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我国储能技术专利申请在96年之前增长缓慢，主要是由于缺乏与国际的技术交流，以及本身发展缓慢造成，加入WTO之后，国外企业与研究机构意识到中国已经成为国际储能领域的重要市场，纷纷在国内申请专利技术，国内自主研发申请的专利比重曾一度降至最低点。但随着近年来国内新能源、智能电网、电动汽车技术的不断进步，技术创新能力不断提高，国内企业与研究机构申请的专利比重逐年增加。

图2 我国先进储能专利逐年申请情况

3 储能技术的分类

3.1飞轮储能[7,8]

飞轮储能是指驱动电机带动飞轮旋转将电能以机械能的形式储存起来，在整个电能的存储和释放过程中都利用了电力电子转换技术。飞轮储能密度的大小是由飞轮转子转速大小决定的。以目前的最好的碳素纤维复合材料来说，这种材料的飞轮转子可以承受的最大线速度达到 1000m/s 以上，储能密度可达到 230Wh/kg，预计正在研制的熔融石英材料的飞轮储能密度可达到 800Wh/kg，碳纳米管材料将使飞轮的储能密度提高到 2700Wh/kg。随着超导块材的发展，采用超导磁悬浮轴承的飞轮储能可以将轴承的摩擦系数降低到10-7，储能能量密度和效率都得到了很大的提高。

飞轮储能的主要优点有：

1)储能密度高;比超导磁储能、超级电容器储能和一般的蓄电池都要高。

2)充放电时间短，且无过充放电问题，寿命长;飞轮储能充电只需要几分钟，

而不像化学电池需要几个小时的充电时间。飞轮储能系统的寿命主要取决于其电力电子的寿命，一般可达到 20 年左右。

飞轮储能技术广泛应用的主要瓶颈有：

a) 技术成本相对于蓄电池来说比较高;

b) 轴承材料还有待进一步的突破;

c) 自放电现象很严重。

3.2超导磁储能(SMES)[7]

SMES 是指利用超导线圈绕制的电感来储存电能，因为超导的零电阻特性使其具有超过常导 2个数量级的通流能力，所以SMES具有比较大的储能密度，能量密度可达 108J/m3量级，而且通过直流电流时没有焦耳损耗。在 SMES 中超导线圈的能量是以直流形式存储，参与电网的功率调节是通过变流器实现与电网的能量交换的方式。SMES 装置一般由超导磁体及低温杜瓦、变流系统、制冷设备和测控系统四个主要部件组成。

相比其他储能 SMES 具有以下几个特点：

(1)响应速度快，可以达到 1~5ms，这是其他的储能达不到的响应速度，这样对电网发生的故障可以很快做出反应，进行功率的补偿;

(2)通过变流器可以进行四象限可控的功率交换，并可以同时进行有功和无功的交换;

(3)可以短时间输出很高的功率，能量损失小，系统效率高;输出的功率密度很高，由于没有直流电阻引起的焦耳热，能量效率很高，理想可以达到 95%以上。

目前 SMES 广泛应用的主要问题关键还在于超导材料的突破，包括材料的性能和成本等;以及低温制冷技术的进步。

3.3超级电容器

普通电解电容器由于材料和容量原因，其存储能量过小，所以不能用作大的储能应用。超级电容器的存储容量可以达到普通电容器103倍以上。由于超级电容器自身的双电层和内阻较大的特点，使其具有很高的功率密度和较长的循环寿命。与蓄电池和普通电容器相比，超级电容器的特点主要体现在：

1)功率密度很高：可达102~l05W/kg，远超过现有蓄电池的功率密度水平;

2)循环寿命较长：在上万次很短时间的高速深度循环后，超级电容器的性能依然变化很小，容量和内阻仅降低 10%~20%;

3)工作温度范围：由于超级电容器中离子的吸脱附速度在低温下变化很小，市场上商业化超级电容器的工作温度范围可达-30~60℃;

4)绿色环保：在超级电容器的生产过程中避免了使用重金属等有害的化学物质，因而是一种新型的绿色环保储能装置。

目前超级电容器的应用比较广泛，但在使用安全和稳定上还有待加强。

3.4蓄电池储能

在电网中应用的储能蓄电池主要有铅酸电池、钠硫电池和液流电池。原理都是将电能转化为化学能储存起来，等需要时再将化学能转化为电能来使用。铅酸蓄电池发展使用的时间比较长，技术也较成熟，并逐渐进入以密封型免维护产品为主的阶段，而且成本较低，能量密度则在各类电池中处于适中水平。在环境影响上，基于密封阀控型的铅酸电池也具有较高的运行可靠性，只是能量密度较一般，其劣势已不甚明显。

但是相比铅酸电池，钠硫电池和液流电池具有其它化学电池不具备的优点：

1)存储容量更大，可以达到几百千瓦甚至上兆瓦，是普通铅蓄电池的8~10倍;

2)钠硫电池和液流电池无污染，不会对环境有影响;

3)寿命高，稳定性好。

缺点就是工作环境需要较高温度，达 300℃~500℃，技术还有待进一步完善。

3.5 其他储能方式[9]

其他储能方式包括抽水蓄能、压缩空气储能(compressed air energy storage，CAES)、蓄热和蓄冷储能等。抽水蓄能电站必须配备上、下两个水库，对建站地点要求苛刻，但是运行简单，可靠且使用期较长[10]。CASE电站建设投资和发电成本均低于抽水蓄能电站，寿命长，响应速度快，但其能量密度低，并受岩层等地形条件的限制[11]。热能存储常和STES(solar thermal electric steam)电厂结合起来，这种储能方式比较可靠，成本相对低廉。蓄冷常见的主要是水蓄冷和冰蓄冷，转换效率分别为90%和80%。水蓄冷优点是不改变制冷机的空调工况，但水的蓄冷密度(33.4kJ/kg)，所需蓄冷池体积大，冷量损耗也大。冰蓄冷相变潜热为334.4kJ/kg，容积大幅减小，这种系统运行管理方便，能为系统提供2℃~4℃的冷冻水，主要缺点是需要较大的制冷量[12]。

表 1.1 几种主要储能技术的动态响应特性

关键词： 分布式电源 电网 储能 技术综述