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随着大规模新能源的接入，新能源并网势必会对电力系统运行造成诸多影响，甚至会造成大规模的脱网事故，从而影响到新能源产业的发展。储能系统作为电力系统运行过程中继“采—发—输—配—用”五大环节后的第六环节，能有效地提高电能质量，使得电力系统变得“柔软”，极大程度上提高电力系统安全性、经济性及灵活性。本节按照储能载体技术类型，详细介绍目前常用抽水蓄能、电池储能与超级电容器储能。
抽水蓄能的工作原理是利用可逆的水泵水轮机组，在电力负荷低谷时利用多余电能将下水库中的水抽到上水库储存起来，以水力势能形成蓄能，在电力负荷高峰时再从上水库放水至下水库进行发电，将水力势能转换为需要的电能，为电网提供高峰电力。
抽水蓄能电站是电网调峰的有效手段之一，它通过水泵抽水将电网系统中的多余电能转化为上水库水的势能，当电网系统需要时，再通过水轮发电机将水的势能转化为电能，具有不同于一般发电站的工作特性。抽水蓄能电站主要由上水库、高压引水系统、抽水蓄能机组、低压尾水系统、高地和下水库组成，如图2-17所示。
抽水蓄能电站规模可以达到数百兆瓦，效率可达75%左右，建设成本大概为5000元/kW左右，具有规模大、寿命长、运行费用低等优点。按照开发方式、调节周期等不同，抽水蓄能电站可以分为各种不同的类型。其中，按开发方式可分为纯抽水蓄能电站和混合式抽水蓄能电站；按调节周期可分为日调节、周调节、季调节抽水蓄能电站。电力系统通过抽水蓄能电站的能量转换，将电能在时间上重新分配，从而在时间上和数量上协调电力系统的发电和用电。抽水蓄能电站的上、下水库水位随发电、抽水工况的转换而有所变动，能量转换的过程就是上下水库水位变化的过程，基本不耗水，但会损失部分能量。
图2-17 抽水蓄能电站工作原理示意
自1882年世界上第一座抽水蓄能电站在瑞士苏黎世建成以来，随着抽水蓄能电站设计制造和工程技术的不断发展，抽水蓄能技术已经比较成熟。抽水蓄能电站的发展规模主要与各国经济发达程度、区域负荷特性、电源结构、互联系统的调峰支援能力有关，也与建设条件、成本和电网内其他调峰方法的经济性有关。各个国家发展速度和技术水平相差较大。发达国家在核电、可再生能源与抽水蓄能配套领域已有成功经验，核电、可再生能源装机比重较大的国家，均建有一定容量的抽水蓄能电站以配套运行。
我国抽水蓄能电站发展起步较晚，地区发展不均衡，多分布在经济较为发达的东部地区和以火电为主的中部地区。从时间上看，中国抽水蓄能电站建设起步较晚，20世纪80年代末才开始第一座混流式大型抽水蓄能电站技术的研究工作，20世纪90年代中期建成了第一批大型抽水蓄能电站（如广州抽水蓄能电站一期和北京十三陵抽水蓄能电站等）。在21世纪初期，中国抽水蓄能电站迎来了第二个建设高潮。随着经济的持续发展，对电网安全稳定运行的要求越来越突出，特别是大规模新能源发展所需的调峰需求进一步提高，亟须配套调峰调频能力强、储能优势突出、经济性好、环境友好的抽水蓄能电站。
电池储能技术是将电能以化学能形式进行存储与释放的技术，根据所使用化学物质的不同，可以分为铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、液流电池等，本节对常用的锂离子电池和全钒液流电池进行介绍。
锂离子电池是目前比能量最高的电池，也是在电力系统调度中使用最多的电池，以石墨为负极、LiCoO 2 为正极为例，其充放电原理示意图如图2-18所示，其电极反应式如下：
正极
负极
总的反应
图2-18 锂离子电池充放电原理示意图
在正极中（以LiCoO
2
为例），Li
+
和
各自位于立方紧密堆积氧层中交替的八面体位置。一方面，当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极，而作为负极的石墨呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高；另一方面，当对电池进行放电时，嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极，脱出的锂离子越多，放电容量越高。
目前锂离子电池的寿命一般为5000～7000次，成本约为1000元/（kW·h），折合成使用成本约为0.7元/［（kW·h）·次］。近年来，随着锂离子电池在电动汽车、“信息家电”等领域的应用快速增长，全球锂离子电池的总体产量和市场规模得到快速提升。以锂电池为代表的储能技术在调节电力系统发输用电环节正发挥着越来越大的作用。
液流电池是由美国科学家Thallerl.h.于1974年提出的一种电化学储能技术。根据发生反应的正负极电解液材料种类，液流电池可以分为：全钒液流电池、锌溴液流电池、多硫化钠/溴液流电池、锌/镍液流电池、半液流电池等。其中，全钒液流电池，简称钒电池，是一种活性物质呈循环流动液态的氧化还原电池。其具备充放电可逆性高、循环寿命长、能量转换效率高、正负极电解质无交叉污染和容易规模化等优点。
目前，全钒液流电池系统成本为约17500元/kW、3500～3900元/（kW·h），循环寿命1万次以上，日历寿命超过10年，能量效率75%～85%。钒电池的电能是以化学能的方式存储在不同价态钒离子的硫酸电解液中，通过外接泵把电解液压入电池堆体内，在机械动力作用下，使其在不同的储液罐和半电池的闭合回路中循环流动，采用质子交换膜作为电池组的隔膜，电解质溶液平行流过电极表面并发生电化学反应，通过双电极板传导电流，从而使得储存在溶液中的化学能转换成电能。
钒属于VB族元素，化学性质活跃，呈现多种价态。全钒液流电池就是以钒离子的不同价态的溶液为电解液，使其在正负极板上发生可逆反应，得以顺利完成充电、放电和再充电过程。正极电解液由V
5+
和V
4+
离子溶液组成，负极电解液由V
3+
和V
2+
离子溶液组成，电池充电后，正极物质为V
5+
离子溶液，负极物质为V
2+
离子溶液，电池放电后，正、负极分别为V
4+
和V
3+
离子溶液，电池内部通过H
+
导电，如图2-19所示。V
5+
和V
4+
离子在酸性溶液中分别以
离子和VO
2+
离子形式存在。
图2-19 全钒液流电池工作原理示意图
全钒液流电池正负极板发生的反应式如下：
正极
负极
总的反应
国内钒电池研究情况见表2-4。
表2-4 国内钒电池研究情况
目前，全钒液流电池主要应用于对储能系统占地要求不高的大型可再生能源发电系统中，用于跟踪计划发电、平滑输出等方面，提升可再生能源发电接入电网的能力。在全钒液流电池示范工程应用中，国内外普遍面临能量效率低、成本高等问题，除此之外，国内还需要解决系统可靠性和关键材料国产化等问题。
超级电容器主要是通过极化电解质来储能，基本结构如图2-20所示。它是一种电化学元件，但是在其储能的过程并不发生化学反应，这个过程是可逆的，因此超级电容器可以进行多次反复充放电，具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点，在机电设备储能中用途十分广泛。
图2-20 超级电容器基本结构
超级电容器其实就是具有双电层原理的电容器，在其分离出的电荷中存储能量，用于存储电荷的面积越大、分离出的电荷越密集，其电容量就越大。当外加电压施加到超级电容器的两个极板上时，极板的正电极开始存储正电荷，同时负极板开始存储负电荷，在超级电容器两极板上电荷产生的电场的作用下，电解液与电极间的界面上就会形成相反的电荷，以平衡电解液内部的电场，这种正电荷与负电荷在两个不同极之间的接触面上，以正负电荷之间极短间隙排列在相反的位置。
目前双电层超级电容器成本较高，约为10000元/（kW·h），循环寿命达到10万次以上，能量转换效率大于90%。超级电容作为第三代储能装置，具有功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作温度范围宽等优点。