隨著化石燃料對(duì)環(huán)境的影響和全球能源網(wǎng)的容量和靈活性越來(lái)越受到關(guān)注，工程師和政策制定者更加關(guān)注儲(chǔ)能解決方案。實(shí)際上，儲(chǔ)能有助于解決太陽(yáng)能和風(fēng)能的間歇性問(wèn)題。在很多情況下，它還能快速應(yīng)對(duì)需求的急劇波動(dòng)，從而更好地應(yīng)對(duì)電網(wǎng)，還能減少對(duì)備用電站建設(shè)的需求。儲(chǔ)能設(shè)施的效率取決于對(duì)需求變化的反應(yīng)速度、儲(chǔ)能過(guò)程中的能量損失率、總儲(chǔ)能容量和充電速度。

儲(chǔ)能并不是什么新鮮事。從19世紀(jì)初開(kāi)始一直使用電池，20世紀(jì)20年代以來(lái)，抽水水力發(fā)電已經(jīng)在美國(guó)運(yùn)行。但是，對(duì)更動(dòng)態(tài)、更清潔的電網(wǎng)的需求導(dǎo)致新能源存儲(chǔ)項(xiàng)目大幅增加，從而導(dǎo)致了新的或更好的能源存儲(chǔ)解決方案的開(kāi)發(fā)。

化石燃料是最常用的能源形式，部分是運(yùn)輸性和儲(chǔ)存形式的實(shí)用性，因此可以大量控制發(fā)電機(jī)提供的能源。相反，太陽(yáng)能和風(fēng)能產(chǎn)生的能量是間歇性的，取決于天氣和季節(jié)。隨著可再生能源在電網(wǎng)中的日益突出，人們對(duì)存儲(chǔ)清潔能源的系統(tǒng)越來(lái)越感興趣

儲(chǔ)能還可以滿足高峰期的用電需求，例如在炎熱的夏天(例如空調(diào)爆炸的時(shí)候)或晚上在家里打開(kāi)照明和電子設(shè)備的時(shí)候。在高峰期，發(fā)電站為了適應(yīng)日益增加的能源使用，需要增加產(chǎn)量，因此電力變得更加昂貴。儲(chǔ)能為電網(wǎng)提供了更大的靈活性，因?yàn)榕潆娧b置可以在能源價(jià)格便宜的高峰期以外的時(shí)間段購(gòu)買(mǎi)電力，并在需求大的時(shí)候出售給電網(wǎng)。

各有不同的儲(chǔ)能方式，各有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。以下列表重點(diǎn)介紹了當(dāng)前能夠提供大容量存儲(chǔ)容量(至少20 MW)的技術(shù)。因此，不包括超導(dǎo)磁存儲(chǔ)和超級(jí)電容器(額定功率小于1 MW)。

抽水蓄能電站

抽水蓄能(PSH)設(shè)施是利用重力發(fā)電的大型儲(chǔ)能工廠。在低成本能源期間和高可再生能源發(fā)電期間，水被泵到更高的高度進(jìn)行儲(chǔ)存。需要電的時(shí)候，水會(huì)釋放回下面的水箱，通過(guò)渦輪發(fā)展。最近的創(chuàng)新使PSH設(shè)施能夠以可調(diào)整的速度在閉環(huán)系統(tǒng)中運(yùn)行，從而更快地響應(yīng)能源網(wǎng)格的需求。與傳統(tǒng)的正水力不同，閉環(huán)PSH可以在不連接連續(xù)流動(dòng)的水源的情況下工作，從而使正水力可以選擇到更多的地方。

抽水蓄能發(fā)電價(jià)格可能比其他形式的儲(chǔ)能更低。特別是對(duì)于超大型能源儲(chǔ)存(其他技術(shù)無(wú)法匹敵)，可能更便宜。電力研究所表示，安裝抽水水電的費(fèi)用在1，700美元/千瓦之間，安裝鋰離子電池的費(fèi)用在千瓦到3，900美元/千瓦之間。在整個(gè)周期內(nèi)，抽水水力能效超過(guò)80%的PSH設(shè)施通常提供10個(gè)小時(shí)的電力，而鋰離子電池大約需要6個(gè)小時(shí)。盡管有這些優(yōu)點(diǎn)，PSH項(xiàng)目的挑戰(zhàn)仍然是長(zhǎng)期投資。許可和建設(shè)可能需要三到五年的時(shí)間。這將嚇跑喜歡短期投資的投資者，特別是在瞬息萬(wàn)變的市場(chǎng)。

在弗吉尼亞州巴斯縣，世界上最大的抽水設(shè)施可以為約75萬(wàn)戶家庭提供能源。它建于1985年，大約有3期能源輸出。

壓縮空氣能量存儲(chǔ)(CAES)

由于壓縮空氣儲(chǔ)存，在電價(jià)較低的高峰期，空氣最有可能泵入地下洞，成為鹽洞。需要能量的時(shí)候，地下洞穴的空氣會(huì)釋放回設(shè)施，在那里加熱產(chǎn)生的膨脹會(huì)轉(zhuǎn)化為發(fā)電機(jī)。這個(gè)加熱過(guò)程通常使用天然氣，它會(huì)釋放碳。但是，CAES只要使用天然氣，就能使設(shè)施的能源出口增加3倍。保持氣壓產(chǎn)生的熱量時(shí)，CAES最多可以達(dá)到70%的能效。否則，效率可以在42%到55%之間。目前運(yùn)行的CAES設(shè)施只有兩個(gè)。一個(gè)是阿拉巴馬州的McIntosh，另一個(gè)是德國(guó)的Huntorf。麥金托什電站建于1991年，儲(chǔ)能為110兆瓦。

熱(包括熔鹽)

熱能儲(chǔ)存設(shè)施使用溫度來(lái)儲(chǔ)存能量。需要儲(chǔ)存能量時(shí)，巖石、鹽、水或其他材料會(huì)被加熱，保持在隔熱環(huán)境中。需要生產(chǎn)能量時(shí)，將冷泵送到熱巖石、鹽或熱水中，釋放熱量，產(chǎn)生蒸汽，使渦輪旋轉(zhuǎn)。熱能儲(chǔ)存也可以用來(lái)加熱和冷卻建筑物，而不是發(fā)電。例如，再生器可以在白天用來(lái)通宵制冰，以冷卻建筑物。根據(jù)使用的熱量類型，熱效率范圍從50%到90%。

鋰離子電池

鋰離子電池最初是索尼在上世紀(jì)90年代初商業(yè)生產(chǎn)的，最初主要用于手機(jī)等小型消費(fèi)品。最近，他們已經(jīng)用于更大的電池儲(chǔ)存和電動(dòng)車輛。假設(shè)循環(huán)壽命為10-15年，2017年底電動(dòng)汽車用鋰離子電池組的成本降至千瓦時(shí)/209美元。彭博社新能源財(cái)經(jīng)預(yù)測(cè)，到2025年，鋰離子電池的成本將低于100美元/千瓦時(shí)。

迄今為止，鋰離子電池是最受歡迎的電池存儲(chǔ)選項(xiàng)，控制著全球網(wǎng)格電池存儲(chǔ)市場(chǎng)的90%以上。鋰離子電池比其他電池選項(xiàng)具有更高的能量密度和更輕的重量。新的創(chuàng)新，例如用硅代替石墨來(lái)增加電池的功率容量，正在努力使鋰離子電池在長(zhǎng)期儲(chǔ)存中更具競(jìng)爭(zhēng)力。

另外，鋰離子電池目前在發(fā)展中國(guó)家經(jīng)常用于農(nóng)村電氣化。在農(nóng)村社區(qū)，鋰離子電池與太陽(yáng)能電池板配對(duì)，讓家庭和企業(yè)使用少量電力為手機(jī)、家電和輕型建筑充電。以前，這些社區(qū)要依賴骯臟昂貴的柴油發(fā)電機(jī)。不然就沒(méi)電了。

2015年阿里索峽谷(Alis)

o Canyon）天然氣設(shè)施泄漏時(shí)，加利福尼亞州急于使用鋰離子技術(shù)來(lái)彌補(bǔ)高峰時(shí)段該設(shè)施的能源損失。由特斯拉，AES能源存儲(chǔ)和格林史密斯能源公司建造的電池存儲(chǔ)設(shè)施可提供70兆瓦的電力，足以為20,000個(gè)房屋供電四個(gè)小時(shí)。

南澳大利亞州的霍恩斯代爾電力儲(chǔ)備是世界上最大的鋰離子電池，用于從附近的風(fēng)電場(chǎng)獲得的能量來(lái)穩(wěn)定電網(wǎng)。這種100兆瓦的電池由特斯拉（Tesla）制造，可為30,000多個(gè)家庭供電。

通用電氣設(shè)計(jì)了1兆瓦的鋰離子電池容器，該容器將于2019年購(gòu)買(mǎi)。它們將易于運(yùn)輸，并使可再生能源設(shè)施擁有更小，更靈活的儲(chǔ)能選擇。

鉛酸電池

鉛酸電池是用于能量存儲(chǔ)的首批電池技術(shù)之一。但是，由于它們的低能量密度以及短周期和日歷壽命，因此在網(wǎng)格存儲(chǔ)中不受歡迎。它們通常用于電動(dòng)汽車，但最近已被壽命更長(zhǎng)的鋰離子電池所取代。

液流電池

液流電池是鋰離子電池的替代品。液流電池比鋰離子電池不那么受歡迎，而液流電池僅占電池市場(chǎng)的5％，但液流電池已用于多個(gè)儲(chǔ)能項(xiàng)目，這些項(xiàng)目需要更長(zhǎng)的儲(chǔ)能時(shí)間。液流電池的能量密度相對(duì)較低，使用壽命長(zhǎng)，這使其非常適合提供連續(xù)功率。例如，華盛頓州的Avista Utilities工廠使用液流電池存儲(chǔ)。

目前，中國(guó)大連正在建設(shè)200兆瓦（800兆瓦時(shí)）的液流電池。該系統(tǒng)不僅將取代霍恩斯代爾動(dòng)力儲(chǔ)備成為世界上最大的電池，而且還將是唯一由液流電池而非鋰離子電池組成的大型電池（> 100 MW）。

固態(tài)電池

在大規(guī)模電網(wǎng)存儲(chǔ)中，固態(tài)電池比鋰離子電池具有多個(gè)優(yōu)勢(shì)。固態(tài)電池包含的固體電解質(zhì)比液體電解質(zhì)（具有鋰離子電池中的電解質(zhì)）具有更高的能量密度，并且不易著火。它們的小體積和更高的安全性使固態(tài)電池非常適合大規(guī)模電網(wǎng)應(yīng)用。

然而，固態(tài)電池技術(shù)由于不發(fā)達(dá)而目前比鋰離子電池技術(shù)更昂貴。快速增長(zhǎng)的鋰離子生產(chǎn)帶來(lái)了規(guī)模經(jīng)濟(jì)，固態(tài)電池在未來(lái)幾年將難以匹敵。

氫

氫燃料電池通過(guò)將氫和氧結(jié)合而發(fā)電，具有吸引人的特性：它們可靠，安靜（沒(méi)有活動(dòng)部件），占地面積小，能量密度高，并且不排放任何污染物（使用純氫運(yùn)行時(shí)，只有副產(chǎn)品是水）。該過(guò)程也可以顛倒過(guò)來(lái)，使其可用于能量存儲(chǔ)：電解水會(huì)產(chǎn)生氧氣和氫氣。因此，燃料電池設(shè)施可以在電力便宜時(shí)產(chǎn)生氫氣，然后在需要時(shí)使用該氫氣發(fā)電（在大多數(shù)情況下，氫氣在一個(gè)位置產(chǎn)生，而在另一個(gè)位置使用）。氫氣也可以通過(guò)重整沼氣，乙醇或碳?xì)浠衔飦?lái)生產(chǎn)，這是一種較便宜的方法，可排放碳污染。

飛輪

飛輪不適用于長(zhǎng)期的能量存儲(chǔ)，但對(duì)于負(fù)載均衡和負(fù)載轉(zhuǎn)移應(yīng)用非常有效。飛輪以其長(zhǎng)壽命，高能量密度，低維護(hù)成本和快速響應(yīng)速度著稱。電動(dòng)機(jī)通過(guò)將自旋加速至非常高的速度（高達(dá)50,000 rpm）來(lái)將能量存儲(chǔ)到飛輪中。電機(jī)隨后可以使用存儲(chǔ)的動(dòng)能通過(guò)反轉(zhuǎn)來(lái)發(fā)電。飛輪通常處于真空狀態(tài)，以最大程度地減少空氣摩擦，這會(huì)降低飛輪的速度。紐約斯蒂芬敦的斯蒂芬敦紡錘于2011年推出，其能量容量為20兆瓦，是飛輪技術(shù)在美國(guó)首次用于規(guī)范電網(wǎng)的商業(yè)用途。此后，還有其他幾個(gè)飛輪設(shè)施投入使用。

倉(cāng)儲(chǔ)和電動(dòng)汽車

能量存儲(chǔ)對(duì)于電動(dòng)汽車（EV）尤其重要。隨著電動(dòng)汽車的普及，他們將在高峰時(shí)段增加電力需求，因?yàn)閷I(yè)人員下班回家并插上汽車以進(jìn)行夜間充電。為了避免需要新的發(fā)電廠來(lái)滿足此額外需求，將需要在非高峰時(shí)間存儲(chǔ)電力。儲(chǔ)存對(duì)于產(chǎn)生自己的可再生電力的家庭也很重要：沒(méi)有儲(chǔ)存系統(tǒng)，汽車就無(wú)法在一夜之間被太陽(yáng)能充電。

有趣的是，在電網(wǎng)故障或需求激增期間，電動(dòng)汽車可用作備份存儲(chǔ)。盡管當(dāng)今大多數(shù)電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)都不是將能量回饋至電網(wǎng)，但車輛到電網(wǎng)（V2G）的汽車可以將電能存儲(chǔ)在汽車電池中，然后再將其傳遞回電網(wǎng)。即使將EV電池從公路上取下來(lái)，也仍然可以將其用于電網(wǎng)存儲(chǔ)中：公用事業(yè)公司正在將退役EV的電池用作二手能源存儲(chǔ)。對(duì)于電網(wǎng)應(yīng)用，此類電池可用于存儲(chǔ)長(zhǎng)達(dá)十年的電量。這方面的一個(gè)例子可以在德國(guó)的埃爾弗林森（Elverlingsen）找到，那里收集了近2,000輛梅賽德斯·奔馳（Mercedes Benz）電動(dòng)汽車的電池，以制造可容納近9兆瓦能量的固定網(wǎng)格大小電池。