华北电力大学 张一工

　　1 背景

　　电是19世纪最伟大的发明之一。电的发明改变了我们的生活方式，对电的发明和应用无论怎样赞美都不会过分。但是，电能几乎不能直接储存，电力的生产、传输和消费必须同时完成，中间几乎不存在任何缓冲环节，这无疑给电力应用的经济性和安全性都带来不利的影响。将电能转换成其他能量形式进行大规模储存一直是人们不懈追求的目标，对各种储能方法的探索，从电力的开始应用的那一天就没有停止过。时至今日，多种储能方式在技术上已实用化或具有实用化前景，制约它们应用的主要原因是高昂的成本。随着风力发电、太阳能光伏发电等可再生能源发电方式的商业化和智能电网的快速发展，对储能技术的需求更加迫切。

　　2 电力系统中的储能装置

　　从电路理论的角度考虑，电感器和电容器是与电的历史一样久远的在电力系统中广泛应用的储能元件。电感或电容能够将电能转换为磁场能或电场能储存起来，并能够无损耗地（理论上）重新转换为电能。但由于常规的电感器或电容器的储能密度太低，目前主要用在无功补偿和滤波设备中，或者作为针对较高吞吐频率的小时间尺度的储能元件来应用，基本上不能满足电力系统中多数场合的储能需求。在一般概念中，并不将普通电感器或电容器作为储能设备看待。

　　目前电力系统中已实用化或具有实用化前景的储能方式主要包括：采用机械能方式储能的抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能；采用化学能方式储能的电池储能；采用物理方式储能的超级电容储能与超导储能。超级电容储能和超导储能与传统的电容器和电感器基于几乎相同的物理储能原理，但由于元件的技术进步（超级电容采用双电层原理和活性炭多孔化电极从而具有极大的大容量和储能能量密度，超导材料因没有电阻可以避免储能的损耗）产生了质的飞跃。

　　（1）抽水蓄能

　　抽水蓄能作为一种成熟的技术，已在电力系统中应用多年。抽水蓄能效率较高，运行成本低，无污染，存储能量巨大，是满足较长时间尺度储能需求的理想储能方式。特别是对目前蓬勃发展的可再生能源发电方式（主要是风力发电和太阳能光伏发电）而言，是解决其大时间尺度波动性的理想有效手段。抽水蓄能的主要问题是其建设严重受制于地理环境，理想的抽水蓄能电站站址可遇而不可求。

　　（2）压缩空气储能

　　压缩空气储能方式的储能能力目前仅次于抽水蓄能储能方式而列第二位。压缩空气储能技术成熟，是一种依附于燃气轮机的储能技术：储能时，用电能驱动压缩机将空气压缩储存于储气室内；释能时，高压空气从储气室释放，进入燃烧室膨胀做功，驱动燃气轮机-发电机组发电。由于储能能力依赖于储气室的大小，压缩空气储能往往利用天然的岩洞或废弃的矿洞充当体积巨大的储气室。如果天然条件不具备，而需要人工建造储气罐，就会大大增加建设投资。因此，与抽水蓄能储能技术类似，压缩空气储能的应用受到地理环境条件的严重制约。此外，由于压缩空气储能依附于燃气轮机技术，对燃气轮机技术的掌握程度也会对其应用有重要影响。目前，一些新的技术如液化空气储能技术、超临界压缩空气储能技术正在研发之中，如能实用化，将有效地减小对储气室体积的需求，从而改变以往对压缩空气储能技术的认识。