近幾十年來，儲能技術的研究和發(fā)展一直受到各國能源、交通、電力、電訊等部門的重視。儲能技術在電力系統(tǒng)中的應用，主要集中在可再生能源發(fā)電移峰、分布式能源及微電網(wǎng)、電力輔助服務、電力質量調頻、電動汽車充換電等方面，是解決新能源電力儲存的關鍵技術。

電能可以轉換為化學能、勢能、動能、電磁能等形態(tài)進行存儲，按照具體的技術類型可分為物理儲能、電化學儲能、電磁儲能和相變儲能等。其中物理儲能包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能和飛輪儲能;電磁儲能包括超導、超級電容和高能密度電容儲能;電化學儲能包括鉛酸、鎳氫、鎳鎘、鋰離子、鈉硫和液流等電池儲能;相變儲能包括冰蓄冷儲能等。

物理儲能是當前并網(wǎng)型儲能的主導技術

抽水蓄能是當前最主要的電力儲能技術。抽水儲能電站配備上、下游兩個水庫，負荷低谷時段抽水儲能設備工作在電動機狀態(tài)，將下游水庫的水抽到上游水庫保存，負荷高峰時抽水儲能設備處于發(fā)電機的狀態(tài)，利用儲存在上游水庫中的水發(fā)電。

目前，世界范圍內抽水蓄能電站主要集中分布在美國、日本和西歐等國家和地區(qū)，并網(wǎng)總裝機容量超過7000萬千瓦，約占全球發(fā)電裝機容量的1.2%。而美國、日本和西歐等經(jīng)濟發(fā)達國家抽水蓄能機組容量占到了世界抽水蓄能電站總裝機容量的70%以上。近年來，世界大型抽水蓄能電站的應用案例主要有日本神流川電站(裝機282萬千瓦)，美國落基山電站(裝機76萬千瓦)，德國金谷電站(裝機106萬千瓦)。

壓縮空氣儲能也是一種物理儲能形式。儲能時，壓縮機將空氣壓縮并存于儲氣室中，儲存室一般由鋼瓶、巖洞、廢棄礦洞充當。釋能時，高壓空氣從儲氣室釋放， 做功發(fā)電。目前全球壓縮空氣儲能裝機約40萬千瓦。壓縮空氣儲能技術研究始于20世紀40年代，70年代后，德、美等國相繼投運壓縮空氣儲能系統(tǒng)，將幾十至一百多個大氣壓的空氣儲存于礦洞或地下洞穴，釋能時采用天然氣補燃的方式通過燃氣輪機發(fā)電，效率為42%~54%。壓縮空氣儲能技術術比較成熟，但大規(guī)模的應用需要洞穴儲氣，選址有一定困難，2000年后全球無新增商業(yè)化運營的案例。

電化學儲能發(fā)展快速

鋰離子電池儲能是應用最廣泛的并網(wǎng)型電化學儲能。近幾年來，大規(guī)模鋰離子儲能技術也已進入示范應用階段，特別是動力型鋰離子電池已在電動工具、電動自行車、混合電動車等領域進入商業(yè)化應用。此外，美國、中國等國近年還在開展大功率鋰電池在儲能電站中的應用研究和實踐。目前，世界上運行的最大鋰離子儲能系統(tǒng)是A123公司投資建設的裝機容量為2兆瓦的儲能電站。截至2014年年底，全球并網(wǎng)型鋰離子儲能裝機容量約為29.3萬千瓦，其中美國鋰離子電池裝機規(guī)模最大，達11萬千瓦。


液流氧化還原電池，簡稱液流蓄電站或液流電池，被視為新興、高效，并具有廣闊發(fā)展前景的大規(guī)模電力儲能電池。經(jīng)過30多年相關技術和材料的研究與發(fā)展，液流氧化還原電池商業(yè)示范項目最多的國家是日本，主要應用在可再生能源發(fā)電、電網(wǎng)調峰、平衡負載和小型備用電站中，功率從20千萬至6兆瓦，能量效率超過70%。截至2014年年底，我國液流電池裝機容量超過1萬千瓦。

儲能技術在電力系統(tǒng)的應用

除了以上流行的儲能技術，還有一些應用比較廣泛的儲能方式。

首先是飛輪儲能，目前主要應用于為蓄電池系統(tǒng)作補充，如用于不間斷電源 / 應急電源、電網(wǎng)調峰和頻率控制。截至2014年年底，飛輪儲能總裝機容量在美國為40.5兆瓦，在加拿大為2兆瓦。其次是超級電容器，目前，美國TVA電力公司成功開發(fā)的200千瓦超級電容器儲能系統(tǒng)，主要用于大功率直流電機的啟動支撐。再次是超導電磁儲能，是利用超導體制成的線圈將電磁能直接儲存起來，需要時再將電磁能返回電網(wǎng)或其他負載。還有熱儲能，這種儲能技術在能源應用的集中供應端和用戶端都有重要應用。最后還有深冷儲能技術，可將儲熱(冷)直接用于大規(guī)模電能管理，利用空氣常壓下極低的液化點，有效解決一般儲熱技術能量密度小等問題。目前一些示范電廠與英國國家電網(wǎng)合作應用深冷儲能技術為電網(wǎng)提供各種容量需求和輔助服務。

儲能技術能否在電力系統(tǒng)中得到推廣應用，主要取決于是否能夠達到一定的儲能規(guī)模等級 , 是否具備適合工程化應用的設備形態(tài)，以及是否具有較高的安全可靠性和技術經(jīng)濟性。

安全與可靠始終是電力系統(tǒng)運行的基本要求，兆瓦級 / 兆瓦時級規(guī)模的儲能系統(tǒng)對技術的安全與可靠性提出了更高的要求，能否在此規(guī)模及更大規(guī)模下安全可靠地運行將是評價一種儲能技術能否大規(guī)模商業(yè)應用的指標之一。

未來廣泛應用于電力系統(tǒng)的儲能技術，至少需達到兆瓦級 / 兆瓦時級的儲能規(guī)模。目前，抽水蓄能、壓縮空氣儲能和電化學電池儲能可達到兆瓦級 / 兆瓦時級的儲能規(guī)模，而飛輪儲能、超導磁儲能及超級電容器等功率型儲能技術很難達到兆瓦時級。具體來說，抽水蓄能和大型壓縮空氣儲能可達到數(shù)百兆瓦級 / 數(shù)百兆瓦時級，電池儲能、不采用地下洞穴和天然氣的新型壓縮空氣儲能能夠達到兆瓦級 / 兆瓦時級。因此，由于安全可靠性高，抽水蓄能、壓縮空氣儲能和電池儲能等能量型儲能技術是大規(guī)模發(fā)展儲能技術的首選。