浅谈物理储能技术

【专题 | 「储能」储能产业链_中国储能行业市场发展现状与前景】

　　摘要：近些年来由于海平面升高，温室效应的原因，我国经济从追求高速发展变为高质发展，对国内的产业进行调整和升级，传统的石化能源已经不能满足我们的需求，其次由于我国人口众多，使得我国的能源消费高居不下。鉴于此，新兴可再生的清洁能源被带入大众视线，得到了政策的支持，飞速发展。我国最先发展起来的技术是水电，其次，太阳能、风能以及核能紧随其后。在清洁能源大放异彩的同时，它们的储存技术也是一项重要的产业。

　　不同的清洁能源的储存方式，由于其本身的形式、地域、利用形式不尽相同，所以它们的储存技术、储存形式、转换效率、技术成熟度以及储存规模不尽相同。从需不需要改变能源本身的状态及价态，可以将储能技术分为物理储能和化学储能。抽水储能、压缩空气储能以及飞轮储能等不改变物质的本身状态的方式归结为物理储能;锂离子电池、太阳能电池、铅酸电池以及超级电容器等，利用一定的化学手段将可再生资源转化为电力或其他可供人们使用的能源称之为化学储能。本文我们物理储能技术的现状进行了简单梳理。

　　抽水蓄能

　　我国在抽水蓄能上的应用位居世界前沿。据2018年初的数据统计，我国在蓄能水电站的总装备容量、运行规模、使用寿命以及循环使用次数都是居世界第一。在众多清洁能源的应用中，蓄能水电站占龙头位置，是一种相对成熟的储能方式。由于我国的能源需求量大，并且相较于发达发达国家，我国的抽水蓄能起步较晚，未来还有很大的发展空间。目前，国内对蓄能水电站的研究主要从两个方向出发：(1)变速抽水蓄能机组，其中包括交流励磁变速抽水蓄能机组和阀控变频抽水蓄能机组。(2)可逆式水泵水轮机：将泵和水轮机合并为一体，形成一种新型的抽水蓄能机组结构。

　　压缩空气储能

　　压缩空气储能(Compressed Air Energy Storage , CAES)由于其很高的转化效率(一般在75%左右)较长的使用寿命(平均使用寿命在30~50年)，成本较低，也是清洁可再生能源的佼佼者。然而，空气压缩技术需要对场地使用有严格的要求，尤其依赖于废弃的矿井和山洞等，导致它的使用没有抽水蓄能应用广泛。由此，压缩空气储能的研发方向主要为发张新型的压缩空气储能系统，从而规避其对场地过度依赖的特性。目前研究的方向主要从空气的物理性质出发，通过温度、压力、物理形态、导电性等方面研究。如：等温压缩空气储能系统、液态空气储能系统、绝热压缩空气储能系统等。

　　飞轮储能

　　飞轮储能关键技术：该技术安全可靠并且支持高速运行的轴承，而且还可以在特殊条件下承受高速旋转重力的转子设计以及材质的要求。所以，飞轮技术有很强的应用市场。飞轮技术最重要的问题在于最大程度的利用功率和能量之间的转换关系。结合飞轮磁轴承的自身物理特性、转化成型的转子形状、运行的转速以及材质等条件设计出合理的飞轮，使其功率与能量之间的转换更加的合理。影响飞轮储能系统的技术主要因素为FES的储能容量、自放电率。但是随着磁悬浮超导技术以及单体并联技术的发展。飞轮储能技术的能量密度和自放电率等都会有很大的提升。随着现代社会电子控制技术的突飞猛进，飞轮储能技术将不仅仅是局限于柴油发电机以及老式的PUS不间断电源的应用，它将会会作为独立的储能单元，成为大电网、微网以及局网的双向电源系统中不可或缺的部分。

　　结语

　　储能技术在未来市场前景将是非常的广阔，特别是在可再生清洁能源储能技术这个方面。本文综合对抽水蓄能、压缩空气蓄能以及飞轮储能这三种储能技术的阐述，可以看出，目前而言，抽水蓄能在物理储能领域的应用最广泛，市场占有率最高，在空气压缩的技术瓶颈突破后将会进一步扩大其在市场占有率，成为一个新兴的清洁能源趋势。