1.3 技术链构成

从技术原理分类，新型储能技术包括电化学储能、氢储能、机械储能、电磁储能、储热（冷）等五大本体技术，以及能源电子技术、储能系统集成技术、电化学储能电站安全技术等三大规模化支撑技术。

1.电化学储能

电化学储能是利用化学元素作储能介质，通过化学反应将化学能和电能进行相互转换来存储能量，根据电池材料不同主要可分为锂离子电池、钠离子电池、固态电池、铅炭电池、钠硫电池、液流电池等形式。一方面，电化学储能的能量密度与能量转换效率较高，且响应速度较快，能够有效满足电力系统调峰调频需求；另一方面，其功率和能量可根据不同应用需求灵活配置，几乎不受外部气候及地理因素的影响。以功能分类，电化学储能可分为三种：容量型储能（能量长时存储）、能量型储能（高能量输入/输出）、功率型储能（瞬间高功率输入/输出）。容量型储能和能量型储能需要满足小时级以上的放电需求，适用于新能源发电侧的消纳、用户侧的峰谷价差套利等，未来趋势是容量不断扩大、成本降低。对于能量型储能项目而言，电池系统的容量增大将带来项目产热量的提升，储能温控的需求及重要性将随之上升。功率型储能需要满足大功率放电需求，适用于电网侧调峰调频场景，未来趋势是电池高倍率化。火电机组联合调频、电网侧储能调频辅助服务等场景，要求储能电池满足高倍率充放电的需求，实现分钟级、秒级，甚至毫秒级功率调节的能力，快速响应负荷变化。新能源发电项目装机量的增加将加大电网侧调峰调频的需求，电池高倍率化驱使储能系统的功率密度不断提高，因而发热量亦将不断增大，储能温控的需求及重要性亦将随之上升。电化学储能技术链如图1.3-1所示。

2.氢储能

氢储能主要是指利用氢作为二次能源的载体。利用待弃掉的风电制氢，通过电解水将水分解为氢气和氧气，并以一定形式存储氢气，后续可直接用氢作为能量的载体。氢储能分为广义氢储能和狭义氢储能。狭义氢储能是指“电—氢—电”模式，即利用富余的、非高峰的或低质量的电力（如风光电、谷电等）来大规模制氢，将电能转化为氢能存储起来，然后再在电力输出不足时利用氢气通过燃料电池或其他方式转换为电能输送上网，发挥电力调节的作用。制氢技术包括碱性电解水制氢、质子交换膜电解水制氢、固体氧化物电解水制氢等。储氢技术包括高压气态储氢、低温液态储氢、固态储氢、有机液态储氢等。氢能向电能的转化通过燃料电池技术，包括质子交换膜燃料电池（PEMFC）技术、固体氧化物燃料电池技术等。广义氢储能是指“电—氢—X”模式，X指交通、化工和钢铁等领域，此时氢能不再重新上网发电，而是直接应用于其他场景。相较于狭义氢储能“电—氢—电”的两次能量转换，广义氢储能的经济性更好。氢储能技术链如图1.3-2所示。

3.机械储能

机械储能的应用形式主要包括压缩空气储能、飞轮储能。压缩空气储能是以压缩空气为载体实现能量存储和利用的一种储能技术。电网负荷低谷期，电能驱动压缩机从环境中吸取空气，将其压缩至高压状态后存入储气装置，电能在该过程中被转化为压缩空气的内能和势能；电网负荷高峰期，储气装置中存储的压缩空气进入空气膨胀机中膨胀做功发电，具有容量大、寿命长、单位成本低、经济性好等优势，在系统能效得到进一步提升后，有望成为继抽水蓄能后第二大适合GW级大规模、长时储能的技术。压缩空气储能技术主要包括绝热压缩空气储能技术、液态压缩空气储能技术、超临界压缩空气储能技术等。飞轮储能是一种机电能量转换与存储装置，由飞轮电机本体、储能变流器及控制系统等组成。充电时，外部电能经储能变流器转换，驱动控制飞轮电机作为电动机加速旋转，飞轮存储动能；放电时，飞轮电机作为发电机运行，转速降低将动能转换为电能输出。飞轮储能具有寿命长、充电时间短、功率密度大、转换效率高、维护简单等优点，但储能密度低，目前主要用于电力调频领域。机械储能技术链如图1.3-3所示。

4.电磁储能

电磁储能包括超级电容器储能和超导磁储能，在功率密度、倍率性能和循环寿命方面优势巨大，能够平滑电网低频功率振荡，改善电压和频率特性。目前超导磁储能还处于实验室阶段，超级电容器已经被广泛应用于车辆起动电源、脉冲电源、电力调频等领域。超级电容器介于电池和电容之间，是将电能存储于电场中的一种储能形式，是通过电极与电解质之间形成的界面双层来存储能量的新型器件。超级电容器在充放电过程中几乎不发生化学反应，具有功率密度高（100W/kg）、循环寿命超长（100万次）、工作温域宽（-40～80℃）等优点。超导磁储能装置是利用超导体的电阻为零特性制成的将电能转化为磁能存储的装置，其不仅可以在超导体电感线圈内无损耗地存储电能，还可以通过电力电子换流器与外部系统快速交换有功和无功功率，用于提高电力系统稳定性、改善供电品质。超导磁储能响应速度快、功率密度大、储能密度大、转换效率高，但受限于低成本超导材料和高效率冷却技术的发展，距离大规模应用较远。电磁储能技术链如图1.3-4所示。

5.储热（冷）

储热技术是以储热材料为媒介将太阳能光热、地热、工业余热、低品位废热等热能加以存储并在需要时释放或转换为电能，力图解决由于时间、空间或强度上的热能供给与需求间不匹配所带来的问题，最大限度地提高整个系统的能源利用率而逐渐发展起来的一种技术。储热技术包括显热储热、潜热储热和热化学储热。显热储热是靠储热介质的温度变化来存储热量，是目前最成熟和应用最广的储热技术。潜热储热是指利用物质在固-液、液-气、气-固和固-固等相变过程需要吸收或放出相变潜热的原理进行吸放热，因此也被称为相变储热。热化学储热是指通过可逆的化学吸附或化学反应存储和释放热能，储热密度高、热量损失小、可对热能进行长期存储和冷热复合存储。值得指出的是，储热技术并不单指存储和利用高于环境温度的热能，而且包括存储和利用低于环境温度的热能，即储冷技术，主要包括水蓄冷、冰蓄冷和共晶盐蓄冷。储热（冷）技术链如图1.3-5所示。

6.能源电子技术

能源电子产业是电子信息技术和新能源需求融合创新产生并快速发展的新兴产业，是生产能源、服务能源、应用能源的电子信息技术及产品的总称，主要包括太阳能光伏、新型储能电池、重点终端应用、关键信息技术及产品（光储端信）等领域。新型储能领域涉及的能源电子技术是指应用电力电子器件实现储能系统应用的关键技术和核心部件，主要包括新型储能系统、新能源微电网等智能化多样化产品及服务供给、智能传感器、电池管理芯片、功率器件、直流变换器、能源路由器、开关设备、柔性配电装备等关键设备。能源电子技术链如图1.3-6所示。

7.储能系统集成技术

储能系统集成是按照用户需求，选择合适的储能技术和产品，将各个单元组合起来，为电源侧、电网侧、用户侧等各类场景打造一站式解决方案，使储能电站的整体性能达到最优。储能系统集成涉及直流侧的电池设备和交流侧的变流设备，对储能的安全和性能起重要作用。储能系统集成是将各储能部件多维集成，以构成可完成存储电能和供电的系统，系统集成从实施过程看由系统设计、设备集成、控制策略制定等组成，主要涵盖电池管理系统（BMS）、储能变流器（PCS）、能量管理系统（EMS）、电池簇、电池控制柜、本地控制器、温控系统与消防系统等关键设备。BMS主要用于集合各类传感器采集到的电池电压、温度等基本信息，并通过自身的管理策略和控制算法实现对电池运行状态的监测、管控和预警功能。PCS是接收EMS指令控制储能电池充放电过程的交直流功率变换系统，PCS是储能电池与电网能量交互的桥梁，直接决定储能系统的涉网特性。EMS是利用信息技术对储能电站内的储能系统和变电站系统进行实时监控的信息系统，具有功率调度控制、电压无功控制、电池荷电状态维护、平滑出力控制、经济优化调度、优化管理、智能维护及信息查询等功能。系统集成是一项从零散到整合、从整合到最优的工程。在对电池、PCS、集装箱等各部件性能充分了解的基础上，根据运行场景和场站需求，最大化优化整体设计，释放整个系统的潜能。评价标准包括安全性、经济性及影响全寿命周期运行的其他要素。随着储能在电力系统中的规模化应用，如何对大量的储能设备实现有效的运行控制，使其与传统的发、输、配、用各环节统筹协调成为适应能源清洁转型的系统，是大规模储能健康发展的关键。储能系统集成技术链如图1.3-7所示。

8.电化学储能电站安全技术

电化学储能电站安全技术是保障储能电池和储能系统安全稳定运行的支撑保障技术，主要包括电芯安全、电池系统安全、电站运维安全、电站并网安全、用户侧安全等。电化学储能电站事故主要表现为系统过热、火灾、爆炸等，多源于电池材料本征安全问题、电池系统缺陷、电气故障保护系统不完备以及储能系统综合管理体系不足等多个因素，涉及储能电池和系统的设计制造、管理、预警、消防以及控制等多方面，通常是多个诱因交互作用导致的系统性问题。因此，需要从系统思维的角度出发，全面分析储能电站安全需求，关注源头危害因素，防范衍生类危险因素；关注本体安全、场站安全、涉网安全，树立“大安全观”，构建多层级安全防控体系。电化学储能电站安全技术与装备的研发和应用是电化学储能规模化应用的关键一环。电化学储能电站安全技术链如图1.3-8所示。