储能概述-储能含义

导读

随着双碳目标的提出，加快发展可再生能源，成为当前我国能源事业发展的重要任务。“十四五”期间，将继续坚持市场主导、政策驱动，强调统筹规划、多元发展，鼓励创新示范、先行先试，推动新型储能规模化、产业化、市场化发展。随着国家政策的实施和地方政府的落实，新能源发电占比逐年递增，进而引发了储能市场的爆发式增长，国内外针对各种类型的储能建设示范工程，陆续出现了各种类型的储能项目，推动了储能技术的发展。

储能是指通过介质或设备把能量存储起来，在需要时再释放出来的过程。它是解决可再生能源间歇性和不稳定性、提高常规电力系统和区域能源系统效率、安全性和经济性的迫切需要。利用储能可以实现可再生能源平滑波动、跟踪调度输出、调峰调频等，使可再生能源发电稳定可控输出，满足可再生能源电力的大规模接入并网的要求，对建设以清洁能源为主的新型电力系统、实现碳达峰、碳中和目标具有重要意义。

国内储能市场发展迅速，各类新技术迭出，共同促进储能行业持续发展。高压级联储能在大容量场景优势显著；新型电化学储能技术快速发展，钠离子电池储能、液流电池储能、氢储等产业化不断加速；新的物理储能技术层出不穷，光热储能、压缩空气储能、飞轮储能等示范项目逐步落地。

电化学储能

电化学储能是利用化学电池将电能储存起来并在需要时释放的储能技术及措施。全球电化学储能市场中，主要分为新能源+储能、电源侧辅助服务、电网侧储能、分布式及微网、用户侧削峰填谷五类场景。

锂离子电池储能

锂电池储能材料体系以磷酸铁锂为主，电池向大容量方向持续演进。根据工信部要求，储能型电池能量密度≥145Wh/kg，电池组能量密度≥110Wh/kg。循环寿命≥5000次且容量保持率≥80%。当前的电化学储能尤其是锂电储能技术进入了一个新变革周期，大电芯、高电压、水冷/液冷等新产品新技术逐渐登上舞台，储能系统向大容量方向在持续演进。

2022年储能锂电池全年出货量达到130GWh，同比增长170.8%，增速超过动力电池。从细分赛道来看，电力储能、户用储能、便携式储能电池出货量攀升。其中户用储能出货量增长最快，增速超3.5倍，电力储能、便携式储能增速均超2倍。而通信储能电池出货量有所放缓，在2022年储能负增长，同比降25%。

钠离子电池储能

与锂资源相比，钠资源储量非常丰富，所以在大规模应用的场景下，钠电池没有明显的资源约束。而且，钠电池的正极材料、集流体材料的理论成本比锂电更低，在完成产业化降本之后，其初始投资成本有望较锂电更低，可以锂离子电池40-50%的成本优势达到锂电池70%的性能，可以填充到对能量密度要求不高的市场如储能当中。

技术特点：成本低、安全性高、高低温性能较好；能量密度低、循环寿命低。

发展应用：主要应用于备用电源、两三轮车、电力系统调峰、调频、通信基站等。

关键技术：新型电极材料、高倍率硬碳、高电化学稳定电压电解质、干法电极工艺等。

液流电池储能

液流电池是正负极电解液分开，各自循环的一种高性能蓄电池，具有容量高、使用领域(环境)广、循环使用寿命长的特点。根据电极活性物质的不同可分为铁铬、全钒、锌溴等，铁铬和全钒两种为目前主流商用方向。

技术特点：规模大、寿命长、功率和容量分离；价格较高、能量密度低、效率相对较低。

发展应用：应用于备用电源、电动汽车、电力系统调峰、调频、可再生能源并网、分布式供能等。

关键技术：全钒液流电池技术、锌溴液流电池技术、铁铬液流电池技术、有机体系液流电池技术。

机械能储能

抽水储能

抽水储能主要原理是利用离峰电力将水抽回来，再将水放出做水力发电。当电力生产过剩时，剩电便会供予电动抽水泵，把水输送至地势较高的蓄水库，待电力需求增加时，把水闸放开，水便从高处的蓄水库依地势流往原来电抽水泵的位置，借水位能推动水道间的涡轮机重新发电，达到储能的效果。

技术特点：规模大、寿命长、单位投资小、技术成熟；受地理条件限制、建设周期长、建设环境要求高。

发展应用：主要应用于削峰填谷、跟踪负荷、调频、备用、无功调节和黑启动等辅助服务任务。

关键技术：水泵水轮机、高坝筑造、变速控制、微型抽蓄、海水抽蓄等。

重力储能

重力储能发电的基本原理与抽水蓄能技术类似，储能和发电的基本过程为：利用富裕电力提升重物，存储势能；在需要时通过释放重物的势能，经转换带动发电机发电。目前主要有活塞式重力储能、悬挂式重力储能、混凝土砌块储能塔和山地重力储能4种重力储能发电技术。

技术特点：初始投入成本低、安全性高、寿命长、对建设环境要求不高。

发展应用：应用于削峰填谷、平衡负荷、发电备用等。

关键技术：重力轮机、水泵水轮机、高效输送系统、运行控制技术等。

压缩空气储能

压缩空气储能是指在电网负荷低谷期将电能用于压缩空气，将空气高压密封在报废矿井、储气罐、山洞、过期油气井或新建储气井中，在电网负荷高峰期释放压缩空气推动汽轮机发电的储能方式。相比兴建钢罐等压力容器储存的方式，利用盐穴等地下洞穴建设大容量电站，将显著降低原材料、用地等方面的成本。按照工作介质、存储介质与热源可以分为：传统压缩空气储能系统(需要补燃)、带储热装置的压缩空气储能系统、液气压缩储能系统等。

技术特点：储能容量较大、储能周期长、效率高和投资相对较小等特点；依赖储气室和化石燃料。

发展应用：应用于削峰填谷、平衡负荷、频率调制、分布式储能和发电备用等。

关键技术：压缩机、膨胀机、燃烧室、蓄热技术、超临界空气储能系统等。

飞轮储能

飞轮储能是新型储能技术之一，处于商业化早期。通过电动/发电互逆式双向电机，电能与高速运转飞轮的机械动能之间的相互转换与储存。飞轮储能具有使用寿命长、储能密度高、不受充放电次数限制、安装维护方便、对环境危害小等优点，可用于不间断电源、应急电源、电网调峰和频率控制。但目前飞轮储能还具有很大的局限性，相对能量密度低、静态损失较大，现仅处于商业化早期。

技术特点：功率密度较高、充放电次数高、工作环境要求低、无污染等。

发展应用：适合电网调频、电网安全稳定控制、电能质量治理等。

关键技术：高速飞轮本体、高速电机和轴承、储能阵列、运行控制技术。

热储能

热储能技术是以储热材料为媒介，将太阳能光热、地热、工业余热、低品位废热等或者将电能转换为热能储存起来，在需要的时候释放，以解决由于时间、空间或强度上的热能供给与需求间不匹配所带来的问题，最大限度地提高整个系统的能源利用率。

技术特点：规模大、寿命长、单位投资小等；储能密度较低、材料高温腐蚀等。

发展应用：显热储热是目前主要储热技术，潜热储热趋于成熟，多用于建筑蓄能或参与电网调峰；热化学储热尚不成熟。

关键技术：高性能蓄热材料、蓄热单元、系统控制等。

电磁储能

超级电容

超级电容是一种新型功率型储能器件，主要由正负电极、电解液、隔膜构成。电极材料具备高比表面积的特性，隔膜一般为纤维结构的电子绝缘材料，电解液根据电极材料的性质进行选择。以市场主流的双电层电容为例，充电时，电解液中的正、负离子在电场的作用下迅速向两极运动，通过在电极与电解液界面形成双电层来储存电荷。

技术特点：充放电速度快、使用寿命长、温度特性好、绿色环保等；能量密度较低、成本较高等。

发展应用：适合电网调频、实现负载功率变化的消纳和补给等。

关键技术：新型电极材料、高电化学稳定电压电解质、干法电极工艺等。

储能应用领域

发电侧

发电侧储能是指在火电厂、风电场、光伏电站发电上网关口内建设的电储能设施或汇集站发电上网关口内建设的电储能设施。储能在火电厂发电侧中的应用能够显著提高机组的效率，对辅助动态运行有着十分积极的作用，这可以保证动态运行的质量和效率，且暂缓使用新建机组，甚至取代新建机组。另外，发电机组用电过程中还可及时为储能系统充电，在高峰用电时段提高负荷放电的效率，并且可以以较快的速度向负荷放电，促进电网的安全平稳运行。

在风力发电和光伏发电等新能源发电机组中，储能一方面能够保证新能源发电的稳定性和连续性，另一方面也可增强电网的柔性与本地消化新能源的能力。在风电场当中，储能可以有效提升风电调节的能力，保证风电输出的顺畅性。储能在集中式的并网光伏电站中能够加强电力调峰的有效性，而且还可提高电能的质量，电力系统运行的过程中不易出现异常问题。

电网侧

储能接入电网可以发挥多种价值作用，不同类型储能的时间尺度也不一样，并且可以与传统电网建设、电源建设以及新兴的源网荷互动系统、调相机等电网调节技术手段进行协同优化。

随着新能源大规模发展、能源转型持续深化和储能技术不断成熟，未来储能将与电力系统深度融合，在规模和布局上将与系统各类电源和电力流呈现协调发展态势，这就要求从能源电力发展全局出发，将电网侧储能作为一种可选方案，统筹储能规划、建设及运行，优化电力系统整体运行效益，保障系统运行安全与供电可靠，提升电网的灵活性，加入调峰、调频、黑启动等功能，提高系统经济性。

电网侧储能布局的四个主要场景：一是在负荷密集接入、大规模新能源汇集、大容量直流馈入、调峰调频困难和电压支撑能力不足的关键电网节点；二是在站址走廊资源紧张等地区；三是在电网薄弱区域如在供电能力不足的偏远地区电网末端或电网未覆盖地区；四是作为重要电力用户的应急备用电源，如政府、医院、数据中心等。通过电网侧合理布局新型储能设施，将提高大电网安全稳定运行水平和保供能力、应急能力，减轻输电线路阻塞，延缓输配电设施投资。

用户侧

工商业利用用户侧储能项目，储存谷时电量、峰时使用，降低用电成本。尤其是电动汽车车充电站如果匹配储能系统，可利用峰谷电价差套利，国内领先的充电运营商特来电、星星充电和中国普天均已启动试点计划，以验证储能充电站或太阳能+储能充电站的可行性和协同效应。

用户侧储能的应用场景非常广泛，未来也会有越来越多的电站建成并投入运营。一方面，储能电站帮助改善居民生活，提供商家价值；另一方面，也为节能环保、绿色低碳的理念出一份力。

最后

未来各地的电力储能市场会进一步开放，相关政策重点预计会落在以下三个方面：

• 电力储能市场开放度的提高：分布式能源和用户侧储能项目进一步开放，激发了企业参与储能市场积极性。

• 储存参与电力交易政策的放宽：目前个别省份规定储能系统存储的电力不能上网，未来如果储能参与电力交易进一步开放，储存电力被批准上网，储能系统的价值兑现渠道将大幅拓宽。

• 储能参与电力辅助补偿机制的完善：国家在推动储能参与电力辅助服务补充机制试点工作，未来有望建立相配套的储能容量电费机制，建全补充及监管机制。

(本文作者系吉林大学青岛汽车研究院副院长、《电车商业研究》创始人顾国洪)