現有的儲能系統主要分為五類:機械儲能、電氣儲能、電化學儲能、熱儲能和化學儲能。目前世界占比最高的是抽水蓄能,其總裝機容量規模達到了127GW,占總儲能容量的99%,其次是壓縮空氣儲能,總裝機容量為440MW,排名第三的是鈉硫電池,總容量規模為316MW。
一、機械儲能
包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能和飛輪儲能等。
1、抽水儲能
將電網低谷時利用過剩電力作為液態能量媒體的水從地勢低的水庫抽到地勢高的水庫,電網峰荷時高地勢水庫中的水回流到下水庫推動水輪機發電機發電,效率一般為75%左右
不足之處:選址困難,及其依賴地勢;投資周期較大,損耗較高,包括抽蓄損耗+線路損耗。
2、壓縮空氣儲能
壓縮空氣蓄能是利用電力系統負荷低谷時的剩余電量,由電動機帶動空氣壓縮機,將空氣壓入作為儲氣室的密閉大容量地下洞穴,當系統發電量不足時,將壓縮空氣經換熱器與油或天然氣混合燃燒,導入燃氣輪機作功發電。
不足之處:效率較低。原因在于空氣受到壓縮時溫度會升高,空氣釋放膨脹的過程中溫度會降低。還有需要大型儲氣裝置、一定的地質條件和依賴燃燒化石燃料。
3、飛輪儲能
飛輪儲能是利用高速旋轉的飛輪將能量以動能的形式儲存起來。需要能量時,飛輪減速運行,將存儲的能量釋放出來。
不足之處:能量密度不夠高、自放電率高,如停止充電,能量在幾到幾十個小時內就會自行耗盡。
二、電氣儲能
1、超級電容器儲能
用活性炭多孔電極和電解質組成的雙電層結構獲得超大的電容量。與利用化學反應的蓄電池不同,超級電容器的充放電過程始終是物理過程。充電時間短、使用壽命長、溫度特性好、節約能源和綠色環保。
不足之處:和電池相比,其能量密度導致同等重量下儲能量相對較低,直接導致的就是續航能力差,依賴于新材料的誕生。
2、超導儲能
利用超導體的電阻為零特性制成的儲存電能的裝置。超導儲能系統大致包括超導線圈、低溫系統、功率調節系統和監控系統4大部分。
不足之處:成本高(包括材料和低溫制冷系統)
三、電化學儲能
主要包括鉛酸電池、鋰離子電池、鈉硫電池等。
1、鉛酸電池
電極主要由鉛及其氧化物制成,電解液是硫酸溶液的蓄電池。目前在世界上應用廣泛,循環壽命可達 1000 次左右,效率能達到 80%-90%,性價比高。
不足之處:如果深度、快速大功率放電時,可用容量會下降。其缺點是能量密度低,壽命短。
2、鋰離子電池
由鋰金屬或鋰合金為負極材料、使用非水電解質溶液的電池。主要應用于便攜式的移動設備中,其效率可達95%以上,環次數可達5000次或更多,響應快速。
不足之處:存在價格高、過充導致發熱、燃燒等安全性問題,需要進行充電保護。
3、鈉硫電池
以金屬鈉為負極、硫為正極、陶瓷管為電解質隔膜的二次電池。循環周期可達到4500次,放電時間6-7小時,周期往返效率75%,能量密度高,響應時間快。
不足之處:因為使用液態鈉,運行于高溫下,容易燃燒。
四、熱儲能
熱儲能系統中,熱能被儲存在隔熱容器的媒介中,需要的時候轉化回電能,也可直接 利用而不再轉化回電能。熱儲能又分為顯熱儲能和潛熱儲能。
不足之處:熱儲能要各種高溫化學熱工質,用用場合比較受限。
五、化學類儲能
利用氫或合成天然氣作為二次能源的載體,利用多余的電制氫,可以直接用氫作為能量的載體,也可以將其與二氧化碳反應成為合成天然氣(甲烷)。
不足之處:全周期效率較低,制氫效率僅40%,合成天然氣的效率不到35%。
一、機械儲能
包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能和飛輪儲能等。
1、抽水儲能
將電網低谷時利用過剩電力作為液態能量媒體的水從地勢低的水庫抽到地勢高的水庫,電網峰荷時高地勢水庫中的水回流到下水庫推動水輪機發電機發電,效率一般為75%左右
不足之處:選址困難,及其依賴地勢;投資周期較大,損耗較高,包括抽蓄損耗+線路損耗。
2、壓縮空氣儲能
壓縮空氣蓄能是利用電力系統負荷低谷時的剩余電量,由電動機帶動空氣壓縮機,將空氣壓入作為儲氣室的密閉大容量地下洞穴,當系統發電量不足時,將壓縮空氣經換熱器與油或天然氣混合燃燒,導入燃氣輪機作功發電。
不足之處:效率較低。原因在于空氣受到壓縮時溫度會升高,空氣釋放膨脹的過程中溫度會降低。還有需要大型儲氣裝置、一定的地質條件和依賴燃燒化石燃料。
3、飛輪儲能
飛輪儲能是利用高速旋轉的飛輪將能量以動能的形式儲存起來。需要能量時,飛輪減速運行,將存儲的能量釋放出來。
不足之處:能量密度不夠高、自放電率高,如停止充電,能量在幾到幾十個小時內就會自行耗盡。
二、電氣儲能
1、超級電容器儲能
用活性炭多孔電極和電解質組成的雙電層結構獲得超大的電容量。與利用化學反應的蓄電池不同,超級電容器的充放電過程始終是物理過程。充電時間短、使用壽命長、溫度特性好、節約能源和綠色環保。
不足之處:和電池相比,其能量密度導致同等重量下儲能量相對較低,直接導致的就是續航能力差,依賴于新材料的誕生。
2、超導儲能
利用超導體的電阻為零特性制成的儲存電能的裝置。超導儲能系統大致包括超導線圈、低溫系統、功率調節系統和監控系統4大部分。
不足之處:成本高(包括材料和低溫制冷系統)
三、電化學儲能
主要包括鉛酸電池、鋰離子電池、鈉硫電池等。
1、鉛酸電池
電極主要由鉛及其氧化物制成,電解液是硫酸溶液的蓄電池。目前在世界上應用廣泛,循環壽命可達 1000 次左右,效率能達到 80%-90%,性價比高。
不足之處:如果深度、快速大功率放電時,可用容量會下降。其缺點是能量密度低,壽命短。
2、鋰離子電池
由鋰金屬或鋰合金為負極材料、使用非水電解質溶液的電池。主要應用于便攜式的移動設備中,其效率可達95%以上,環次數可達5000次或更多,響應快速。
不足之處:存在價格高、過充導致發熱、燃燒等安全性問題,需要進行充電保護。
3、鈉硫電池
以金屬鈉為負極、硫為正極、陶瓷管為電解質隔膜的二次電池。循環周期可達到4500次,放電時間6-7小時,周期往返效率75%,能量密度高,響應時間快。
不足之處:因為使用液態鈉,運行于高溫下,容易燃燒。
四、熱儲能
熱儲能系統中,熱能被儲存在隔熱容器的媒介中,需要的時候轉化回電能,也可直接 利用而不再轉化回電能。熱儲能又分為顯熱儲能和潛熱儲能。
不足之處:熱儲能要各種高溫化學熱工質,用用場合比較受限。
五、化學類儲能
利用氫或合成天然氣作為二次能源的載體,利用多余的電制氫,可以直接用氫作為能量的載體,也可以將其與二氧化碳反應成為合成天然氣(甲烷)。
不足之處:全周期效率較低,制氫效率僅40%,合成天然氣的效率不到35%。