1.2 储能技术发展现状及趋势分析

按照储能载体技术类型，大规模储能技术可以分为机械类储能（抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能等）、电气类储能（超导储能和电容储能等）、电化学储能（高温钠系电池、液流电池、铅蓄电池和锂离子电池等）以及热储能（显热储热技术、潜热储热技术、储冷技术和化学储热技术等）等。

1.2.1 机械类储能

1.压缩空气储能

压缩空气储能系统是基于燃气轮机技术发展起来的一种能量存储系统，工作原理如图1-4所示。空气经压气机压缩后，在燃烧室中利用燃料燃烧加热升温，然后高温高压燃气进入透平膨胀做功。

近年来，国内外学者相继提出了带回热的压缩空气储能系统（AA-CAES）、液态压缩空气储能系统和超临界压缩空气储能系统等多种新型压缩空气储能技术，摆脱了对化石燃料和地下洞穴等资源条件的限制，不过目前基本还处于关键技术研究突破、实验室样机或小容量示范阶段。

传统使用化石燃料并利用地下洞穴的压缩空气储能规模可以达到数百兆瓦，效率可达70%，建设成本10000元/kW。不依赖化石燃料和地理资源条件的新型压缩空气储能规模可达到数兆瓦到数十兆瓦，但目前成本较高，效率也低于60%。

目前世界上已有两座大规模压缩空气储能电站投入了商业运行。第一座是1978年投入商业运行的德国Huntorf电站，目前仍在运行中。机组的压缩机功率为60MW，释能输出功率为290MW，系统将压缩空气存储在地下600m的废弃矿洞中，矿洞总容积达3.1×10 ⁵ m ³ ，压缩空气的压力最高可达10MPa。机组可连续充气8h，连续发电2h。冷起动至满负荷约需6min，在25%负荷时的热耗比满负荷高211kJ，其排放量仅是同容量燃气轮机机组的1/3，但燃烧废气直接排入大气。该电站在1979—1991年期间共起动并网5000多次，平均可用率86.3%，容量系数平均为33.0%～46.9%。

第二座是于1991年投入商业运行的美国阿拉巴马州的McIntosh压缩空气储能电站。其储气洞穴在地下450m，总容积为5.6×10 ⁵ m ³ ，压缩空气储气压力为7.5MPa。该储能电站压缩机组功率为50MW，发电功率为110MW，可以实现连续41h空气压缩和26h发电，机组从起动到满负荷约需9min。该机组增加了回热器用于吸收余热，以提高系统效率。该电站由阿拉巴马州电力公司的能源控制中心进行远距离自动控制。

另外，日本、意大利和以色列等国也分别有压缩空气储能电站正在建设。而俄罗斯、法国、南非、卢森堡、韩国和英国也都在进行实验室研究。中国压缩空气储能技术研究起步较晚，目前尚无商业运行的压缩空气储能电站。中国科学院工程热物理研究所在国际上首次提出并自主研发出超临界压缩空气储能系统，并已建成1.5MW超临界压缩空气储能示范系统。2014年11月11日，由中国科学院、清华大学、江苏太阳宝新能源有限公司和上海电气联合承建的安徽芜湖热储能+压缩空气储能发电示范工程试运行首次成功发电。该项目是国家电网智能化示范项目，装机规模为500kW，建设的目的主要是为了验证热储能+压缩空气混合储能系统的整体效率和实际运行效果，通过示范项目的运行为日后建设大规模储能项目积累经验。

2.飞轮储能

飞轮储能结构如图1-5所示。飞轮储能具有功率密度高、使用寿命长和对环境友好等优点，其缺点主要是储能密度低和自放电率较高，目前主要用于改善电能质量、不间断电源等应用场合。近年来，国际上飞轮储能技术的开发和应用研究十分活跃，其中美国投资最多，规模最大，进展最快。国内从事飞轮研究的单位主要有北京航空航天大学和清华大学等。这两家大学合作，正在研发采用电磁轴承的飞轮储能系统，该系统采用高强度玻璃纤维/碳纤维多层复合材料的轮缘—高强度金属的轮毂、永磁直流无刷电动机/发电机、永磁悬吊式上阻尼、动压油膜螺旋槽轴承、挤压油膜下阻尼和真空密封。