什么是储能？

通过储能可以促进清洁能源和可再生能源融入电网和实际日常使用。例如，通过电池存储的电力为电动汽车提供动力，而大规模能源存储系统则帮助公用事业公司在可再生能源资源不产生能量的时期满足电力需求。

利用储能技术可以扩大可再生能源的使用范围，从而取代和减少一些基于化石燃料的能源生产和对环境的影响。这一进步可以帮助国家或地区实现其净零排放目标。

电池是用于储存电能的最著名发明之一，其历史可以追溯到 1800 年。意大利物理学家 Alessandro Volta 使用一堆镍盘、锌盘和浸过盐水的垫圈来输送电流。此后大约 60 年后，法国物理学家 Gaston Planté 发明了一种采用铅和硫酸的可充电电池，即铅酸电池。

后来，到 19 世纪初，美国发明家托马斯·爱迪生发明了使用镍和铁的另一种可充电电池。加拿大化学工程师 Lewis Urry 在研究了爱迪生对锌的使用后，于 1957 年研制出了现代碱性电池的原型。

另外两种长期使用的储能形式是抽水蓄能和热能储存。抽水蓄能是一种水力发电储能，早在 1890 年就在意大利和瑞士投入使用，随后逐渐传播到世界各地。

热能储存 (TES) 在 19 世纪初用于为食品保鲜而设计的冰箱。自 20 世纪初以来，现代 TES 系统一直用于为建筑物供暖和制冷。

储能系统的发电量可以通过两种方式进行测量：

1.  
2. 功率容量，即连续发电的最大电量，以瓦特为单位，例如千瓦 (kW)、兆瓦 (MW) 和吉瓦 (GW)。
   
   
   
3.  
4. 另一种是能量容量，即储存的能量总量，以瓦时为单位，例如千瓦时 (kWh)、兆瓦时 (MWh) 和吉瓦时 (GWh)。

电力储能系统 (EES) 通常用于为电网提供支持。储能系统的类型包括：

•  
• 抽水蓄能
• 电池储能系统
• 飞轮
• 压缩空气储能
• 热能储存
• 储氢
• 超级电容器

抽水蓄能也称为抽水蓄能式水力发电，可以比作由两个不同高度的水库组成的巨型电池。当使用电力将水从较低的水库泵送到较高的水库时，所谓的电池就会“充电”。

当水在重力作用下被释放回较低的水库并沿途经过涡轮机时，储能系统就会“释放”电能。水流经涡轮机的运动所产生的电能被输送到电网系统。

根据国际能源署的数据，抽水蓄能是全球部署最广泛的储能技术，它在 2020 年占全球储能的 90%。¹截至 2023 年 5 月，中国已投入运营的抽水蓄能容量达到 50 吉瓦 (GW)，占全球容量的 30%，居世界首位。²

电池储能系统 (BESS) 是一种电化学储能系统，可将电力以化学能的形式存储起来，并在需要时释放。常见的类型包括铅酸电池和锂离子电池，较新的技术包括固态或液流电池。

目前，锂离子电池在电网级规模电池储能市场上占据主导地位。截至 2023 年，全球最大的锂离子电池储能设施位于加利福尼亚州蒙特雷县，其容量为 550 兆瓦。³锂离子电池也用于电动汽车。

随着世界各国加大对电网级规模电池储能解决方案的投资，预计未来几年电池储能解决方案的市场份额将超过抽水蓄能。例如，在美国，电池装机容量预计将在 2024 年翻一番，其中大多数新安装的 BESS 位于德克萨斯州和加利福尼亚州。⁴

虽然世界上大部分 BESS 投资发生在大型先进经济体，但发展中国家或地区也能通过世界银行的储能合作伙伴关系等计划获得电池储能安装援助。

飞轮是一种机械储能装置，其中旋转的轮子存储动能。使用电力带动飞轮高速旋转可为其“充电”，而飞轮以恒定速度旋转则可储存这些能量。

飞轮储能系统 (FESS) 被认为是一种高效能技术，但与其他储能方法相比，其放电时间较短。尽管北美目前在全球飞轮市场占据着主导地位（纽约州、宾夕法尼亚州和安大略省都有大型飞轮储能系统），但欧洲的需求正在增长。⁵

该能源技术的工作原理为：利用电力来压缩空气，并将其储存在地下（通常为洞穴中）。为了发电，空气会被释放并流经与发电机相连的涡轮机。在世界各地，包括中国、加拿大、德国和美国，都有一些压缩空气储能 (CAES) 工厂在运行。

热能储存 (TES) 可见于使用聚光太阳能 (CSP) 系统的太阳能热电厂中。此类系统利用聚光来加热液体，例如水或熔盐。虽然液体产生的蒸汽可立即用于发电，但也可将液体储存在储罐中供后续使用。

电力可以通过水的电解转化为氢来储存，即利用电将水分子分解成氢和氧。当氢被用作发电和运输的燃料时，便会释放出能量。储氢被视为通过化学反应发电的燃料电池的关键技术。

超级电容器是一种电化学装置，通过在充满电解质溶液的电极（电导体）上收集电荷来储存能量。它们可以快速放电，并且使用寿命很长。它们有时被认为是锂离子电池的潜在替代品，但能量密度较低。⁶

由于储能系统能够补偿能源供应波动，其优点还可延伸至电网。储能系统 (ESS) 可以在电力富余时储存多余的电能，这通常是在夜间和早晨用电较低的时段。然后，ESS 可以在一次能源供应不足时提供电力供应，特别是在能源使用的高峰时段，例如傍晚和晚上。

此外，电网客户拥有的 ESS 系统可以在电网停电期间提供紧急备用电源，并可集成到微电网中。

ESS 为电网提供的灵活性有助于将可再生的绿色能源（包括公用事业级规模的装置和较小的分布式能源资源）整合到以前依赖化石燃料的电力系统中。可再生能源储能项目可以通过在可再生能源未发电时提供能量来帮助稳定电力供应。例如，它们在夜间为装有光伏电池的太阳能装置提供电力，或者在风力涡轮机不转动的无风时段提供电力。

反过来，在可再生能源产生多余电力的情况下，ESS 也很有帮助，例如晴朗下午的太阳能发电或大风天的风力发电。可再生能源储能解决方案可确保多余的电力不会被浪费。

储能为电网提供的支持被认为是帮助各国向清洁能源过渡和未来实现净零排放的关键。随着国家或地区增加使用可再生能源，他们可以减少对化石燃料发电的依赖。这种转变可以显著遏制他们的温室气体排放，并帮助他们实现能源消耗和生产的可持续性。

EES 的供电时长因储能项目和类型而异。短时储能系统只能供电几分钟，而昼夜储能系统则可供电数小时。抽水蓄能、压缩空气储能和某些电池储能系统提供昼夜储能，而其他电池系统和飞轮则支持短时储能。

能源成本高和储能时间短可能是采用某些储能系统的障碍，但研究人员正在努力克服这些障碍。能源技术的创新可能会让低成本电力储存系统能够供电 10 小时或更长时间。随着更多可再生能源投入使用，这可以进一步稳定电力供应。

这种长时储能 (LDES) 的发展也得到了政策制定者的支持，西班牙、英国和美国等国家或地区纷纷制定了鼓励 LDES 项目的计划。