三种储能技术路径比较

按照储能形式，储能技术路径的种类包括电储能、热储能和氢能储能，其中电储能是最主要的储能方式。根据不同的存储原理，电能存储可分为电化学储能和机械储能。

不同的技术路径各有优缺点，适用于不同的应用场景。电化学储能主要应用于新能源消纳、峰谷差价套利、电力系统调峰调频、UPS等领域。机械储能一般具有较长的使用寿命，但其响应时间明显慢于电化学储能和电磁储能。主要应用于电力系统调峰领域。本文主要介绍三种储能技术路径的比较。

1. 氢能储存

氢能储存是储能类型之一，其基本原理是电解水得到氢气并储存起来。当需要用电时，将储存的氢气通过燃料电池或其他方法转化为电能并输送到电网。电解水制氢需要大量电能，成本远高于传统制氢方式。但由于可再生能源并网不稳定，我国弃风弃光问题严重。氢气是利用风力发电和光伏发电产生的剩余电能生产的。

可有效解决电解水制氢的成本问题，解决风电消耗，因此氢能储存正逐渐成为我国能源技术创新的重点。但我国目前缺乏方便有效的储氢材料和技术，氢储能的能量转换效率低，目前应用较少。这两个问题能否解决，将是未来氢能储能能否获得更多份额的关键。

2、机械储能

机械储能是通过物理方法储存能量，并在需要时将机械能转化为电能的储能类型之一。机械储能主要包括重力储能、抽水蓄能、飞轮储能和压缩空气储能。

①重力储能

在储能类型中，重力储能介质主要分为水和固体物质，储能介质根据高度差升降，实现储能系统的充放电过程。除了较为成熟的抽水蓄能外，主流的重力储能方式是Energy Vault（EV）提出的储能塔。它使用起重机将混凝土块堆叠成塔，并通过升降混凝土块来存储和释放能量。

②抽水蓄能

抽水蓄能电站由上水库和下水库组成。用电负荷低时，多余的电用来抽水上游水库，高峰时放水。水从上层水库流向下层水库时产生的机械能用于发电，从而达到调峰作用。储能类型中的抽水蓄能可实现能量的大规模储存，因此在电力系统调峰中得到广泛应用。但由于其响应速度慢、前期投资高、地理位置有限，未来发展空间有限。

③ 飞轮储能

飞轮储能储能时，电能带动电机运转，电机带动飞轮加速旋转，飞轮以动能形式储能；当能量释放时​​，高速旋转的飞轮带动电动机发电，完成机械能到电能的转换。

 

在储能种类中，飞轮储能比功率大，使用寿命15-30年，响应速度毫秒级。因此，飞轮储能主要用于调频和UPS。但因其能量密度低，后备时间不能超过30分钟，无法应用于大型储能电站。

④压缩空气储能

压缩空气储能技术源于燃气轮机技术。当用电量较低时，电动机带动压缩机将空气压缩并储存在储气室中，使电能转化为空气的内能储存起来。用电高峰时，高压空气从储气室放出，进入燃料室与燃料一起燃烧，带动涡轮机工作，带动发电机发电。

在储能类型中，压缩空气储能是继抽水蓄能之后又一适用于GW级大规模电储能的技术。除储能高外，还具有能量密度和功率密度高、运行成本低、使用寿命长等优点。但与抽水蓄能类似，压缩空气储能也受到地理条件的限制，需要密闭性高的洞室作为储气室，进一步限制了压缩空气储能的发展。

3、电化学储能

在三种储能方式中，电化学储能是通过电化学反应完成电能和化学能的相互转换，从而实现电能的储存和释放。目前主要的储能电池主要有铅酸电池、液流电池和锂离子电池。未来随着产业链的成熟，钠离子电池将逐步应用于储能领域。

① 铅酸电池

铅酸蓄电池是以二氧化铅为阴极，金属铅为负极，硫酸溶液为电解液的二次电池。它是最早大规模使用的二次电池。铅酸电池储能成本低、可靠性好、效率高。它们广泛应用于UPS中，也是我国早期大规模电化学储能的储能路线类型之一。但由于铅酸电池循环寿命短、能量密度低、工作温度范围窄、充电速度慢，以及铅金属对环境的影响，未来铅酸电池的应用将受到很大限制。

② 液流电池

 

液流电池的技术路径有全钒液流电池、铁铬液流电池、锌溴液流电池等，其中钒液流电池综合性能最好，商业化程度最高。液流电池的正负极电解液储槽独立分开，放置在电堆外。正、负极电解液通过两个循环动力泵通过管道泵入液流电池组，不断发生电化学反应，通过化学能和电能的转换完成电能的储存和释放。

液流电池的功率取决于电极反应区的大小，储存容量取决于电解液的体积和浓度，因此液流电池尺寸的设计更加灵活多变。在长期储能方面，全钒液流电池将具有成本优势，相对于锂电池等其他类型的储能路径具有差异化竞争优势。

③ 锂离子电池

锂离子电池通过锂离子在正负极材料中的嵌入和脱嵌实现储能。锂离子电池能量密度高、寿命长，因此逐渐成为电化学储能的主流储能类型之一。根据正极材料的不同，锂离子电池分为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和三元电池。

磷酸铁锂电池在储能领域综合优势显着，能量密度适中，安全性和使用寿命优于其他电池类型，成本低廉。由于金属钴稀缺，钴酸锂电池的价格远高于其他电池，循环寿命和安全性较差，因此在储能领域应用较少。锰酸锂电池的能量密度与磷酸铁锂电池相似。

 

虽然价格低于磷酸铁锂电池，但其单位电量的低生命周期成本高于磷酸铁锂电池，因此很少使用。三元电池的能量密度远高于其他电池类型，使用寿命可达8-10年，但安全性相对较差，成本也远高于磷酸铁锂电池。因此，在对能量密度要求不高的储能类型领域，三元电池的应用前景弱于磷酸铁锂电池。

④ 钠离子电池

钠离子电池的工作原理与锂离子电池相似，都是利用钠离子在正极和负极之间的嵌入过程来实现充放电。与磷酸铁锂电池相比，钠离子电池具有更高的安全性能、低温性能和快充性能，成本更低，而且钠资源远比锂资源丰富，分布于世界各地。

如果钠离子能够得到广泛应用，我国将在很大程度上摆脱锂资源有限的现状。钠离子电池的劣势主要体现在循环次数少、产业链不成熟。目前钠电池的循环寿命一般为2000-3000次。产业链不成熟导致上游价格较高，钠电池的成本优势无法体现。

4。结论

总体而言，抽水蓄能、锂电池、钠电池和钒氧化还原液流电池等类型的储能发展空间较大。具体而言，在大规模调峰方面，抽水蓄能具有全生命周期成本优势，仍将是主流选择。后三者将与风电、光伏广泛结合使用。全钒液流电池主要用于4小时以上的长期储能，钠电池将在大规模储能电站中对锂电池形成一定的替代。锂电池在对能量密度高度敏感的商业和家庭储能领域仍将占据主导地位。