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电力知识科普：储能

2023-11-23

储能（stored energy）是指通过介质或设备把能量存储起来，在需要时再释放的过程。

在本网站中，储能特指电力储能，是一种电网供需平衡技术。电力储能的形式通常也不是直接储存“电能”，而是先将电能转化为动能、(水)势能、化学能等形式储存，在需要时再转化回电能。

电力储能本身不是新兴的技术，但从产业角度来说却是刚刚出现，正处在起步阶段。传统“刚性”电力系统电能“源—荷”瞬时动态平衡的法则越来越难以为继，未来电力系统必须具备足够的“柔性”以适应高比例可再生能源的新常态。在这一转变过程中，储能因其具有将电能的生产和消费从时间和空间上分隔开来的能力，成为未来高比例可再生能源电力系统的关键支撑技术之一。

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通俗讲解

电力储能技术，储存电能的技术。在电力系统中，电能的生产和使用同时进行，且在数量上平衡。但用电量总在波动,同时还需考虑发电设备故障的可能性。因此系统中投入运行的发电设备容量往往高于用电量，从而可将多余的电能储存起来，以备用电量上升时调剂使用。储能方式有抽水蓄能、电池蓄能、超导体蓄能、机械飞轮蓄能、压缩空气蓄能等。其中抽水蓄能最普遍。

储存的能量可以用做应急能源，也可以用于在电网负荷低的时候储能，在电网高负荷的时候输出能量，用于削峰填谷，减轻电网波动。

储能的应用场景

储能是未来电力系统必要的组成部分，是不可少的。储能可以实现能量的时移应用，平抑风、光的间歇性，即用即发，通过削峰填谷实现收益，将电力供需之间的实时耦合改为跨时段耦合，丰富电力平衡的手段，实现低密度、波动性能源的高密度、可控性应用，达到类常规电源效果，成为高竞争力的能源。

这个说的是“物理储能”，虚拟电厂是借助“调度”的概念，做出可挪腾空间的“虚拟储能”，因此未来的“储能”或是“虚实结合”（好吧，发明新概念）。

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技术简介

储能是指通过介质或设备把能量存储起来，在需要时再释放的过程，通常储能主要指电力储能。

储能又是石油油藏中的一个名词，代表储层储存油气的能力。

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小储能和大储能

虽然现在储能行业才热门，但储电技术也有数十年的应用，最典型的就是电池了。电池储能是用电环节的”小储能“，不是我们今天要讲的储能行业的“大储能”。

小储能：用电末端环节的储能，体量小，安全性要求高，性价比低，重点往小型化安全性发展，热门方向如手机电池、电动车电池、应急电源。
大储能：面向供给侧的储能，体量大，性价比要求高，重点往性价比发展。

两者当前是产业热门，随便一项提升都是超AI的技术发展（基础技术啊），两者最大的区别是单位体量下的存储效率差异（性价比与体积的抉择）：

在此我们列下几种典型大小储能的性价比：

我们以民用供电价格 1 度电 = 1000 W时= 0.56 元为参照。

如干电池 1.5 V 1 节= 0.00135 度电= 1 块，则 1 度电相当于 740 节，可重复利用的，按投入/全生命周期容量计算，以下数据为估算，仅供参考：

从这个表格可以看出，大储能方式上，只有抽水储能有较好的经济价值，其它储能必然要有波峰谷平、应急供电等额外经济价值才有意义。

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储能方法

4.1 分类

按照能量储存方式，储能可分为物理储能、化学储能、电磁储能三类，其中物理储能主要包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等，化学储能主要包括铅酸电池、锂离子电池、钠硫电池、液流电池等，电磁储能主要包括超级电容器储能、超导储能。

1) 电池储能

大功率场合一般采用铅酸蓄电池，主要用于应急电源、电瓶车、电厂富余能量的储存。小功率场合也可以采用可反复充电的干电池：如镍氢电池，锂离子电池等。

全钒液流电池，是一种通过钒离子价态变化，实现化学能到电能的往复转换，从而将风力或太阳能所产生力存储与释放的大型储能电池，业内形象地称之为“电力银行”。美国、日本等发达国家用于电站调峰和风力储能的钒电池产业发展迅速，技术已经基本成熟。相比锂电池，全钒液流电池最大的好处是不燃烧，不爆炸。

2) 电感器储能

电感器本身就是一个储能原件，其储存的电能与自身的电感和流过它本身的电流的平方成正比：E = L*I*I/2。由于电感在常温下具有电阻，电阻要消耗能量，所以很多储能技术采用超导体。电感储能还不成熟，但也有应用的例子见报。

3) 电容器储能

电容器也是一种储能原件，其储存的电能与自身的电容和端电压的平方成正比: E = C*U*U/2。电容储能容易保持，不需要超导体。电容储能还有很重要的一点就是能够提供瞬间大功率，非常适合于激光器，闪光灯等应用场合。

超级电容器，也称电化学电容器，是介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置，其结构和电池的结构类似，主要包括双电极、电解质、集流体和隔离物四个部分，具有功率密度高、循环寿命长、低温性能好、安全、可靠和环境友好等优点。但由于电介质耐压低，存在漏电流，储存能量和保持时间受到限制。目前，超级电容器主要是基于多孔炭电极/电解液界面的双电层电容，或金属氧化物或导电聚合物产生的准电容来实现能量的储存。

4) 此外，还有其它的储能方式：比如机械储能等。

4.2 储能主要基于以下两点

1) 风电光伏产业的迅猛发展将推动大容量储能产业的发展

储能技术在很大程度上解决了新能源发电的随机性、波动性问题，可以实现新能源发电的平滑输出，能有效调节新能源发电引起的电网电压、频率及相位的变化，使大规模风电及光伏发电方便可靠地并入常规电网。储能电池的未来应该在风电和光电产业，其中尤以已经大量布局的风电产业为主。风力资源具有不稳定性，此外，风力资源较大的后半夜又是用电低谷，因此，虽然近年来风、光电产业发展势头迅猛，但一直饱受“并网”二字困扰，储能技术的应用，可以帮助风电场输出平滑和‘以峰填谷’。

2) 新能源汽车特别是电动汽车的良好发展利好动力电池储能产业发展

四部委推出5个城市私人购买新能源补贴政策的试点方案，该方案重点对纯电动和插电式混合动力进行了补贴。伴随电动汽车的发展，高效储能电池必将逐步取代内燃机。伴随着电池成本逐渐下降，成熟度日益提高，对内燃机的替代能力将逐渐增强。

储能技术可以说是新能源产业革命的核心。储能产业巨大的发展潜力必将导致这一市场的激烈竞争。如果政策到位，我国储能产业既可快速成长为在全球有重要影响的新兴战略性产业，也将极大促进国内新能源的规模化发展。

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应用场景

储能在能源互联网中的应用场景可以分为电源侧储能、输电侧储能、配电侧储能和用户侧储能四大场景。即电源侧、输电侧、配电侧、用户侧。

1) 电源侧

平滑出力：吸收可再生能源发电的波动或平滑可再生能源发电的输出功率。
跟踪发电计划：跟随可再生能源发电的爬坡辅助风力和太阳能发电，使其成为一种部分可调节的电源，提高它们的可控性。
在一个高渗透率的可再生能源发电区域，储存过剩的风电和太阳能发电以减少弃能，提高可再生能源的渗透率和经济性。
储存的能量可以作为一种旋转备用，随时供电网调度使用，由此也减少常规发电的备用量和提高它们的效率。

2) 输电侧

减轻调峰调频机组的压力，为电网提供调峰和调频辅助服务，按调节效果付费。
建在不同地方、多处的储能装置可起辅助服务的作用，优化潮流，减轻或解决线路过负荷和堵塞，并降低线路和网络的损耗。
推迟新的线路建设和投运时间。
当电网发生扰动时或事故时，储能可作为调节电源，协助提高电网的安全稳定性能和增加电网安全运行的裕度，也可用作电网的紧急事故备用电源或黑启动电源。

3) 配电侧

对于独立型微电网中或并网型微电网解列时，为了保持微电网能继续正常和稳定运行，储能装置成为一种不可或缺的配备，可用于调节微电网的频率，使其保持过渡过程中的频率稳定和用于较长期的能量管理。
主动配电网必要的调节手段之一，用于提高配电网对分布式电源的消纳能力和电能质量保证配电网运行在安全区间内。
可移动式储能装置，在地区事故停电时，快速地将储能装置运送到停电区域并接入电网，以缩短停电时间，提高供电的可靠性。

4) 用户侧

用户利用储能装置和分时电价，改变他们的用电时间和方式以削峰填谷、降低电费。
有些需要高可靠性的用户，电力供应中断的后果极其严重，需要安装一定数量的储能装置，作为备用电源( 或不间断电源 )。
电动汽车与电网相连接时，可作为一种储能装置，利用“V2G”的功能，通过需求响应，将电动汽车内储存的电能在电网需要时返回到电网中。
储能系统还可用于家庭和楼宇的能量管理系统。

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发展情况

对新能源和可再生能源的研究和开发，寻求提高能源利用率的先进方法，已成为全球共同关注的首要问题。对中国这样一个能源生产和消费大国来说，既有节能减排的需求，也有能源增长以支撑经济发展的需要，这就需要大力发展储能产业。

分析报告显示，日益增长的能源消费，特别是煤炭、石油等化石燃料的大量使用对环境和全球气候所带来的影响使得人类可持续发展的目标面临严峻威胁。据预测，如按现有开采不可再生能源的技术和连续不断地日夜消耗这些化石燃料的速率来推算，煤、天然气和石油的可使用有效年限分别为100-120年、30-50年和18-30年。显然，21世纪所面临的最大难题及困境可能不是战争及食品，而是能源。

2016年1月19日，世界能源署表示，由于新太阳能电池技术和其他科技进步促进价格下跌，未来15年，电池储能成本将下滑70%。

储能本身不是新兴的技术，但从产业角度来说却是刚刚出现，正处在起步阶段。中国没有达到类似美国、日本将储能当作一个独立产业加以看待并出台专门扶持政策的程度，尤其在缺乏为储能付费机制的前提下，储能产业的商业化模式尚未成形。