储能的分类及优缺点 - 可再生能源管理展览会

☆广义储能技术

1.基础燃料的储存（煤、石油、天然气）

2.中级燃料的储存（氢、煤气）

3.电能储存

4.后消费能量储存（蓄热、蓄冷）

电力系统提及的储能技术主要是电能存储和后消费能量的存储

■机械储能（抽水蓄能、压缩空气、飞轮、重力储能）

■电磁储能（超导、电容储能等）

■电化学储能（铅酸、铅碳、锂离子、钠离子、液流电池、氢储能）

■相变储能（熔融盐蓄热、蓄冰）

储能是通过物理或化学手段将电、热等形式的能量储存起来，在出现用能需求时释放的过程。目前储能技术主要分为物理储能、化学储能和电磁储能三大类。

原 理：钒电池的电能以化学能的方式存储在不同价态的钒离子电解液中，通过外接泵将电解液压入电池堆内，通过机械力作用下，电解液在储液罐和半电池闭合回路中循环流动，正负极电池组之间存在隔膜，电解质溶液平行流过电极并发生电化学反应。

主要技术参数

技术成熟度：示范

能量密度：15-25Wh/kg

功率密度：50-100W/kg

功率等级：0.03~10MW

能量转换效率：75-85%

自放电率：低

服役年限：15~20年

响应速度：毫秒级

优点

◇易实现规模化，可灵活配置功率和容量，选址方便；

◇循环寿命长，寿命远高于铅酸和锂电池；

◇自放电低，环境友好且安全可靠；

◇运行维护费用低。

缺 点

◇系统成本高

◇能量密度低

◇系统效率低

◇存在防腐蚀难题

◇使用温度区间窄，占地面积大。

原 理：以锂离子为活性离子，充放电时锂离子经过电解液在正负极之间脱嵌，将电能储存在嵌入锂的化合物电极中的一种储能技术。

主要技术参数

◇技术成熟度：商用

◇能量密度：150Wh/kg

◇功率密度：2000W/kg

◇功率等级：0~50MW

◇能量转换效率：95%

◇自放电率：1.5%/月

◇服役年限：20年

◇响应速度：毫秒级

优点

◇能量密度高；

◇高功率密度

◇高达95%以上能量转换效率

◇长循环寿命

◇无记忆效应，可以进行不同深度循环

◇易快充快放

缺 点

◇电池成本高

◇产品一致性不佳

◇导电性能差，锂离子扩散速度慢

锂离子电池结构组成和工作原理图

主要技术参数

◇技术成熟度：成熟

◇功率等级：~300MW

◇能量转换效率：低于60%

◇自放电率：低

◇服役年限：30-50年

◇响应速度：秒级

优点

◇成本较低，低于抽蓄电站。

◇寿命长 40-50年寿命

◇安全可靠， 不燃烧爆炸

◇储能时间长，运行费用低

缺 点

◇效率低

◇启动时间长响应速率慢

◇受特殊地理条件限制，适应场景单一，仅适合大型储能。

压缩空气储能工作原理示意图

原 理：充电”时，作为电动机给飞轮加速，将电能转换成机械能;“放电”时，作为发电机将机械能转换成电能，给外部供电；在为外部供电时，飞轮的转速不断下降。

主要技术参数

◇技术成熟度：示范

◇能量密度：32Wh/kg

◇功率密度：8kW/kg

◇功率等级：0~20MW

◇能量转换效率：85-95%

◇自放电率：2~20%/月

◇服役年限：15~25年

◇响应速度：毫秒级

优点

◇功率密度高、瞬时功率大

◇使用寿命长

◇无摩擦损耗，效率高、

◇响应速度快

◇能量转换化效率高

◇工况环境适应性好

缺 点

◇存在严重的自放电现象，每小时超过2.5%；

◇储能密度低，实际使用中，不高于100Wh/kg

◇价格昂贵

飞轮储能工作原理示意图

原 理：一种机械式储能，是基于高度落差对储能介质进行升降来实现储能系统充放电。

主要技术参数

◇技术成熟度：商用

◇能量密度：150Wh/kg

◇功率密度：2000W/kg

◇功率等级：0~50MW

◇能量转换效率：95%

◇自放电率：1.5%/月

◇服役年限：30年

◇响应速度：毫秒级

优点

◇储能转换效率高达到90%

◇使用寿命长，至少30年以上

◇选址要求不高，成本低

◇储能时间长且无自放电问题

缺 点

◇能量密度低，建设规模过大；

◇对塔吊精度要求高，后期维护成本高

重力储能结构组成和工作原理图

1、抽水储能→低谷时的电能抽水至上水库，高峰期再放水至下水库发电。应用最为广泛，约占全球总装机容量的3%。

2、压缩空气储能→将空气高压密封在报废矿井、沉降的海底储气罐、山洞、过期油气井或新建储气井中。能量密度高，启动快。

3、飞轮储能→电动机拖动飞轮，加速到一定的转速。飞轮系统运行于真空度较高的环境中，寿命长、 对环境没有影响，几乎不需要维护

4、电化学储能→锂离子电池兼具高比能量和高比功率的显著优势，被认为是最具发展潜力的动力电池体系。适合每天充放电。

钠硫电池在300℃的高温环境下工作，存在一定安全隐患

液流电池活性物质可溶解分装在两大储存槽，溶液流经液流电池。

铅炭电池原理类似铅酸电池，充放电寿命不能满足每天充放要求。

5、超导储能→利用超导体制成线圈储存磁场能量。用于电力系统的实时大容量能量交换和功率补偿

6、超级电容储能→根据电化学双电层理论研制而成。用于短时间、大功率的负载平滑和电能质量峰值功率场合

电化学储能

电化学储能，尤其是锂电池储能今年快速发展，成为目前储能的主要发展形势。尤其是LFP电池的较高安全性、较低成本、较长的寿命6000次等优势。相较于其他储能形势形成较大的产业优势。已具备规模发展的商业价值。十四五期间除抽水蓄能外，将主要以电化学储能为主。

飞轮储能

飞轮储能，寿命25年，单个飞轮输出功率500kW/1MW，50kWh，放电时间6-15分钟。能量密度20-80Wh/L。适合调频，调峰困难。目前在部分场合与电化学储能结合使用。目前国内已经具备产业化能力，但应用较为有限，主要集中在轨道交通、港机、一次调频领域。

压缩空气储能

第二代非补燃压缩空气技术（AA-CAES），特点是取消燃烧室，通过储热装置回收压缩热并储存。在储能时，通过压缩机将空气压缩至高温高压状态后，利用储热系统将压缩热储存，空气降温并储存在储罐或地下洞穴中。释能时，将高压空气释放，利用储存的压缩热使空气升温，然后推动膨胀机做功发电

液流电池储能

液流电池储能，主流是钒液流（中科院大连化物所）、铁铬液流电池（国电投），日本住友公司技术领先。满充满放寿命约20000次，寿命20年，单个电池堆为22.26kW/89.04kWh，放电时间一般为4小时，充电很快，非常灵活。能量密度16-33Wh/L，占地较省。调频响应时间0.02秒，调峰可以每天充放，寿命长，适合100MW及以上大型电站。