作者：张抗抗
链接：https://www.zhihu.com/question/267151638/answer/2473486389
来源：知乎
著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。
 

储能技术将迎来大发展，这是不可避免的趋势。

电力处于现代能源的核心位置，以前是由发电侧-电网侧-用电侧组成的「源-网-荷」结构。

在「碳中和」指导下的电力清洁化趋势下，逐步转变成「源-网-荷-储」的结构^[1]，储能将贯穿整个电力系统：

为什么要增加「储能」这一环节？

答案很简单，作为清洁能源的主力，风电与光伏都具有很强的波动性，必须依赖储能才能实现效率发电。

用煤发电，用多少煤是由人决定，控制煤的用量就可以很大程度消除波动性。

风电光伏，风力与光照是由老天爷决定的，波动性是不可避免的^[2]，所以就需要不同时间尺度的储能手段。

储能技术有很多种，大家只需要记住3点：

• 抽水蓄能： 当前主力，未来稳定发展。受地理条件限制大。
• 电化学储能： 成本进入可行区，将快速发展。不受地理条件限制，功能灵活丰富。
• 其它储能： 技术尚未进入成熟期，或规模较小，或不太适合电力储能。

一、抽水蓄能：当打之年

抽水蓄能的原理很简单^[3]：多余的电抽到山上去，缺电时让水流下来发电。

建成之后，让人感叹祖国的大好山河^[4]：

把水抽上来，再放下去，有人说这不是脱了裤子放屁吗？

当分时电价不同时，那就不是脱了裤子放屁了。促进抽水蓄能大发展的，恰恰就是电价这只「无形的手」：电价改革要求峰谷差率超过40%的地方，价差不低于4:1，这就为抽水蓄能提供了套利空间，也提供了发展动力[1]。

抽水蓄能，说白了就是储存重力势能。前一段还有一种重力塔的「搬砖式」储能^[5]，让人有一种大开眼界的感觉。

其实就是把载体从水换成了混凝土块，降低了对地理条件的限制。除此之外，与抽水蓄能比毫无优势。我认为与电化学储能比也没优势。

2000-2020年，全球装机容量的90.3%都是抽水蓄能^[6]，可以说是当打之年、主力中的主力。

不仅当前是主力，未来也会快速发展。<抽水蓄能中长期发展规划2021-2035 年>指出^[7]：2025年比十三五翻一番，达6200万千瓦以上；2030年再翻一番，达到1.2亿千瓦左右。

咱们国家地盘大，适合建设抽水蓄能电站的地点就多。地大物博的优势，在抽水蓄能行业体现得淋漓尽至。

二、电化学储能：接力赛的下一棒

抽水蓄能无法满足风电、光伏的进一步发展，原因有三：

• 祖国山河再壮阔，适合建抽水蓄能电站的地点总是有限的。
• 风力强、光伏强的地方，附近不一定能建抽水蓄能电站（个人猜测：往往不能）。
• 智能电网不仅需要低频的储能，还需要高频的储能。

先讲讲储能的低频高频问题。我在2016年写过一篇V2G的文章，指出锂电池对电网的辅助作用，既有低频的负荷转移(Load shifting)，也有高频的负荷调频(Regulation)、旋转备用(Spinning reverse)。

电动汽车入网技术（V2G）是什么，目前有什么研究或者是应用？448 赞同 · 65 评论回答

抽水电站可以起到负荷转移的作用，但不能用于负荷调频与旋转备用。进一步地，在一个完善的智能电网中，电化学储能可以完全下图中的全部功能，而抽水蓄能只能完成其中一小部分。

电化学储能更加灵活，应用场景更广，简单举几个例子：

• 发电侧：风电、光伏发电的并网（抽水蓄能受地理条件限制不一定能建）
• 电网侧：辅助调峰调频，防止大规模停电(抽水蓄能做不到)
• 用户侧：光伏自发自储(家里没法建抽水蓄能站)

电化学储能有着良好的发展前景，但一直发展较慢，原因就是电池太贵！

电池太贵，所以建起来亏钱 → 因为亏钱，所以没人建 …… 这又是一个「鸡生蛋、蛋生鸡」的循环，谁来打破呢？

电动汽车的快速发展，使得锂离子电池的成本以不可思议地速度下降：2010-2020 年，锂电池组价格稳定下降，平均每年降价19.4%。

没想到吧，你以为自己只是买了一辆电动汽车，没想到也从电池成本的角度推动了电化学储能的发展，间接推动了光伏发电与风力发电的发展？

当锂电池成本降低到一个阈值的时候，它的爆发就不可避免了：2016-2020年的新增装机结构中，电化学储能已成了主力。

电化学储能也有很多种，既有咱们平时常听到的铅酸电池、锂离子电池（三元锂or磷酸铁锂），也有听过但还没见过的钠离子电池，还有听都没听过的液流电池和钠硫电池。

中信证券对它们的对比如下[1]：

德国TUV莱茵对它们的对比如下[6]：

概括来说有几个要点：

• 铅酸电池：日常生活中成本最低，但用在储能场景由于寿命短所以成本不低。
• 锂离子电池：当前的主流路线（由电动汽车奶起来的），磷酸铁锂由于寿命长、安全性相对好，所以比三元锂有优势。当前仍存在 一些安全技术问题，需要解决。
• 钠离子电池：不依赖稀有资源锂、更安全、更低成本，很有希望。但目前还没量产，宁德时代正在赶工，也有希望用在车上^[8]。

• 液流电池：安全性高、寿命长、规模大，在储能时长在4-10小时的储能方面占据优势^[9]。
• 其它电池：还有液态金属电池、多价金属阳离子电池、水系电池等新兴方向，目前还处于早期研究阶段[9]。

三、其它储能

其它储能，要么由于规模较小，要么由于技术不成熟，要么由于不适合风电光伏，因而尚未形成主要趋势，在此仅做简单介绍其中一些有趣的东西。

1. 氢储能

氢储能有一个大优势：液氢的长距离运输也具有经济性（将来）。作为对比，抽水蓄能、重力砖都只能在时间维度进行调节，不能在空间维度进行调节啊！

氢储能就不在本文展开了，有兴趣可以看我的这一篇文章：

大家怎么看氢储能？528 赞同 · 73 评论回答

2. 光热储能

还记得阿基米德用镜子烧毁敌船的故事吗^[10]？

敦煌也有一个「超级镜子发电站」^[11]：熔盐塔式光热电站以1.2万个镜子将光集中在260米高的吸热塔上，把储存的熔盐给加温融化储能，晚上再放热。发电功率达100兆瓦，年发电量3.9亿千瓦时。

帅呆了！旅游收入也可以很多吧？

至于优势劣势，我了解的不多，就不乱说了。

3. 压缩空气储能

优点是储能容量大、周期长、效率高、比投资小[9]；缺点是依赖地理条件[6]。个人理解与抽水蓄能的原理相似，只不过一个是储存重力热能，一个是储存高压空气的做功能力^[12]（这叫什么能来着？）。

2021年，中国完成了多个里程碑项目[9]：山东肥城10MW盐穴压缩空气储能电站，效率达60.7%；贵州毕节10MW集气装置储气压缩空气储能系统；江苏金坛60MW/300MWh盐穴压缩空气储能电站；张家港100MW压缩空气储能示范项目。

4. 飞轮储能

如果说抽水蓄能储存的是水的重力势能，那么飞轮储能储存的就是旋转体的动能。

水抽上去，自己不会渗下来，可是摩擦力会使旋转体停下来的啊(否则你就在梦境里了)！为了减少这种摩擦损失，其中一个方法就是采用磁悬浮。

2021年，华阳集团600kW全磁悬浮储能装置下线，用于深圳地铁^[13]这种高频启停的场景。汽车上也有飞轮应用，恐怕难成主流^[14]。

全文小结

• 抽水蓄能： 当前主力，未来稳定发展，25年翻番、30年再翻番达1.2亿千瓦。受地理条件限制大，因而不能完全支撑光伏与风电的发展。
• 电化学储能： 成本进入可行区，将快速发展。不受地理条件限制，不仅支撑低频应用，也支持高频应用，因此既是支持光伏与风电的主力，也是电网从「源-网-荷」结构升到为「源-网-荷-储」结构的主力。
• 其它储能： 技术尚未进入成熟期，或规模较小，或不太适合电力储能。

参考

1. ^电力设备及新能源行业储能行业场景报告. 中信证券. 2022
2. ^2021氢储能行业研究报告 东北证券
3. ^https://power.in-en.com/html/power-2396428.shtml
4. ^https://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_8642992
5. ^https://zhuanlan.zhihu.com/p/431018880
6. ^2021年储能白皮书德国莱茵TUV
7. ^https://baike.baidu.com/item/%E6%8A%BD%E6%B0%B4%E8%93%84%E8%83%BD%E4%B8%AD%E9%95%BF%E6%9C%9F%E5%8F%91%E5%B1%95%E8%A7%84%E5%88%92%EF%BC%882021-2035%E5%B9%B4%EF%BC%89/58499431?fr=aladdin
8. ^https://www.zhihu.com/question/475385710/answer/2034669976
9. ^陈海生, 李泓, 马文涛,等. 2021年中国储能技术研究进展[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(3):25.
10. ^https://www.sohu.com/a/320429406_368648
11. ^https://www.sohu.com/a/452833462_120801
12. ^https://zhuanlan.zhihu.com/p/409704283
13. ^https://www.sohu.com/a/468184321_121106854
14. ^https://zhuanlan.zhihu.com/p/135264709