机械储能

机械存储系统（MSS）通常用于发电过程。三个典型的机械储能系统包括抽水蓄能（PHS），压缩空气储能（CAES），以及飞轮储能（FES）。

1.1 抽水蓄能

应用最广的机械存储系统是抽水蓄能，用于抽水电站。在水量大的季节，将一部分水泵送到高处，储存水势能，利用水自高而低的势能，带动涡轮机发电，效率一般为75%左右，俗称进4出3。这个存储系统贡献了世界大约99％的电力存储容量，大约是全球发电容量的3％。但因其依赖地势，选址较困难，且投资周期较大，加上抽蓄及线路损耗较高，因此并不能成为储能的发展趋势。

我国已先后建成潘家口、广州、十三陵、天荒坪、山东泰山、江苏宜兴、河南宝泉等一批大型抽水蓄能电站，根据水电水利规划设计总院发布的《中国可再生能源发展报告2017》，截至2017年底，中国抽水蓄能在建规模为38.51吉瓦，已建总装机容量为28.69吉瓦，是世界上抽水蓄能装机容量最大的国家。

1.2 压缩空气储能（CAES）

利用电力系统负荷低谷时的剩余电量，由电动机带动空气压缩机，压缩空气与天然气混合，膨胀，并进一步转化成混合气体，输送到燃气涡轮发电机以产生电力 ，压缩空气储能适用于大容量电力生产，但该储能方式效率较低。

空气受到压缩时温度会升高，释放膨胀的过程中温度会降低。在压缩空气过程中一部分能量以热能的形式散失，在膨胀之前就必须要重新加热，通常以天然气作为加热空气的热源，这就导致蓄能效率降低。

1.5 德国水力岩石储能技术

用圆柱体的岩石（像一个活塞一样）嵌放在形状相同的储水池中，有富余电力时（例白天有光伏发电时），泵会把水压入储水池中，此时岩石活塞就会被水压提起，即电能转化成了重力势能。而当电网需要电能供应时（例晚上无光伏发电时），闸门会打开，此时岩石活塞会下降，挤压储水池中的水流经泵来发电，此时重力势能会转化成电能。

1.6 德国水下空心混凝土球储能

直径30米，壁厚3米的混凝土球可以在几百米的深海中存储电能。

球的内空间的镶板/型芯，必须为了能让涡轮机通过相对小的空洞来从里面提取出，这样它们就可以再重复利用。解决方法是使用一种软管，用其来构成球内部的镶板/型芯，然后等混凝土球建设好后，再通过空洞抽出来。

电气储能

储能系统对于可再生能源的进一步普及至关重要，如果希望以更加环保的方式来生产和使用电能源，储能是必须要克服的障碍。

2.1超导储能（SMES）

超导磁储能装置是利用超导材料制成的线圈，由电网经变流器供电励磁，在线圈中产生磁场而储存能量，在需要时可将此能量经逆变器进回电网或作其他用途。超导储能系统大致包括超导线圈、低温系统、功率调节系统和监控系统4大部分。超导材料大致可分为低温超导材料、高温超导材料和室温超导材料。

超导体储能的优点是，利用它们可以进行局部放电，且能量密度可达到300到3000Wh/kg。此外，其不仅可以在超导体电感线圈内无损耗地储存电能，还可以通过电力电子换流器与外部系统快速交换有功和无功功率，用于提高电力系统稳定性、改善供电品质。但是超导储能的成本很高（材料和低温制冷系统），使得它的应用受到很大限制，可靠性和经济性的制约，商业化应用还比较远。

电化学储能

在各储能种类中，电化学储能是其中最瞩目、增长最快速的储能类别。根据中国化学与物理电源行业协会在大会上发布的统计报告，2018年中国电化学储能市场累计装机功率规模达到1033.7MW，首次突破GW水平，2018年复合增长率达147%。

液态金属电池内部没有使用任何固体材料制作，电池的阴极、阳极和储能元件等全部都采用融化的液体来制作。电极部分采用了液态锑和液态镁，储能元件则采用硫化钠材料制作。由于密度不同，因此几种液态金属材料彼此之间并不会混合在一起，而会像油水那样出现分层结构。

在原来使用液态锑做电极材料时，系统需要保持700°C 的高温才能够运行，经过改进后研究人员使用了锂与铅和锑的混合金属制作电极，使得工作温度降低至400~500°C。同时研究人员发现使用这种新材料电极获得了更多的益处，获得了比仅使用锑更高的电压，以及比仅使用铅更低的熔点。

研究团队表示新版本的电池能够在更低的温度下工作，具有更长的使用寿命以及更低的主体成本。在测试中发现，经过十年的日常充放电后，这种电池仍能保持初始转化效率的85%（初始转化效率约为70%）。

热储能

全球热储能市场在过去几年得到了长足的发展。2017年，热储能行业实现了36.1亿美元的市场收入，预计2023年将达到69.7亿美元。据调查研究，2018年到2023年的复合年增长率将达到11.60％。

热储能系统中，热能被储存在隔热容器的媒介中，需要的时候转化回电能，也可直接利用而不再转化回电能。热储能有许多不同的技术，可进一步分为显热储存(sensible heat storage)和潜热储存(latent heat storage)等。储热作为储能领域中非常重要的组成部分，具有低成本、寿命长、容量大、环保无污染等诸多优点，但是热储能要各种高温化学热工质，使用场合比较受限。

在美国加州拉斯维加斯西南部40英里的莫哈韦沙漠有世界上最大的太阳能热发电场，艾文帕太阳能发电系统（Ivanpah Solar Electric Generating System，ISEGS），电场由3座塔式聚光太阳能系统组成，占地面积14.2万平方千米，由美国BrightSource能源公司、NRG能源公司和Google共同参与投资，项目总计投资达22亿美元。

2010年7月，意大利建成了世界首个完全使用熔融盐传热蓄热的太阳能发电站。据介绍，这个目前发电功率为5兆瓦的太阳能热电站，主要构成部分包括面积为3万平方米的反射镜面、长达5400米的熔融盐真空管、蓄热罐、蒸发器和涡轮发电机。反射镜面将太阳能集中于真空管，加热管中流动的熔融盐，可使其温度升高到550摄氏度。熔融盐将热量传导给蒸发器，通过热交换产生高温、高压的水蒸气，最后带动涡轮发电机发电。由于完全使用熔融盐为传热介质，提高了槽式集热管的工作温度，进而大幅提高了熔融盐蓄热的能量密度。

与普通太阳能光热发电站相比，这种电站能储存稳定的能量，即使在太阳光照射强度变化大的情况下，系统仍能维持正常运转。目前全球使用大规模熔融盐蓄热的商业化运行太阳能热发电站已有4个，总发电容量20万千瓦，总熔融盐用量达12万吨，另外在建的和计划建的有10座槽式、3座塔式总共104.9万千瓦的电站将采用熔融盐大规模蓄热技术。

4.2 阿联酋 Masdar理工学院沙子储热技术2015年12月，阿联酋Masdar理工学院宣布，其研究人员已成功证明沙子可以储存太阳热能用于光热发电，存储温度可达1000℃。该研究项目名为“Sandstock”，目标是寻求开发一种可持续的低成本的依靠重力给料的太阳能接收器和存储系统，即使用沙子作为传热和储热介质。沙漠里的沙子是一种潜在的储热材料，其热稳定性和比热容在高温下的特性已经被研究证明。用廉价的沙子可以降低成本，同时，储热材料工作温度的增加意味着效率提升。

瑞典 SaltX新型盐结晶储能技术

SaltX储能系统主要由两部分构成——反应器（R）和冷凝器（C）。这两个罐体被置于真空环境中，顶端通过管道连接。在反应器中，含有嵌入矩阵的盐晶体与溶液，受热后发生化学反应。另一个罐中不含任何盐分，只有基质，用来进行液体冷凝。

反应器需要热量进行驱动，其工作温度至少为100摄氏度。热源包括光热电站镜场收集的热量、气体燃烧器的余热以及发电机运转过程中产生的废热。当输入热量达到100摄氏度后，就可将反应器中的溶液煮沸，这时，保持加热，盐晶体就会不断析出。直到晶体储存的热量达到饱和，溶液会自动流入冷凝器。值得注意的是，在蓄电过程中，一部分热量储存在盐晶体中，另一部分则作为冷凝热排出。

当热量停止供应后，储热介质盐晶体开始放热。同时，原处于真空中的冷凝器与空气接触，或与空气调节系统连接，来蒸发或煮沸罐中溶液，此时的冷凝器变成蒸发器。而溶液之所以可以在室温状态下被煮沸，因为在真空环境下，压力值接近零。

随着反应器中储存的热量不断释放，罐内温度逐渐降低，当下降到一定水平时，蒸发器中的溶液蒸汽流入反应器，遇低温冷却并与盐晶体发生反应，促进盐中的化学能量进一步释放。而蒸汽逐渐排空后，蒸发器中的温度则再次下降到冷凝器水平。整个储能系统按照上述步骤循环运行，源源不断地为后端系统提供热能。由于盐晶体和基质表面均有纳米涂层，因此将不会发生降解现象。

各种储能技术的性能比较

储能产业相关政策

近期各国储能产业相关政策主要集中在以下几个方面：在储能尚未推广或刚刚起步的国家或地区，发展储能逐渐被纳入国家战略规划，政府开始制定储能的发展路线图；在储能已具备一定规模或产业相对发达的国家或地区，政府多采用税收优惠或补贴的方式，以促进储能成本下降和规模应用（尤其是用户侧的应用）；在储能逐步深入参与辅助服务市场的国家或地区，政府通过开放区域电力市场，为储能应用实现多重价值、提供高品质服务创造平台。 

成本的不断下滑和政府的大力倡导加速了某些领域能源存储部署，然而前期较高的投入仍然是能源存储推广的障碍。为使能源存储在能源系统中全面发挥自身优点，市场和监管框架还需进一步完善。此外还必须要推行基于现有电网基础设备的区域储能系统一体化建设，扩大能源存储容量、简化审批程序、及时收集市场和技术数据。