7种主流储能原理、适用场景及优缺点|储能原理|全钒|燃料|电能|电解液|锂离子电池

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（来源：储能盒子）

本文主要介绍了主要储能的形式、适用场景及优缺点。

分别介绍了锂电池储能、钠离子储能、全钒液流储能、超级电容储能、氢储能、抽水蓄能以及压缩空气储能的原理。

从整个电力系统的角度看，储能的应用场景可以分为发电侧、输配电侧和用电侧三大场景，除此之外的应用还包括辅助服务、分布式发电与微网等。

1、锂电池储能

该储能是目前技术比较成熟，发展势头最为迅猛的储能方式。锂离子储能产业链由上游设备商，中游集成商和下游终端用户组成。其中设备包括电池、EMS（能量管理系统）、BMS（电池管理系统）、PCS（变流器）；集成商包括储能系统集成和EPC；终端用户则由发电侧、电网侧、用户侧以及通信/数据中心组成。

2、钠离子储能

钠离子电池性能优异，被寄予厚望。决定电化学储能能否被大面积应用的关键因素包括安全性、材料资源可得性、高低温性能、寿命、投资成本等，而根据钠离子电池最新研究进展，它在这些方面都表现出了良好的性能。在规模化应用后成本有望低于铁锂电池，可在大规模电化学储能、低速电动车等领域得到广阔应用，有望与锂离子电池形成互补和有效替代。

3、全钒液流储能

钒电池电能以化学能的方式存储在不同价态钒离子的硫酸电解液中，通过外接泵把电解液压入电池堆体内，在机械动力作用下，使其在不同的储液罐和半电池的闭合回路中循环流动，采用质子交换膜作为电池组的隔膜，电解质溶液平行流过电极表面并发生电化学反应，通过双电极板收集和传导电流，从而使得储存在溶液中的化学能转换成电能。

这个可逆的反应过程使钒电池顺利完成充电、放电和再充电。液流电池具有寿命长、安全性好、输出功率大、储能容量大且易于扩展等特点，寿命达到15-20年，同其他储能技术比较，与风电场硬件具备最高的匹配度，特别适合用于风电厂储能，满足其频繁充放电、大容量、长时间储能需求。当然，全钒液流电池能量密度低，体积、质量远大于其他电池，需要5-40°的温度环境。预计目前钒电池初始成本约为锂电池的3倍上下。

4、超级电容储能

超级电容器，在结构上与可充电电池相似，是一种由电极板、隔板、电解液和外壳等主要部件组成的两端元件。其工作原理基于电化学双层理论，利用活性炭多孔电极和电解液构建的双电层结构来获取超大电容量。

当外加电压作用于超级电容的两极板时，正极板储存正电荷，负极板储存负电荷，形成电场。在此电场作用下，电解液与电极界面处产生相反电荷以平衡内电场。这种在两个不同接触面上形成的电荷分布层称为双电层，具有极大的电容量。超级电容在正常工作状态下（通常为3V以下），两极板间的电势低于电解液的氧化还原电位，因此电解液界面上的电荷不会脱离电解液。若外加电压高于电解液的氧化还原电位，则会导致电解液分解。

在放电过程中，通过外电路释放正、负极板上的电荷，相应减少电解液界面上的电荷。值得注意的是，超级电容的充放电过程为物理过程，无化学反应发生，因此性能稳定可靠，这与依靠化学反应储能的蓄电池有着根本的不同。

5、氢储能

氢储能是一种新型储能，在能量维度、时间维度和空间维度上具有突出优势，可在新型电力系统建设中发挥重要作用。氢储能技术是利用电力和氢能的互变性而发展起来的。氢储能既可以储电，又可以储氢及其衍生物（如氨、甲醇）。狭义的氢储能是基于“电‒ 氢 ‒ 电”（Power-to-Power，P2P）的转换过程，主要包含电解槽、储氢罐和燃料电池等装置。

利用低谷期富余的新能源电能进行电解水制氢，储存起来或供下游产业使用；在用电高峰期时，储存起来的氢能可利用燃料电池进行发电并入公共电网。广义的氢储能强调“电‒ 氢”单向转换，以气态、液态或固态等形式存储氢气（Power-to-Gas，P2G），或者转化为甲醇和氨气等化学衍生物（Power-to-X，P2X）进行更安全地储存。

同时使用氢作为燃料时，燃料电池可以完全实现无污染的电能供给，唯一的其它产物是水。再加上其噪声小和启动快等优点，燃料电池是一种十分理想的能量转换与供给装置。、

燃料电池根据其结构、工作原理的不同可以分为碱性燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固态氧化物燃料电池、质子交换膜燃料电池等。质子交换膜燃料电池以其高功率密度、零排放、低噪声等优点，获得了广泛的应用，也成为氢能产业发展的核心技术之一。

6.抽水蓄能

抽水蓄能具有技术优、成本低、寿命长、容量大、效率高等优点。由于抽水蓄能电站运行模式是将能量在电能和水的势能之间转换，其储能容量主要取决于上下水库的高度差和水库容量，由于水的蒸发渗漏现象导致的损失几乎可以忽略不计，抽水蓄能的储能周期得以无限延长，可适应各种储能周期需求，系统循环效率可达70%-80%。

与此同时，建设完成后的抽蓄电站坝体可使用100年左右，电机设备等预计使用年限在40-60年左右。