不同类型的储能系统及其市场机遇

如今在能源领域中有各种不同类型的储能技术，随着储能技术成为全球未来能源系统的关键组成部分，越来越多的新兴储能技术正在出现。

随着用户对储能需求的增长，并且需求变得更加具体，以及储能开发商致力开发更先进的技术和材料进行创新，储能解决方案的应用范围也随之增加。

随着可变风能力发电和太阳能发电的增长、电力系统的分散以及提高电网弹性的需求，储能系统的应用在地理上变得更加广泛和多样化。

风力发电和太阳能发电量取决于天气，并且可能会在很短的时间范围内发生变化。而可再生能源的发电时间可能与电力需求的时间并不匹配。例如太阳能发电设施的峰值发电期间通常在白天，但电力需求峰值期间通常在晚上。

住宅太阳能和电动汽车的发展是另一个挑战，导致电网中出现双向电力流动，并且需要避免电网的局部拥塞，例如多辆电动汽车同时进行充电。在这种情况下，储能系统可以支持推迟对电网升级或改造的投资。

因此需要部署更多的储能系统。而储能系统的范围很广泛，从对电网的接近实时和日常管理的快速响应选项，到满足不可预测的每周变化和供需的季节性变化而提供的持续更长放电时间的选项。

其关键用例包括诸如电能质量管理和负载平衡等服务，以及用于电网停电管理的备用电源。

储能系统的类型基本上可以分为五种：电池储能系统、热储能、机械储能、抽水蓄能、氢储能。

1、电池

电池储能系统是最古老、最常见且可广泛使用的储能技术，是一种电化学技术。

如今有很多种电池技术，在便携式电子设备和车辆使用的电池是锂离子电池和铅酸电池。其他类型的电池还有镍镉电池和钠硫电池，而锌空气电池正在兴起。

另一类是采用液体电解质的液流电池，其中包括钒氧化还原液流电池、铁铬液流电池和锌溴液流电池。

超级电容器虽然不是电池，但也可以归类为电化学技术。

2、热储能

热储能本质上涉及固体、液体或空气中的热量的捕获和释放，并可能涉及储能介质状态的变化，例如从气体到液体或从固体到液体，反之亦然。

热储能技术包括熔融盐储能系统和液态空气储能系统或低温储能系统。熔融盐储能系统已在集中式太阳能热发电的商业应用中崭露头角，而一些热储能技术可能会受到地理方面限制，例如需要大型地下洞穴进行储能。

3、机械储能

机械储能系统可以说是一种原理最简单的储能技术，它利用旋转重物或重物本身的重力来存储能量。其主要选择是通过飞轮和压缩空气系统进行储能，而重力储能是一项新兴储能技术，正在开发各种应用场景。

4、抽水蓄能

基于大型水库的抽水蓄能设施在过去的100多年中得到了广泛的应用，成为全球最常见的一种电网规模的储能形式。

抽水蓄能设施就是将下游水库的水用泵抽到上游水库.在上游水库中蓄水，当水释放到下游水库时，就会释放出能量。

5、氢储能

氢储能技术如今正在兴起，它将通过电解技术将水转化为氢气。生产的氢气可以用于运输、工业或住宅行业的应用，或者为天然气发电设施提供补充或进行替代。

选择最佳的储能技术

那么哪一种是最好的储能技术？每种不同的储能技术都有更适合的应用场合，因此在选择储能技术时需要考虑这些应用场合。

电池储能系统必须评估的关键问题是充放电曲线以及储能容量和潜在的可扩展性。除了储能成本之外，在成本效益分析中还需要考虑到电池性能退化开始之前的充放电频率和预期寿命。

下图表明，超级电容器在亚分钟级别的应用中是主要的选择。



锂离子电池成本已经快速下降，而且预计在未来还会继续下降，这使得电池储能系统成为目前持续放电时间最长需要几个小时以及小型住宅和电动汽车应用的主要选择。但随着要求增加更长的持续放电时间，可供选择的储能技术将转向热储能、机械储能或抽水蓄能技术，未来将转向氢气储能。

未来零碳系统中的储能技术

如今，所有储能技术都在进行创新，以提高效率和降低成本。例如，石墨烯等新材料以及基于纳米级概念的其他材料为超级电容器和热储能技术方面提供了新的效率水平。

浮动式太阳能发电设施等可再生能源的整合有望改善抽水蓄能设施的价值和经济性。其规模经济应该进一步降低成本。

展望2050年的净零能源系统，国际机构能源转型委员会在其规划文件中预计，其中三种储能技术可能赢得更多的成功，尽管不排除其他储能技术，其最佳组合将取决于个别用例、市场和其他情况。

这三种储能技术分别是用于短时储能的锂离子电池储能系统，用于长时储能的抽水蓄能设施和氢储能设施。

欧盟委员会指出，到2040年，锂离子电池储能系统在持续放电时间较短的应用中起到非常重要作用；而持续放电时间短、放电频率高的飞轮储能来说发挥的作用有限；抽水蓄能设施适用于16～60个小时的长时储能应用；压缩空气的持续放电时间时间更长，而燃料电池中的氢气在持续放电时间最长的应用将发挥主要作用。