储能行业调研报告内容（初稿）第壱章储能技术产品电能可以转换为势能、动能、电磁能、化学能等形态存储，按照其具体方式主要分为物理储能、电磁储能、化学储能三大类型。

物理储能是指将电能转换为势能或动能存储的方式，主要包括抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能等。

电磁储能是指直接以电磁能的方式存储电能的技术，主要包括超导电磁储能、超级电容储能等。

电化学储能是通过化学反应存储电能的方式，主要包括电池储能和制氢储能等。

图1 储能方式分类其中物理储能存在的问题是对场地和设备有较高的要求，具有地域性和前期投资大的特点。

电磁储能主要是指超导储能，主要问题是高的制造成本以及低的能量密度。

而变相储能是通过制冷或者蓄热储存能量，储能效率必然较低。

与其它几种方式相比，化学储能具有使用方便、环境污染少，不受地域限制，在能量转换上不受卡诺循环限制、转化效率高、比能量和比功率高等优点，是储能电站储能方式的可行方案。

电池储能主要包括铅酸电池、锂离子电池、钠硫电池、钒液流电池、锌空气电池、氢镍电池、燃料电池以及超级电容器，其中铅酸电池、锂离子电池、钠硫电池和液流电池是研究热点和重点。

在储存电能中，由于锂电池、镍氢电池等高能二次电池目前只适合做微型或小型可携式电源；钠硫电池需要在高温下运行，可靠性、安全性以及成本影响其商业化；铅酸电池虽然技术上已成熟，但充电放电性能与可靠性不佳、不能满足功率和容量同时兼顾的要求，且使用寿命短、污染环境等缺点限制其使用。

由此储能上更倾向于具有明显优点的氧化还原液流电池，包括多硫化钠/溴、铁/杂多酸、铁/铬、铈/钒和全钒。

铅酸电池面临严重的环保问题：我国没有形成规模的铅酸电池的回收系统，废旧电池的污染已引起政府关注。

在日本、加拿大、美国、澳大利亚、西欧等国家和地区已开始取代容量小、寿命短、污染大的铅酸电池。

锂离子电池的安全问题：锂离子电池的安全隐患使其不适合用于大规模储能系统，太阳/风能电厂，智能电网，通讯基站等。

锂离子电池产业已接近饱和，国内锂电的生产厂家有近千家，仅深圳就有200多家锂电池生产厂。

全钒液流电池容量取决于活性物质的浓度和储液槽容量，不受电池本身限制，适宜发展大规模能量储存系统；与传统的二次电池相比，其电极反应过程无相变发生，可以进行深度充放电；由于正、负极活性物质分开存储，杜绝存放过程自放电可能性；具有效率高、寿命长、价格便宜等特点。

经过优化的电池系统能量效率可达75%～85%，充放电循环次数可达13000次以上，其性能远远高于现有二次电池。

可通过更换溶液实现电池的“即时充电”，具备快速响应和超负荷工作能力，活性溶液可重复循环使用，不污染环境等众多优势。

第二章储能产品技术性能对比：电池储能技术性能比较,如下表表示钒电池与其它蓄电池的特征比较，如下表所示:成本比较第三章储能产品应用优劣分析目前已有的储能技术主要包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能、超导储能、铅酸电池、锂电池、钠硫电池、液流电池及超级电容器等。

不同的储能技术适用于不同的应用场合和领域，根据系统功率与放电时间，可以将储能技术的主要应用领域分为能源管理、电力桥接和电能品质管理三部分。

未来储能市场的发展将集中在分布式储能、分布式光伏+储能、微网等配网侧和用户侧等领域。

近年来中国储能产业在项目规划、政策支持和产能布局等方面均加快了发展的脚步，未来几年随着可再生能源行业的快速发展，储能市场亦将迎来快速增长。

不过我国储能产业还处于发展的初级阶段，尚以示范应用为主，储能商业化应用面临着储能成本偏高、电力交易市场化程度不健全、储能技术路线不成熟、缺乏储能价格有效激励等各方面的问题，可谓机遇与挑战共存。

现有的储能系统主要分为四类：机械储能、电气储能、电化学储能、热储能。

目前世界占比最高的是抽水蓄能。

产品应用场景各自优劣分析如下：一、机械储能包括抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能等。

1、抽水储能将电网低谷时利用过剩电力作为液态能量媒体的水从地势低的水库抽到地势高的水库，电网峰荷时高地势水库中的水回流到下水库推动水轮机发电机发电，效率一般为75%左右。

不足之处：选址困难，及其依赖地势;投资周期较大，损耗较高，包括抽蓄损耗+线路损耗，未来技术发展趋势为抽水储能电站流体机械的设计、复杂地质条件下高坝的施工和支护，以及抽数储能机械的国产化方向。

2、压缩空气储能压缩空气蓄能是利用电力系统负荷低谷时的剩余电量，由电动机带动空气压缩机，将空气压入作为储气室的密闭大容量地下洞穴，当系统发电量不足时，将压缩空气经换热器与油或天然气混合燃烧，导入燃气轮机作功发电。

适用于大规模风场储能应用。

目前只有德国和美国有投运的压缩空气储能站，国家电网公司已立项研究10MW压缩空气储能。

不足之处：效率较低。

原因在于空气受到压缩时温度会升高，空气释放膨胀的过程中温度会降低。

还有需要大型储气装置、一定的地质条件和依赖燃烧化石燃料。

未来技术发展趋势为复杂压缩机、高负荷轴流膨胀技术及现金的压缩空气储能装置的集成控制技术的发展。

3、飞轮储能飞轮储能是利用高速旋转的飞轮将能量以动能的形式储存起来。

需要能量时，飞轮减速运行，将存储的能量释放出来。

难点在于根据不同的用途开发不同功能的新产品，因此飞轮储能电源是一种高技术产品但原始创新性并不足，这使得它较难获得国家的科研经费支持。

飞轮储能多用于工业和UPS中，适用于配电系统运行，以进行频率调节,可用作一个不带蓄电池的UPS，当供电电源故障时，快速转移电源，维持小系统的短时间频率稳定，以保证电能质量(供电中断、电压波动等)，飞轮储能最适合高功率、短时间放电或频繁充放电的储能需求。

不足之处：能量密度不够高、自放电率高，如停止充电，能量在几到几十个小时内就会自行耗尽，只适合于一些细分市场，比如高品质不间断电源等。

未来技术发展趋势为新型飞轮储能系统、储能整列与大型发电机组协调控制技术的研究，以及大容量飞轮储能系统在不同电力系统中的耦合控制技术发展趋势。

二、电气储能1、超级电容器储能用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的电容量。

与利用化学反应的蓄电池不同，超级电容器的充放电过程始终是物理过程。

充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保。

用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的电容量。

与利用化学反应的蓄电池不同，超级电容没有太复杂的东西，就是电容充电，其余就是材料的问题，目前研究的方向是能否做到面积很小，电容更大。

超级电容器的发展还是很快的，目前石墨烯材料为基础的新型超级电容器，非常火。

不足之处：和电池相比，其能量密度导致同等重量下储能量相对较低，直接导致的就是续航能力差，依赖于新材料的诞生。

未来技术发展趋势为高能量密度和高功率密度超级电容研制以及高比电容、搞工作电压、大比功率密度长循环寿命的电极材料的研发与制备技术的发展。

2、超导储能利用超导体的电阻为零特性制成的储存电能的装置。

超导储能系统大致包括超导线圈、低温系统、功率调节系统和监控系统4大部分。

能量以超导线圈中循环流动的直流电流方式储存在磁场中。

不足之处：成本高(包括材料和低温制冷系统)，由于其格昂贵和维护复杂，虽然已有商业性的低温和高温超导储能产品可用，在电网中应用很少，大多是试验性的。

未来技术发展趋势为高效低温制冷技术及在线管理技术的发展。

三、电化学储能化学储能主要包括铅酸电池、锂离子电池、钠硫电池、镍氢电池、钒液电池等。

1、铅酸电池电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液的蓄电池。

目前在世界上应用广泛，循环寿命可达 1000 次左右，效率能达到 80%-90%，性价比高，原料易得，价格相对低廉；高倍率放电性能良好；温度性能良好，可在-40-60℃的环境下工作;适合于浮充电使用，使用寿命长，无记忆效应;废旧电池容易回收，有利于保护环境。

常用于电力系统的事故电源或备用电源。

不足之处：如果深度、快速大功率放电时，可用容量会下降。

其缺点是能量密度低，寿命短，比能量低，一般30-40Wh/kg;使用寿命不及Cd/Ni电池;制造过程容易污染环境，必须配备三废处理设备。

未来技术发展趋势为主要集中在电池材料的制备技术、电池管理与温度控制技术的发展2、锂离子电池由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。

主要应用于便携式的移动设备中，其效率可达95%以上，环次数可达5000次或更多，响应快速。

比能量高;电压平台高;循环性能好;无记忆效应;环保，无污染，目前来说用的最多。

近年来技术也在不断进行升级，正负极材料也有多种应用。

目前是最好潜力的电动汽车动力电池之一。

不足之处：存在价格高、过充导致发热、燃烧等安全性问题，需要进行充电保护。

锂电池产品安全事故案例很多。

如：近期韩国灵岩风力发电厂的ESS设备发生火灾，造成706㎡规模电池建筑和3500块以上锂电池全部烧毁；比亚迪汽车锂电池安全事故频发等。

未来技术发展趋势为电化学体系优化技术的发展和电池热安全管理技术的发展。

3、钠硫电池以金属钠为负极、硫为正极、陶瓷管为电解质隔膜的二次电池。

循环周期可达到4500次，放电时间6-7小时，周期往返效率75%，能量密度高，响应时间快，高比能量(理论760wh/kg;实际390wh/kg);高功率(放电电流密度可达200~300mA/cm2);充电速度快(充满30min);长寿命(15年;或2500-4500次);无污染，可回收(Na，S回收率近100%);无自放电现象，能量转化率高，目前在日本、德国、法国、美国等地已建有200 多处此类储能电站，主要用于负荷调平，移峰和改善电能质量。

日本的NGK公司是世界上唯一能制造出高性能的钠硫电池的厂家。

不足之处：因为使用液态钠，运行于高温下，容易燃烧，工作温度高，其工作温度在300-350度，电池工作时需要一定的加热保温，启动慢;价格昂贵，万元/每度;安全性差。

未来技术发展趋势为低成本的电极材料的研制和制备、新型水系钠基储能技术的发展。

4、镍氢电池与铅酸电池比，能量密度有大幅度提高，重量能量密度65Wh/kg，体积能量密度都有所提高200Wh/L;功率密度高，可大电流充放电;低温放电特性好;循环寿命(提高到1000次);环保无污染;技术比较锂离子电池成熟。

不足之处：正常工作温度范围-15-40℃，高温性能较差;工作电压低，工作电压范围1.0-1.4V；价格比铅酸电池、镍氢电池贵，但是性能比锂离子电池差。

　5、液流电池(钒电池) 和铅酸电池、镍氢电池等相比，在性能和成本上具有明显技术优势，主要表现在：（1）电池自放电很小（年自放电低于10%），充放电转化效率高（电流效率90%）；充放电承受能力强，可多次深度充放电，特别适用于需要快速充电和大电流放电的场合，充放电过程没有复杂的固相反应及不出现在一般电池体系中经常发生的活性物质脱落和短路现象。