系統(tǒng)用于電廠儲能調(diào)頻，能做到15min的儲能規(guī)模。而一般應用于UPS的飛輪儲能時間都不超過100s?？梢哉f這是美國目前最先進的飛輪儲能系統(tǒng)。這也說明美國的很多項目還處在示范階段。美國馬里蘭大學也已研究出用于電力調(diào)峰的24kWh的電磁懸浮飛輪系統(tǒng)，其飛輪重172.8kg，工作轉(zhuǎn)速范圍11610~46345rpm，破壞轉(zhuǎn)速為48784rpm，系統(tǒng)輸出恒壓110~240V，全程效率為81%。經(jīng)濟分析表明，運行3年時間可收回全部成本。
德國Forschungszentrum karlsruhe Gmbh公司1997年著手設(shè)計5MWh/100MW超導飛輪儲能電站的概念設(shè)計。電站由10個飛輪模塊組成，每個模塊儲能0.5MWh，功率10MW，重30t，直徑3.5m，高6.5m，用同步電動/發(fā)電機進行電能輸入輸出，系統(tǒng)效率96%。
日本已經(jīng)制造出容量26.5MVA、系統(tǒng)輸出電壓1100V、轉(zhuǎn)速510690r/min的變頻調(diào)速飛輪蓄能發(fā)電系統(tǒng)。
法國、德國、意大利等國均正開展高溫超導磁懸浮軸承的飛輪儲能系統(tǒng)研究。
（2）我國飛輪儲能技術(shù)落后國外十年
目前飛輪儲能只有國外的公司實現(xiàn)了商業(yè)化生產(chǎn)。國內(nèi)從事與飛輪研究相關(guān)的單位包括多個高校及科研院所、設(shè)備廠家等，但還沒有成熟的產(chǎn)品面世，主要集中在小容量系列。其中,北航針對航天領(lǐng)域研制的“姿控/儲能兩用磁懸浮飛輪”已獲得2007年國家技術(shù)發(fā)明一等獎。
電力系統(tǒng)中，飛輪技術(shù)的核心技術(shù)都由國外公司掌握，其價格以及相應的維護費用較高；在國內(nèi)的應用案例，大多將飛輪儲能作為UPS不間斷供電電源進行應用，在作為功率型儲能（即直流DC）進行電力系統(tǒng)功率調(diào)節(jié)等方面還沒有相關(guān)應用案例。
從總體上來看，國內(nèi)飛輪儲能技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀落后國外十年，許多成果尚處于研究階段，在推廣應用上還會有一段路要走。
（三）壓縮空氣儲能技術(shù)
1. 技術(shù)原理及特點
壓縮空氣儲能電站（CAES）是一種調(diào)峰用燃氣輪機發(fā)電廠，主要利用電網(wǎng)負荷低谷時的剩余電力壓縮空氣，并將其儲藏在高壓密封設(shè)施內(nèi)，在用電高峰釋放出來驅(qū)動燃氣輪機發(fā)電。傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)是基于燃氣輪機技術(shù)的儲能系統(tǒng)。其工作原理是，在用電低谷，將空氣壓縮并存于儲氣室中，使電能轉(zhuǎn)化為空氣的內(nèi)能存儲起來；在用電高峰，高壓空氣從儲氣室釋放，進入燃氣輪機燃燒室燃燒，然后驅(qū)動透平發(fā)電。傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)具有儲能容量較大、儲能周期長、效率高和投資相對較小等優(yōu)點。
主要技術(shù)特點如下：
（1）可無限次充放電循環(huán)、使用壽命長
壓縮空氣儲能充放電循環(huán)的限制只與空氣壓縮機和汽輪機的機械性能有關(guān)，沒有循環(huán)次數(shù)的限制。其使用年限在20年以上。
（2）響應速度慢，能量轉(zhuǎn)換效率低
壓縮空氣儲能充放電需要設(shè)備壓縮或者釋放空氣推動汽輪機發(fā)電，其響應時間受到空氣壓縮或者釋放時間的限制，無法快速響應，一般需要數(shù)秒的響應時間。另外壓縮空氣儲能在存儲和釋放電能的過程中，需要以壓縮空氣作為中間物質(zhì)，經(jīng)過多重能量轉(zhuǎn)換，能量轉(zhuǎn)換效率不高，大型壓縮空氣儲能技術(shù)能量轉(zhuǎn)換效率在70%左右。
（3）設(shè)備規(guī)模較大，要求較大的放置空間
大型壓縮空氣儲能在建設(shè)中需要建造一個巨大的儲存壓縮氣體的空間，儲氣空間一般在洞穴、海底、或者地底建造。
2. 應用現(xiàn)狀
目前，世界上已有兩座大型壓縮空氣儲能電站投入商業(yè)運行。第一座是1978年投入商業(yè)運行的德國Huntorf電站，目前仍在運行中。機組的壓縮機功率60MW，釋能輸出功率為290MW，系統(tǒng)將壓縮空氣存儲在地下600米的廢棄礦洞中，礦洞總?cè)莘e達3.1×105m3，壓縮空氣的壓力最高可達100bar。機組可連續(xù)充氣8小時，連續(xù)發(fā)電2小時。該電站在1979年至1991年期間共啟動并網(wǎng)5000多次，平均啟動可靠性97.6%。
第二座是于1991年投入商業(yè)運行的美國Alabama州的McIntosh壓縮空氣儲能電站。其地下儲氣洞穴在地下450米，總?cè)莘e為5.6×105m3，壓縮空氣儲氣壓力為7.5MPa。該儲能電站壓縮機組功率為50MW，發(fā)電功率為110MW，可以實現(xiàn)連續(xù)41小時空氣壓縮和26小時發(fā)電。電站由Alabama州電力公司的能源控制中心進行遠距離自動控制。
美國Ohio州Norton從2001年起開始建一座2700MW的大型壓縮空氣儲能商業(yè)電站，該電站由9臺300MW機組組成。壓縮空氣存儲于地下670米的地下巖鹽層洞穴內(nèi)，儲氣洞穴容積為9.57×106m3。日本于2001年投入運行的上砂川盯壓縮空氣儲能示范項目，位于北海道空知郡，輸出功率為2MW，是日本開發(fā)400MW機組的工業(yè)試驗用中間機組。它利用廢棄的煤礦坑（約在地下450m處）作為儲氣洞穴，最大壓力為8MPa。瑞士ABB公司（現(xiàn)已并入阿爾斯通公司）正在開發(fā)聯(lián)合循環(huán)壓縮空氣儲能發(fā)電系統(tǒng)。目前除德、美、日、瑞士外，俄、法、意、盧森堡、南非、以色列和韓國等也在積極開發(fā)壓縮空氣儲能電站。
我國對壓縮空氣儲能系統(tǒng)的研究開發(fā)比較晚，但隨著電力儲能需求的快速增加，相關(guān)研究逐漸被重視，對壓縮空氣儲能電站的熱力性能、經(jīng)濟性能、商業(yè)應用等進行了研究，但大多集中在理論和小型實驗層面，目前還沒有投入商業(yè)運行的壓縮空氣儲能電站。中科院工程熱物理研究所正在建設(shè)1.5MW先進壓縮空氣儲能示范系統(tǒng)。
3. 發(fā)展趨勢
壓縮空氣儲能技術(shù)的主要發(fā)展趨勢包括帶儲熱的壓縮空氣儲能技術(shù)、液態(tài)空氣儲能、超臨界空氣儲能技術(shù)、與燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)的壓縮空氣儲能技術(shù)、與可再生能源耦合的壓縮空氣儲能技術(shù)等。
二、化學儲能
化學儲能也稱電化學儲能，利用電化學電池將電能轉(zhuǎn)化為化學能存儲。其主要原理是利用氧化還原化學反應。在氧化和還原反應的可逆過程中，離子發(fā)生轉(zhuǎn)移帶來電荷的流動，最終實現(xiàn)電能的儲存和釋放?；瘜W儲能技術(shù)是目前技術(shù)發(fā)展最快、具有一定發(fā)展前景的儲能技術(shù)。電化學電池主要由電極、電解質(zhì)以及隔膜構(gòu)成，電化學電池通常采用圖2-３結(jié)構(gòu)。
圖2-３ 電池結(jié)構(gòu)原理圖
不同種類的電化學電池主要是在電極、電解液以及隔膜的材料上存在不同的選擇?；瘜W儲能主要包括：鉛酸電池、鋰系電池、液流電池、鈉硫電池儲能等。
1. 化學儲能技術(shù)特性
（1）輸出電壓范圍較窄。電化學儲能中進行的是氧化還原反應。電池兩端的端電壓隨著反應進行的深淺，電荷的積蓄多少而將體現(xiàn)出電壓的變化，因此其端電壓將有與充放電深度相關(guān)聯(lián)的一個波動范圍。而與此同時，正負電極在滿充或滿放的狀態(tài)下，其電荷積蓄受到材料價態(tài)的影響，只能在相差有限的兩個電壓之間波動，而無法將電荷過量存儲或釋放，這決定了電化學電池的輸出電壓范圍通常較窄。
（2）使用壽命通常受到循環(huán)次數(shù)的制約。電化學電池的使用壽命不僅受到相關(guān)材料本身壽命的限制，同時也受到電池循環(huán)次數(shù)的限制。在化學反應進行的過程中，電池系統(tǒng)中還存在著腐蝕、副反應、以及離子滲透等問題。在反復的充放電過程中，電極、電解液材料將不斷發(fā)生消耗，從而導致系統(tǒng)性能逐漸發(fā)生衰減。
以下對各類不同的電化學儲能技術(shù)特性進行詳細的分析。
2. 鉛酸電池技術(shù)特點
（1）技術(shù)成熟，電池材料來源較為廣泛，成本較低。
（2）循環(huán)次數(shù)少，使用壽命短。鉛酸電池電解液采用酸性溶液，對設(shè)備本身的腐蝕較為嚴重，另外在應用過程中，鉛酸電池充放電過程中會發(fā)生副反應，降低了化學反應效率，因此鉛酸電池循環(huán)壽命（滿充滿放）通常在1000次以下，鉛酸電池的電極和電解液損耗也較大，實際使用年限一般為3~5年。
（3）對環(huán)境有一定污染。鉛酸電池在使用過程中，酸性電解液揮發(fā)會排放出酸性刺鼻氣體；電池在使用一段時間后，酸性電解液容易發(fā)生泄漏，這些對環(huán)境都有一定污染。
鉛酸電池典型充放電特性曲線如圖2-４所示。
圖2-４ 鉛酸電池充放電特性曲線
鉛酸電池會有放電截止電壓和充電截止電壓的限制，即放電時不能低于某個電壓值，充電時不能高于某個電壓值，否則電池將會出現(xiàn)故障或者壽命受到很大影響。圖2~5是鉛酸電池恒壓限流充電特性曲線，該鉛酸電池充電截止電壓為2.35V，電池的充電過程一般分為預充電、恒流充電、恒壓充電以及浮充階段。電池進入浮充階段以后，由于電池存在的自放電現(xiàn)象，電壓會有一定的下降。
鉛酸電池作為發(fā)展時間較長的電化學電池，目前主要應用在汽車后備電源方面，目前絕大多數(shù)的機動車的備用電源都采用鉛酸電池。鉛酸電池在電力系統(tǒng)儲能領(lǐng)域也有一定的應用，主要應用在一些考慮建設(shè)成本、對儲能電池技術(shù)性能要求不苛刻的場合。
改良的鉛酸電池技術(shù)—鉛碳電池
鉛炭電池是一種電容型鉛酸電池，在鉛酸電池的負極中加入了活性炭。普通鉛酸電池的正極活性材料是氧化鉛，負極活性材料是鉛，把活性炭混合到負極活性材料鉛中，普通鉛酸電池變成了鉛炭電池。鉛碳電池相對普通鉛酸電池，擁有很好的充放電性能—90分鐘就可充滿電（鉛酸電池若這樣充、放，壽命只有不到30次）；而且由于加入了碳（石墨烯），阻止了負極硫酸鹽化現(xiàn)象，改善了過去電池失效的一個因素，延長了電池壽命。
在性能方面，鉛炭電池同時具有鉛酸電池和電容器的特點?；钚蕴康募尤?，提升了電池的功率密度，延長了循環(huán)壽命，同時由于活性炭占據(jù)了部分電極空間，導致能量密度降低，也可能增加電極析氣量。在工藝方面，活性炭的加入，增加了調(diào)漿和極片涂布難度?？傮w而言，鉛炭電池性能優(yōu)于普通鉛酸電池，是一種先進鉛酸電池，也是鉛酸電池技術(shù)發(fā)展的主流方向。
3. 鋰電池技術(shù)特點
鋰電池是一種新型電池，面世初期主要是應用在電子產(chǎn)品方面，目前隨著大容量鋰電池技術(shù)的成熟，大容量鋰電池開始在電力系統(tǒng)儲能領(lǐng)域進行應用。
在電化學電池中，鋰電池儲能性能較好，目前在各個領(lǐng)域的應用廣泛。鋰電池主要具有以下一些技術(shù)特點：
（1）使用壽命長、循環(huán)次數(shù)高。鋰電池電解液不是酸性溶液，其內(nèi)部材料不易腐蝕，因此使用壽命較長，一般在10年左右。鋰電池采用化學性質(zhì)更強的材料作為電極和電解液，因此其滿充滿放循環(huán)壽命在2000~3000次左右，一些特殊材料的鋰電池循環(huán)次數(shù)可以達到8000次。
（2）能量密度高、轉(zhuǎn)換效率高。鋰電池電解液為非水性電解液，其化學性質(zhì)比較穩(wěn)定且化學反應效率較高，因此其能量密度為100Wh/kg，其功率密度可以到1000W/kg；鋰電池在充放電過程中沒有副反應，減少了電池自放電損耗，因此能量轉(zhuǎn)換效率一般在95%左右。
（3）價格相對較高。鋰電池目前因受到電極材料、電池隔膜材料技術(shù)的限制，價格遠高于鉛酸電池，略高于鎳氫電池，本體造價約為4元/Wh左右。鋰電池的隔膜材料采用聚合物材料，而國內(nèi)生產(chǎn)這種材料的廠家屈指可數(shù)，大量需要國外進口，這就造成了鋰電池價格很高，也是限制鋰電池技術(shù)發(fā)展以及大規(guī)模應用的瓶頸；另外鋰電池在成組后，對充放電一致性要求很高，需要配置較好的BMS系統(tǒng)，也相應增加鋰電池使用成本。
（4）有的鋰電池存在安全隱患。鋰電池采用非水性電解液，在電池內(nèi)部發(fā)生短路溫度急劇上升時，由于非水性電解液吸熱效果不好，因此會造成鋰電池內(nèi)部溫度過高，可能發(fā)生燃燒和爆炸。所以在實際工程建設(shè)中，對鋰電池的設(shè)計應考慮防火、防爆要求。
鋰電池自放電損耗小、能量轉(zhuǎn)換效率較高，相比較其他電化學電池，在性能方面都有較大的提高。鋰電池的典型充放電特性曲線如圖2-５所示。
圖2-５ 鋰電池充放電特性曲線
由上述放電曲線圖中可以看出，隨著放電電流的增大，在放電過程中，電壓降落也較快，當鋰電池運行在經(jīng)濟的電壓區(qū)間內(nèi)，其電壓變化較為平緩，但當電壓低于經(jīng)濟運行區(qū)間的下限時，其電壓跌落將會非常劇烈，如果電池長時間按此運行，對電池的壽命有非常大的損耗，所以在控制電池運行時，通?？刂圃谀硞€固定電壓區(qū)間內(nèi)運行。
鋰電池主要應用在電動工具、家用電器、照明燈具、通訊設(shè)備以及電動汽車等方面。
鋰電池目前在電力系統(tǒng)儲能領(lǐng)域的應用相對廣泛，如深圳寶清儲能電站、張北風光儲輸工程均有采用鋰電池。
4. 液流電池技術(shù)特點
液流電池在我國投入市場使用時間不長，在國內(nèi)相關(guān)技術(shù)還不夠成熟，國外對液流電池技術(shù)的掌握程度較高。液流電池在我國有了一定規(guī)模的生產(chǎn)，但其實際應用并不廣泛。
液流電池采用正負極電解液單獨循環(huán)的特殊結(jié)構(gòu)，能夠提高化學反應效率，因此其在儲能方面有較好的特性，具有以下技術(shù)特點：
（1）能量效率高、使用壽命長、循環(huán)次數(shù)高。液流電池便于規(guī)?；瘧茫軌騼Υ婧歪尫诺碾娔苋萘枯^大。液流電池能量轉(zhuǎn)換效率可以達到96%以上，能量密度為92Wh/kg，循環(huán)次數(shù)為13000次左右。液流電池的使用壽命在20年左右。
（2）使用過程中便于實現(xiàn)模塊化配置。液流電池電極和電解液是單獨的結(jié)構(gòu)，并且正負極電解液都有獨立的循環(huán)，因此液流電池可以比較容易的實現(xiàn)模塊化。在使用過程中，根據(jù)不同的容量和功率的需要，可以方便的修改配置不同的液流電池模塊。
（3）技術(shù)成熟度不高，受技術(shù)瓶頸限制。液流電池目前技術(shù)成熟度不高，其電極、電解液以及隔膜材料技術(shù)都存在技術(shù)瓶頸，造成其價格比較昂貴，相關(guān)的應用也不廣泛（目前常用配置下，其價格約為鋰電池3倍，即超過10元/Wh）。
（4）體積較大，占據(jù)較大的放置空間。由于液流電池特殊的結(jié)構(gòu)，整個液流電池系統(tǒng)體積比較龐大，除了電池以外還有其他附屬的設(shè)備，在實際應用中需要專門安排一個較大的空間放置。
液流電池典型充放電特性曲線如圖2-６所示。
圖2-６ 液流電池典型充放電曲線
從以上充放電曲線可以看出，該液流電池在充電時以額定電流50A恒流充電至限壓電壓64V，然后轉(zhuǎn)為恒壓充電；放電時以額定電流50A放電至截止電壓40V。
雖然目前液流電池相關(guān)研究已取得較大進展，但其真正實現(xiàn)大規(guī)模應用還需在一些關(guān)鍵技術(shù)方面取得進一步突破，比如高性能低成本專用離子交換膜、高穩(wěn)定性高活性專用電極材料及電極制備等，這樣才能降低成本、形成批量生產(chǎn)的能力。
液流電池可以廣泛地應用于電力儲能方面。但是由于其技術(shù)成熟度不高，技術(shù)瓶頸較多、價格較貴，目前在國內(nèi)應用不廣泛。
5. 鈉硫電池技術(shù)特點
鈉硫電池是近年來電化學儲能研究的熱點，目前世界上僅有日本NGK公司能夠大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)鈉硫電池。日本NGK公司是國際上鈉硫儲能電池研制、發(fā)展和應用的標志性機構(gòu)。上世紀80年代中期，NGK公司開始與日本東京電力公司合作開發(fā)儲能鈉硫電池，1992年第一個鈉硫電池儲能系統(tǒng)開始在日本示范運行，至2002年有超過50座鈉硫電池儲能站在日本示范運行中。2003年4月開始，NGK開始了儲能鈉硫電池的大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)，產(chǎn)量達到30MW，在2004年時已達到65MW。
鈉硫電池最大的特點就是改變了常規(guī)電化學電池采用固體電極液態(tài)電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)，采用熔融狀的電極材料和固態(tài)的電解質(zhì)。正因為這種特殊的結(jié)構(gòu)，鈉硫電池具有以下一些技術(shù)特點：
（1）能量密度高、轉(zhuǎn)換效率高。由于鈉硫電池中β—Al2O3同時充當電解質(zhì)和隔膜，它只對鈉離子進行傳導，所以鈉硫電池充放電過程中沒有副反應。因此鈉硫電池能量轉(zhuǎn)換效率很高，鈉硫電池沒有自放電現(xiàn)象，能量轉(zhuǎn)換效率接近100%，其理論能量密度高達760Wh/kg。
（2）使用壽命長，循環(huán)次數(shù)多。鈉硫電池在使用過程中不會產(chǎn)生腐蝕性物質(zhì)，不會對設(shè)備本體有腐蝕，一般的使用壽命為15年；鈉硫電池采用熔融狀的電極和固體電解質(zhì)，化學反應效率很高，電池的循環(huán)次數(shù)可以達到2500次甚至更高。
（3）價格比較昂貴。目前世界上只有日本的NGK公司較為成熟掌握了鈉硫電池生產(chǎn)技術(shù)，存在對鈉硫電池的技術(shù)壟斷，因此鈉硫電池目前價格為2000美元/kW左右。不過隨著技術(shù)的進步以及材料價格的下降，鈉硫電池的價格將會大幅下降。
（4）對工作環(huán)境要求苛刻。鈉硫電池工作時在300℃才能啟動，因此保溫措施要求很高，需要額外配備溫控裝置。另外如果鈉硫電池出現(xiàn)短路故障其溫度還會更高（2000℃左右），存在一定的安全隱患。因此要保證鈉硫電池運行，需要提高電池隔膜的可靠性，保證電池的正負極能有效隔離。
（5）國內(nèi)技術(shù)成熟度低。目前國內(nèi)在鈉硫電池技術(shù)上還處于研發(fā)和示范應用階段，還不具備商業(yè)化生產(chǎn)運營的能力。國內(nèi)目前主要是中國科學院上海硅酸鹽研究所在進行鈉硫電池的研究，2010年世博會期間啟動了百千瓦級城網(wǎng)儲能鈉硫電池示范電站。鈉硫電池在國內(nèi)目前只是在技術(shù)研究定型階段，后期也僅做一些示范工程。而目前國內(nèi)在鈉硫電池研究和生產(chǎn)領(lǐng)域遇到了一些技術(shù)瓶頸，相關(guān)技術(shù)還在研發(fā)之中。
6. 化學儲能技術(shù)小結(jié)
與電力系統(tǒng)相關(guān)的各種化學儲能的典型特性參數(shù)如表2-4所示。
從最大單體容量來看，鉛酸電池單體容量可以達到3000Ah或者更大，約為其他電池單體容量的10倍。但是鉛酸電池能量密度較低，另外其循環(huán)次數(shù)、充放電功率與其他電化學電池相比均較低。
能量密度指標是儲能技術(shù)中比較重要的技術(shù)指標，它標志著電池儲存和釋放電能的能力，在這方面鈉硫電池的性能遠遠優(yōu)于其他電化學電池，其理論能量密度達到760Wh/kg。
循環(huán)次數(shù)是評價儲能技術(shù)充放電能力的指標，液流電池在電化學儲能中循環(huán)次數(shù)最高，能達到13000次左右。但液流電池的能量密度相比其他電化學電池偏低。
使用壽命是評價儲能技術(shù)長期經(jīng)濟性的一個指標，由于電化學電池的原理是利用氧化還原反應，設(shè)備內(nèi)部會有損耗，電極、電解液、隔膜材料在長期運行期間會有衰減，或者活性降低，因此電化學電池普遍使用年限在10~20年左右。鉛酸電池由于采用酸性電解液，在使用過程中會出現(xiàn)腐蝕和損耗，其使用年限只有3~5年左右。
目前電化學電池主要的應用領(lǐng)域是在家用電器、電動工具、電動汽車等設(shè)備的電源以及電力系統(tǒng)儲能方面。
7. 目前新型化學儲能主流技術(shù)
目前，全球在電力系統(tǒng)中運行的儲能設(shè)備總裝機容量達到127GW，其中99%的儲能設(shè)備為抽水蓄能技術(shù)，化學儲能技術(shù)總裝機容量約520MW，其中鈉硫電池304MW、鋰電池116MW、液流電池20MW、鉛酸電池（包括鉛炭電池）80MW。------2014年統(tǒng)計數(shù)據(jù)
鈉硫電池是目前裝機規(guī)模最大的化學儲能技術(shù)，主要應用于配電網(wǎng)的分布式儲能，延緩負荷增長時對配網(wǎng)設(shè)備和線路擴容升級的投資。鋰電池和液流電池近些年技術(shù)發(fā)展很快，在電力系統(tǒng)中的應用逐漸增多。鋰電池的主流技術(shù)包括碳酸鋰、磷酸鐵鋰、聚合物鋰電池和錳酸鋰電池等，偏重于電力系統(tǒng)的功率型應用，包括調(diào)頻、調(diào)壓及波動控制等。液流電池中技術(shù)最成熟的是全釩液流儲能電池，也有研究機構(gòu)在研究鐵鉻液流電池。主要是電力系統(tǒng)的能量型應用，包括提高可再生能源發(fā)電效率、電網(wǎng)調(diào)峰和分布式儲能等。鉛炭電池目前主要用于提高電網(wǎng)的電能質(zhì)量。
8. 我國新型化學儲能技術(shù)進展情況
我國新型化學儲能技術(shù)呈多元化發(fā)展；部分主流技術(shù)取得了進展，主要進展有：
（1）全釩液流電池技術(shù)研發(fā)取得一定突破。如對于電池中核心技術(shù)的膜材料采用國產(chǎn)非氟高分子聚合物，經(jīng)工藝合成后，該膜化學穩(wěn)定性好，阻釩離子滲透性能佳，機械性能強，最具顯著優(yōu)勢的是成本低。其性能指標已達國外同類產(chǎn)品水平，預計規(guī)?；a(chǎn)成本比國外同類產(chǎn)品約低50%。另外，國內(nèi)科研所自主研發(fā)的2kW全釩液流電池已實現(xiàn)了一萬次充/放電循環(huán)，電池模塊的能量效率未見明顯衰減。
（2）發(fā)展了鉛碳電池技術(shù)。鉛碳電池屬于鉛酸電池的改良技術(shù)，由于加入了活性炭（石墨烯）阻止了負極硫酸鹽化現(xiàn)象，延長了電池壽命。我國南都電源經(jīng)過三年多的攻關(guān)，在鉛碳電池上已獲世界領(lǐng)先技術(shù)。
三、電磁儲能
目前電磁儲能技術(shù)主要有超導磁儲能和超級電容器儲能。
（一）超導磁儲能
超導磁儲能系統(tǒng)（superconducting magnetic energystorage，SMES）利用超導線圈儲存磁場能量，能量交換和功率補償無需能源形式的轉(zhuǎn)換。超導儲能與其他儲能技術(shù)相比具有顯著的優(yōu)點：①能量的釋放速度快，通常只需幾秒鐘；②由于可以長期無損耗儲存能量，能量返回效率很高；③采用SMES 可使電網(wǎng)電壓、頻率、有功和無功功率容易調(diào)節(jié)。其最大的缺點是成本太高，其次是需要壓縮機和泵以維持液化冷卻劑的低溫，使系統(tǒng)變得更加復雜，需要定期的維護。從性能上看，超導儲能具有儲能密度高、容量大、充放電功率大、循環(huán)壽命長、綠色無污染等諸多優(yōu)點。但從國內(nèi)外的研究和市場狀況來看，中大型超導儲能還遠沒有達到大規(guī)模市場運用的程度。
目前超導磁儲能還處在研究階段，根據(jù)超導磁儲能的相關(guān)研究成果，其技術(shù)特性主要有以下幾方面：
（1）響應時間短，能夠瞬間釋放大功率的電能。超導磁儲能具有快速響應能力，其響應時間在1~5ms左右。超導磁儲能的反應原理與電化學電池不同，磁場在釋放電荷時不會受到類似電化學儲能的充放電倍率限制，可以瞬間釋放大功率電能。
（2）循環(huán)次數(shù)多，能量轉(zhuǎn)換效率高。超導磁儲能充放電僅僅是磁場釋放電荷的過程，不會出現(xiàn)內(nèi)部材料的損耗，因此其循環(huán)次數(shù)在10萬次左右；超導磁儲能由于線圈采用超導材料，在電能儲存和釋放的時候幾乎沒有損耗，因此能量轉(zhuǎn)換效率在95%左右。
（3）技術(shù)不夠成熟，應用不廣泛。超導磁儲能的核心技術(shù)是超導線圈，這也是該儲能技術(shù)的發(fā)展瓶頸之一，由于超導材料以及相關(guān)技術(shù)成熟度還不夠高，超導材料價格非常昂貴；另外超導磁儲能技術(shù)為了保持線圈的超導性能，需要保持低溫工作環(huán)境，這樣需要額外的降溫設(shè)備，額外增加相應的成本。因此超導磁儲能技術(shù)門檻比較高，目前在國內(nèi)僅處在試驗研究階段。
（二）超級電容器
普通電容器由于儲存能量過小，未能用作電力系統(tǒng)中的儲能裝置。超級電容器根據(jù)電化學雙電層理論研制而成，充電速度快，可提供強大的脈沖功率，放電電流僅受內(nèi)阻和發(fā)熱限制，循環(huán)使用壽命長，放電深度深，能量轉(zhuǎn)換效率高，長期使用免維護，低溫特性好，沒有“記憶效應”，它的儲存容量為普通電容器的20~1000 倍。
超級電容器是技術(shù)比較成熟的電磁儲能技術(shù)，目前應用也較為廣泛，其主要有以下一些技術(shù)特點：
（1）響應速度較快，能夠瞬間釋放功率電能。超級電容器在充放電循環(huán)過程中，放電過程僅是極板間電荷的釋放，可以在瞬間釋放大量電荷，因此超級電容器一般應用在功率型儲能領(lǐng)域。
（2）充放電循環(huán)壽命長。超級電容器在充放電過程中，不會像電化學電池那樣，電池原件損耗或者發(fā)生副反應限制充放電循環(huán)次數(shù)，其充放電過程完全屬于電荷運動的物理過程，其循環(huán)壽命在50萬次以上（一些超級電容器產(chǎn)品能達到100萬次的循環(huán)壽命）。
（3）單體容量小，成組應用時需要保證充放電一致性。超級電容器極板間產(chǎn)生的電場能夠存儲的電荷有限，因此超級電容器的單體容量較小。實際應用時超級電容器一般需要通過串并聯(lián)組成模組使用，以滿足電壓和容量的需求。超級電容器成組應用時，如果出現(xiàn)電流或者電壓不一致，會使超級電容器的使用壽命造成較大的衰減；且很容易發(fā)生過充電或者過放電，導致超級電容器溫度會急劇升高，存在安全隱患，通過配置電池管理系統(tǒng)保證其充放電一致性。
超級電容器單體容量不大，其能量密度不高，在4Wh/kg左右。但超級電容器作為功率型儲能設(shè)備，功率密度非常高，能夠達到1200W/kg以上。
超級電容器在使用和控制中，其典型充電曲線如圖2-７所示。
圖2-７ 超級電容器充電特性曲線
超級電容器在充電初始階段，電壓快速上升，隨后電壓變化相對平緩，在充電末階段，電壓又再次快速上升。在充電初始以及最后階段，超級電容器的電壓有明顯的波動。上圖中三條曲線為不同電流下超級電容器的充電特性，可以看出充電電流越大，超級電容器滿充時間越短，并對充電效果幾乎沒有影響。
超級電容器技術(shù)成熟并已經(jīng)有大規(guī)模的商業(yè)化生產(chǎn)，主要用于軍工領(lǐng)域、特種車輛和船舶等大型機械的輔助或動力電源以及太陽能或風電系統(tǒng)的儲能電源等。
四、相變儲能
相變儲能是利用相變材料在物態(tài)變化時，吸收或放出大量潛熱而實現(xiàn)。它可以利用電熱蓄能（冷和熱）來實現(xiàn)對電力系統(tǒng)的削峰填谷，也可用于新能源、工業(yè)余熱利用、新型家用電熱電器的開發(fā)等。在風能、太陽能等間歇性新能源的應用方面，儲能技術(shù)也可發(fā)揮重要的作用。相變儲能技術(shù)同時對提高我國能源的利用效率可起到作用。
相變材料主要包括無機PCM、有機PCM。其中，無機類PCM主要有結(jié)晶水合鹽類、熔融鹽類、金屬或合金類等；有機類PCM主要包括石蠟、醋酸和其他有機物。
相變蓄能包括蓄冷和蓄熱技術(shù)。蓄冷蓄熱技術(shù)是電力需求側(cè)最優(yōu)秀的蓄能技術(shù)之一。蓄冷技術(shù)中最常用的是冰蓄冷技術(shù)，蓄熱技術(shù)中主要介紹光熱發(fā)電技術(shù)等。
（一）冰蓄冷
蓄冷技術(shù)中最常用的是冰蓄冷技術(shù)。冰蓄冷技術(shù)，主要是指在電力負荷低谷時段，采用電動制冷機組制冷，利用相變材料的潛熱（顯熱）以冰（低溫水）的形式將冷量貯存起來，在用電高峰時段將其釋放，以滿足建筑物的空調(diào)或生產(chǎn)工藝需冷量，從而實現(xiàn)電網(wǎng)移峰填谷的目的。
冰蓄冷，作為一種能源存儲方式，結(jié)構(gòu)簡單、方便安裝，相比于其他儲能材料，冰作為蓄冷介質(zhì)優(yōu)勢非常明顯，在負荷周期長、夏季日負荷高的夏熱冬暖地區(qū)應用經(jīng)濟性效益顯著。另外，在商業(yè)建筑中，由于空調(diào)系統(tǒng)的能耗占到建筑總能耗的40%~50%，國內(nèi)部分大城市的高峰用電中空調(diào)用電達30%以上，并且空調(diào)系統(tǒng)的運行機制具有晝行夜停的特點，因此也具備應用冰蓄冷系統(tǒng)的先天條件。使用相變蓄冷空調(diào)，不僅達到了“移峰填谷”，平衡電網(wǎng)負荷的目的，同時也減少了空調(diào)裝機容量和相應的配套設(shè)施，節(jié)省了運行費用。
1. 冰蓄冷技術(shù)的工作模式
冰蓄冷系統(tǒng)一般由制冷機組、蓄冰槽、輔助及配套設(shè)備（水泵、冷卻塔、管路系統(tǒng)、熱交換器、自動控制、空調(diào)末端設(shè)備）等組成。冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計種類多種多樣，無論采用哪種形式，最終目的是為建筑物提供一個舒適環(huán)境，提高能源的使用效率。
實際使用中，根據(jù)具體用戶的用能特點，冰蓄冷系統(tǒng)可分為以下幾種工作模式：
（1）制冷機組優(yōu)先工作模式。制冷機組首先直接供冷，超過制冷機組供冷能力的負荷由蓄冷設(shè)備釋冷提供。白天向建筑物提供冷量時是以制冷機組為主，冰的冷源為輔。
這種策略通常用于單位蓄冷量所需費用高于單位制冷機組產(chǎn)冷量所需費用，使用此種工作模式主要目的是降低空調(diào)尖峰負荷值，節(jié)省系統(tǒng)投資費用。
（2）蓄冰設(shè)備優(yōu)先工作模式。蓄冷設(shè)備優(yōu)先釋冷，超過釋冷能力的負荷由制冷機組負責供冷。白天向建筑物提供冷量是以冰的冷源為主，制冷機組為輔。
蓄冷設(shè)備優(yōu)先工作模式在控制上比制冷機組優(yōu)先模式復雜。一方面，在下一蓄冷過程開始前，蓄冷設(shè)備應盡可能將蓄存的冷量全部釋放完，另一方面，還應避免蓄冷設(shè)備在釋冷過程的前段時間將蓄存的大部分冷量釋放，而在以后尖峰負荷時，制冷機組和蓄冷設(shè)備無法滿足空調(diào)負荷。
采用此種工作模式，需要合理控制蓄冷設(shè)備的剩余冷量，一般情況下，執(zhí)行該策略前要求蓄冷系統(tǒng)預測出當日24小時空調(diào)負荷分布，確定當日制冷機組在供冷過程中最小供冷量控制分布圖，以確保蓄冷設(shè)備隨時有足夠釋冷量配合制冷機組滿足空調(diào)負荷要求。
（3）負荷控制工作模式。在電力負荷不足時，對制冷機組的供冷量加以限制。通常這種方法在電力負荷受到限制時才會采用，超過制冷機組供冷量的負荷由蓄冷設(shè)備負責。
（4）均衡負荷工作模式。在部分蓄冷系統(tǒng)中，制冷機組在設(shè)計日24小時內(nèi)滿負荷運行，在夜間滿載蓄冷。白天當制冷機組產(chǎn)冷量大于空調(diào)冷負荷時，將超過冷負荷所需的冷量儲存起來；當空調(diào)冷負荷大于制冷機組的制冷量時，不足部分由蓄冷設(shè)備補足。
采用這種工作模式，系統(tǒng)初始投資最小，制冷機組利用率最高。但是，若空調(diào)負荷高峰時段與當?shù)仉娏ω摵筛叻逑嘀丿B，則系統(tǒng)運行費用較高。
2. 冰蓄冷技術(shù)的特點
冰蓄冷技術(shù)之所以得到各國政府和工程技術(shù)公司的重視，是因為它不僅是平衡電網(wǎng)負荷的一種有效手段，而且對常規(guī)空調(diào)的空氣品質(zhì)、穩(wěn)定性及運行經(jīng)濟性也有促進作用。冰蓄冷技術(shù)的突出優(yōu)點在于：
（1）削峰填谷，提高電力設(shè)備使用效率，降低用電費用。充分利用電網(wǎng)低谷電力和可再生能源發(fā)電，將制冷機組的用電時間由負荷高峰期轉(zhuǎn)移至低谷期，對城市電網(wǎng)有明顯“削峰填谷”作用，能從整體上提高發(fā)輸電設(shè)備的使用效率。在實施分時電價的區(qū)域，使冰蓄冷空調(diào)充分、合理地利用負荷低谷期的低價電力，與常規(guī)中央空調(diào)相比，可以節(jié)省大筆電費開支。
（2）降低設(shè)備投資，提供用電設(shè)備利用率，提高設(shè)備熱效率。冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)具有儲存冷量的能力，無需按照峰值負荷配置制冷機組，大大降低了制冷機組的裝機容量和冷卻塔、冷卻水泵配管等輔助設(shè)備的安裝規(guī)模，節(jié)省投資和建設(shè)費用。與普通空調(diào)相比，冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)制冷機組滿負荷運行的比例增大，提高了制冷設(shè)備的利用率和運行效率，使制冷機組保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)，延長使用壽命。另外，冰蓄冷空調(diào)在夜間低溫時段制冰、白天高溫時段釋冷，熱效率更高。
（3）優(yōu)化供冷質(zhì)量。冰蓄冷空調(diào)的啟動時間短、制冷速度快，比普通空調(diào)相比，室內(nèi)空氣的濕度低、空氣質(zhì)量好。
3. 國內(nèi)外蓄冷空調(diào)技術(shù)的應用進展及發(fā)展方向
美國在20世紀30年代開始應用冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)，其后停頓了較長時間，80年代初，世界性能源危機后，冰蓄冷技術(shù)在美國重新受到重視，并得以廣泛應用。1983年，美國能源部首次提出與冰蓄冷相結(jié)合的低溫送風系統(tǒng)。1985年末，兩座安裝了冰蓄冷空調(diào)的建筑在美國投入運行。此后采用冰蓄冷與低溫送風的空調(diào)建筑物不斷增加。
近年來，冰蓄冷設(shè)備和控制策略得到快速發(fā)展，在美國、日本、加拿大、英國等國得到大幅推廣和應用。
目前，冰蓄冷技術(shù)的研究開發(fā)主要集中在以下幾個方向：
（1）建立區(qū)域性蓄冷空調(diào)供冷站。目前，日本、法國等國家都在大力推行智能城市建設(shè)，建立區(qū)域性蓄冷空調(diào)供冷站，不僅有利于區(qū)域能源管理系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)配電力消耗，增強區(qū)域能源利用效率，而且與單個供冷機組相比，還能夠節(jié)約大量初始投資和運行費用。
（2）建立與冰蓄冷相結(jié)合的低溫送風空調(diào)系統(tǒng)。所謂低溫送風，即空調(diào)系統(tǒng)的送風溫度為4~10℃，大大低于常溫空調(diào)系統(tǒng)12~16℃的送風溫度。將低溫送風技術(shù)和冰蓄冷技術(shù)相結(jié)合，可進一步減少空調(diào)系統(tǒng)的運行費用，降低一次性投資，提高空調(diào)品質(zhì)，改善儲冷空調(diào)系統(tǒng)的整體效能。
（3）開發(fā)新型蓄冷、蓄熱介質(zhì)。目前水仍然是冰蓄冷技術(shù)最常用的介質(zhì)，為了進一步提高熱效率，有必要開發(fā)固液相變潛熱更大、無毒無腐蝕性的新型蓄冷介質(zhì)和保溫效果更好、使用壽命更長的蓄冰材料。
（二）光熱發(fā)電儲熱
光熱發(fā)電屬于蓄熱技術(shù)中的一種。蓄熱技術(shù)，是指在電網(wǎng)低谷時段運行電加熱設(shè)備，對存放在蓄熱罐中的蓄熱介質(zhì)進行加熱，將電能轉(zhuǎn)換成熱能儲存起來，在用電高峰期將其釋放，以滿足建筑物采暖或生活熱水需熱量，從而實現(xiàn)電網(wǎng)移峰填谷的目的。
太陽能光熱發(fā)電的原理是，通過反射鏡將太陽光匯聚到太陽能收集裝置，利用太陽能加熱收集裝置內(nèi)的傳熱介質(zhì)（液體或氣體），再加熱水形成蒸汽帶動或者直接帶動發(fā)電機發(fā)電，太陽能所燒熱的水可以儲存在巨大的容器中，在太陽落山后幾個小時仍然能夠帶動汽輪發(fā)電，從而達到儲能的目的。參見2-８示意圖。儲能在發(fā)電過程中是至關(guān)重要的，如何儲能是關(guān)鍵，儲能介質(zhì)主要有導熱油、熔融鹽、高壓蒸汽等，目前最理想的是熔融鹽儲能。作為太陽能光熱發(fā)電的核心技術(shù)，目前全球掌握該項技術(shù)的只有少數(shù)幾個國家。國內(nèi)，儲能領(lǐng)先企業(yè)已成功開發(fā)了高溫熔融鹽儲能技術(shù)。
熔鹽儲能介質(zhì)是將硝酸鹽（通常為硝酸鈉或硝酸鉀）按60/40混合放入絕緣儲罐中，在220°C下融化，在儲能的過程中維持它的液體狀態(tài)。基于熔鹽的熱存儲系統(tǒng)非常高效，一般其存儲效率高達93%。西班牙的Andasol發(fā)電廠耗資3.8億美元，在2009年正式投入運營的光熱發(fā)電廠，是世界上第一個商業(yè)化的使用了熔鹽進行熱存儲的太陽能熱電廠，可以實現(xiàn)在晚上發(fā)電。
蒸汽儲能器是應用裝在絕緣鋼罐中的溫度為250°C，氣壓高于40 倍外界大氣壓的高壓蒸汽和熱水來進行熱量存儲。當氣壓降低，熱水就會蒸發(fā)，重新形成蒸汽流，直接推動電廠的渦輪機進行發(fā)電。到目前為止，蒸汽儲能器對熱量的存儲可以維持一個小時。一個應用蒸汽儲能器進行熱能存儲并且實現(xiàn)商業(yè)化的太陽能熱電廠就是位于西班牙塞維利亞附近的PS10太陽能發(fā)電塔。
近年來，太陽能光熱發(fā)電成為新能源利用的一個重要方向，光熱發(fā)電再一次在全世界范圍引起高度關(guān)注，光熱發(fā)電技術(shù)也不斷得到發(fā)展和更新。
1. 光熱發(fā)電技術(shù)特點
（1）大規(guī)模、長壽命、廉價的蓄能技術(shù)是光熱電站具備競爭優(yōu)勢的核心所在，光熱發(fā)電具備穩(wěn)定、時間長等優(yōu)點。通過規(guī)?；瘍釋崿F(xiàn)連續(xù)發(fā)電，且儲熱的技術(shù)成熟、成本低，已有電站實現(xiàn)24小時連續(xù)發(fā)電。
（2）轉(zhuǎn)換效率相對較高。太陽能光伏發(fā)電的光電轉(zhuǎn)換率大約在15％~18％，光伏電站的年效率通常在10%~15%。而光熱發(fā)電的組件光熱轉(zhuǎn)化效率已經(jīng)大于70%，一般的工業(yè)熱應用中對于太陽能的總利用率大于65%，光熱電站年效率通常在15%~20%。
（3）環(huán)保。光熱項目使用的原材料主要是鋼材和平面玻璃，不會像光伏發(fā)電應用硅電池板會形成二次污染。因而是真正的清潔能源。
（4）發(fā)電成本相對較低。采用太陽能光熱發(fā)電技術(shù)，避免了昂貴的硅晶光電轉(zhuǎn)換工藝，可以大大降低太陽能發(fā)電的成本。
相比而言，光伏產(chǎn)業(yè)鏈是一條較為獨立的產(chǎn)業(yè)鏈，和其他產(chǎn)業(yè)交叉較少，而光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈則是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的升級和優(yōu)化，對下游產(chǎn)業(yè)鏈拉動巨大，比如鋼鐵、玻璃、高端裝備制造、化工產(chǎn)品與工程、電力產(chǎn)品與工程、物流等。
光熱發(fā)電可應用于電力供應、常規(guī)電站聯(lián)合循環(huán)及工業(yè)供熱等方面。
2. 國內(nèi)外光熱發(fā)電儲熱發(fā)展現(xiàn)狀
從國際來看，光熱發(fā)電正處于快速增長期，2009年底全球投運的光熱電站裝機容量為668.15MW，至2010年底，全球已投入運行的光熱裝機容量達988.65MW。截至2013年上半年，美國、西班牙、澳大利亞等國已運行電站裝機容量超過3GW，在建電站超過2GW，規(guī)劃中的項目超過30GW，市場前景廣闊，從目前已投運光熱電站國家分布來看，美國占了48.95%，其次是西班牙，占47.49%。光熱發(fā)電在美國、西班牙等國家已獲成功，有20兆瓦的大型商業(yè)化光熱項目在運行。美國Google、西班牙Abengoa、法國Total、日本AGC、沙特ACWA等大型跨國集團紛紛通過收購、合資等方式參與新興的市場。
國際上典型的光熱發(fā)電儲熱項目主要如下：
（1）美國 美國SolarReserve的CrescentDunes110MW熔鹽塔式太陽能熱電站，蓄熱10小時。
（2）西班牙 西班牙商業(yè)運行的光熱發(fā)電儲熱項目有：
①ANDASOL 1，2，3，裝機50MW*3；
②EXTRESOL 1&2，裝機50MW*2；
③Manchasol-1&2，裝機50MW*2；
④La Florida，裝機50MW；
⑤Aste 1&2，裝機50MW*2；
⑥Valle 1&2，裝機50MW*2。
上述六個項目均采用了大規(guī)模熔鹽蓄熱技術(shù)，蓄熱7.5小時，均為槽式電站。
⑦西班牙商業(yè)運行的塔式電站：GemaSolar，裝機19.9MW，采用熔鹽作為傳熱蓄熱工質(zhì)，儲熱15小時，是第一個實現(xiàn)24小時連續(xù)發(fā)電的太陽能熱電站，已經(jīng)成功運行兩年。
（3）中國 光熱發(fā)電作為新興的可再生能源技術(shù)，近年來已經(jīng)成為新能源發(fā)展的熱點領(lǐng)域。我國非常重視光熱發(fā)電技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，并將其作為未來替代能源的重要組成部分，《太陽能熱發(fā)電“十二五”規(guī)劃》規(guī)劃裝機100萬千瓦，2012年，國家出臺的《太陽能發(fā)電科技“十二五”專項規(guī)劃》提出的規(guī)劃目標：太陽能熱發(fā)電具備建立100MW級太陽能熱發(fā)電站的設(shè)計能力和成套裝備供應能力，無儲熱電站裝機成本1.6萬元/kW，帶8小時儲熱電站裝機成本2.2萬元/kW，上網(wǎng)電價低于0.9元/kWh。目前，我國有十多個處于建設(shè)和籌備階段的光熱發(fā)電項目，在建項目總裝機容量不到10萬千。
預計到2015年，全球光熱發(fā)電累計裝機將達24.5GW，五年復合增速90%；到2020年光熱發(fā)電在全球能源供應份額中將占1~1.2%，到2030年占3~3.6%，到2050年占8.5~11.80%，即到2050年光熱發(fā)電裝機容量將達到830GW，每年新增41GW。
光熱發(fā)電成本下降空間大，世界銀行的報告預計長期光熱發(fā)電的度電成本將降至6~8美分，國外新建設(shè)的電站其商業(yè)電價折合人民幣1.2~1.5元/度，在我國實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化后預期成本將極大的降低。
大規(guī)模、長壽命、廉價的蓄能技術(shù)是光熱電站具備競爭優(yōu)勢的核心所在。太陽能熱發(fā)電技術(shù)在國際上已經(jīng)成熟，但中國還需要追趕和學習。我國的光熱發(fā)電還有待于掌握核心技術(shù)形成自主知識產(chǎn)權(quán)，并形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈，以便向產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化方向發(fā)展。
五、電動汽車儲能
電動汽車在充電時，可作為電力系統(tǒng)用戶側(cè)的分布式儲能設(shè)施，調(diào)節(jié)電網(wǎng)用電負荷；電動汽車又可向電網(wǎng)放電，起到削峰填谷的作用，并提供調(diào)頻等輔助服務，提高電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。因此，電動汽車不僅在對減少傳統(tǒng)化石能源消耗、控制污染物排放方面具有重要作用，同時電動汽車推廣和大規(guī)模應用，也可作為電力系統(tǒng)的一種儲能設(shè)施。
國外對電動汽車儲能應用研究較早，研究了電動汽車作為分布式儲能的可行性：通過協(xié)調(diào)控制充放電過程，使電動汽車在系統(tǒng)負荷低谷時充電，在系統(tǒng)高峰時放電，實現(xiàn)系統(tǒng)削峰填谷的經(jīng)濟效益；研究V2G在不損害電池壽命的前提下，可為系統(tǒng)提供備用容量；在智能電網(wǎng)環(huán)境下，電動汽車可為電網(wǎng)提供無功支持和電壓支撐；研究電動汽車作為旋轉(zhuǎn)備用和調(diào)頻輔助服務時的經(jīng)濟效益等。
目前市場上的電動汽車單次充電的續(xù)航里程在200~400km，較燃油汽車仍有一定差距。
動力電池是電動汽車的主要部分，目前電動汽車動力電池主要包括鉛酸電池、鎳氫電池、鋰離子電池、超級電容器、燃料電池等。鉛酸電池受其技術(shù)特點所限，一般用在低速和城市短途電動汽車上；超級電容器一般用在混合動力汽車作輔助電源；鎳氫電池技術(shù)相對成熟，安全性好，是目前混合動力汽車所采用的主要動力電池技術(shù)，但由于該種電池成本較高，自放電率高，較少應用在純電動汽車上；鋰電池成本太高；燃料電池比能量高，能量轉(zhuǎn)化效率高，燃料來源豐富，但制造成本高且儲運非常困難。綜合各種電池技術(shù)看，鋰電池技術(shù)是目前各國電池研發(fā)的重點。我國動力電池技術(shù)以磷酸鐵鋰為主要發(fā)展方向并已基本形成動力電池產(chǎn)業(yè)體系，但仍存在諸如電池制造工藝控制困難、批次穩(wěn)定性差、系統(tǒng)循環(huán)壽命低和電池管理系統(tǒng)設(shè)計不足等問題。動力電池充放電性能直接影響電動汽車儲能的技術(shù)經(jīng)濟性。
