能源是人類生存和社會發展的重要物質基礎，是國家經濟、國家安全和永續發展的重要基石。氣體排放導致的日益嚴重的全球氣候變遷。 近年來，這一矛盾更加嚴峻。需求，另一方面要合理有效利用再生能源。
再生能源包括：風能、太陽能、生質能、海洋能和小水力發電。 它是主要能源，通常轉化為電能。 在開發利用再生能源過程中，電能儲存技術發揮重要作用。 眾所周知，風能和太陽能的利用存在不連續性和不穩定性。 需要經過儲能係統，然後重新進入網路。 同時，具有離網發電模式的風力發電機系統也是不可或缺的。 在利用能源的過程中，存在著使用的不平衡。 儲能係統可用於電網“削峰”，提高能源利用率。 為推動再生能源發電大規模利用、提高替代能源電廠效率、維護國家能源安全，研究儲能技術具有重大的經濟和社會意義。 工業化國家非常重視大規模儲能係統的研發。 例如，日本政府的「新陽光計畫」、美國的「DOE計畫」和歐盟的「框架計畫」都聚焦於儲能技術。 我國也非常重視儲能技術的發展。 高效能能源轉換與儲能技術已被列為國家火炬計畫未來優先發展技術領域。 中國儲能電池產學研技術創新聯盟於2009年11月成立。 5萬台，總產量達34萬台。 總裝置容量10.5萬千瓦，總產值約9億元。 儲能係統的銷售額應超過1億元，這必將帶動儲能產業的發展。
在強勁的社會發展需求和龐大的潛在市場驅動下，基於新理念、新材料、新技術的新型儲能係統不斷出現。 儲能技術正朝著大規模、高效、長壽命、低成本、無污染的方向發展。
一、儲能技術的分類及發展趨勢
迄今為止，各種儲能技術已經被提出並發展起來，以滿足不同領域、不同需求。 全球儲能技術主要包括實體儲能、化學儲能（如鈉硫電池、全釩液流電池、鉛酸電池、鋰離子電池、超級電容器等）、電磁儲能及相變儲能儲存。
物理能量儲存
實體儲能技術主要包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等。 與化學儲能相比，物理儲能更環保、更綠色，利用自然資源來實現。 抽水蓄能電站（PSH，Pumped Storage Hydroelectric）上下游設有兩個水庫。 當負載較低時，設備工作在馬達狀態，下游水庫的水被抽至上游水庫儲存。 當負載較高時，設備工作在發電機狀態。 利用上游水庫儲存的水來發電，如圖1所示。 目前，我國抽水蓄能電廠裝置容量約11,400兆瓦。 預計到2010年底，抽水蓄能電站總裝置容量將達17,500兆瓦。
壓縮空氣儲能（CAES）是一種用於調峰的燃氣渦輪發電廠。 主要利用電網負荷較低時剩餘電力壓縮空氣，儲存於高壓密封設施中，典型儲存壓力為7.5 MPa。 燃氣峰值被釋放，驅動燃氣渦輪發電。 世界上第一座商業CAES電站是1978年在德國建成的亨多夫電站，裝置容量為290兆瓦，轉換效率為77%。 截至目前，已上線7000多次，主要是為了熱備和平滑負載。 與抽水蓄能電站相比，CAES電站選址靈活。 它們不需要建造地表水庫，地形條件也容易滿足。 目前，壓縮空氣儲能發電站已在一些已開發國家廣泛應用。
飛輪儲能（FW，FlyWheels）是透過機械能和電能的相互轉換來實現充電和放電。 它採用高速旋轉的飛輪芯作為機械儲能的介質，利用電/發電機和能量轉換控制系統來控制能量的輸入和輸出。 飛輪儲能對製造飛輪的原料和技術要求很高。 直到1990年代才開發用於不間斷電源（UPS）/緊急電源（EPS）、電網調峰和頻率控制。 我國在這方面的研究才剛開始。
物理儲能如抽水蓄能、壓縮空氣儲能等具有規模大、循環壽命長、運作成本低等優點，但需要特殊的地理條件和場地。 建設限制有限，一次性投資成本高。 不適合功率較低的離網發電系統。 從發展程度和實用性來看，化學儲能比物理儲能有更廣闊的應用前景。
2.化學儲能－鋰離子電池儲能是目前最可行的技術路線
鉛酸電池是最古老、最成熟的化學儲能方式。 它們已經使用了100多年，廣泛應用於汽車啟動電源、電動自行車或摩托車電源、備用電源和照明電源。 鉛酸電池的電極主要由鉛及其氧化物製成，電解液為硫酸溶液。 充電時，正極的主要成分是二氧化鉛，負極的主要成分是鉛。 放電時，正負極的主要成分是硫酸鉛。 鉛酸電池可靠度好，原料易得，價格低廉，但其最佳充電電流為0.1C左右，充電電流不能大於0.3C，放電電流一般要求在0.05～0.05C之間。 功率和容量很難同時滿足。 大規模的電力儲存需求。 同時，鉛酸電池無法深度充放電，在100%放電的情況下，電池的壽命受到很大影響（滿充和充電的情況下，電池的循環壽命小於300次）。時水會分解成氫氣和氧氣。 需定期加酸、加水，維護工作量大，不適合在智慧電網領域應用。
目前智慧電網領域可用的化學電源主要包括鈉硫電池、液流電池和鋰離子電池。
鈉硫電池（NaS）最早由福特於1967年發明，它採用金屬鈉作為負極，硫磺作為正極，陶瓷管作為電解質隔膜。 在一定的工作溫度下，鈉離子穿過電解質膜與硫發生可逆反應，形成能量釋放與儲存，如圖2所示。大電流充放電，使用壽命長（10-15年）。 它是最經濟實用的儲能方式之一。 主要應用對象為電站負載。 調平、UPS緊急電源、瞬時補償電源。 目前鈉硫電池技術的領先國家是日本。 截至2007年，日本鈉硫電池年產量已超過100MW。 2008年，日本第二座風力發電廠引進了NGK的17台鈉硫電池系統，儲能容量為34兆瓦，成功抑制了最大功率51兆瓦的風電場功率波動，實現了計畫發電量。 為風電併網發電提供基礎。 2009年，我國上海矽酸鹽研究所成功研發出100kW級關鍵技術，成為繼日本之後全球第二個掌握高容量鈉硫單體電池核心技術的國家。 研發的鈉硫電池如圖3所示。 但鈉硫電池需要350℃的高溫才能熔化硫和鈉，並且需要額外的加熱設備來維持溫度，而且過度充電時有危險，因此在安全性和免維護方面有缺點。
全釩氧化還原液流電池的研究始於1984年，澳洲新南威爾斯大學的Skyllas-kazacos研究小組。 它是一種基於金屬釩的氧化還原再生燃料電池儲能係統。 其工作原理示意圖如圖4所示。溶液中的能量轉換為電能。 液體儲能電池系統的額定功率和額定容量是相互獨立的。 功率取決於電池組。 容量取決於電解液。 可以透過增加電解液的量或提高電解液的濃度來增加電池容量。 液體實現「即時回充」。 液流電池理論儲存期無限制，儲存壽命長，無自放電，可100%深度放電而不損壞電池。 這些特性使得液流電池成為儲能技術的首選技術之一。 目前，液體儲能技術在美國、德國、日本、英國等已開發國家已被應用，我國尚處於研發階段。 全釩氧化還原液流電池的困難在於一般使用的總釩離子濃度小於2mol/L，導致比能量僅25-35Wh/kg。 電解液儲槽較大，管理困難，且正極液中的五價釩靜置或溫度高於45℃時，容易析出五氧化二釩，影響電池的使用壽命。
相較之下，鋰離子電池儲能是目前儲能產品發展中最可行的技術路線。 鋰離子電池具有能量密度高、自放電小、無記憶效應、工作溫度範圍寬、充放電速度快、使用壽命長、無環境污染等優點，稱為綠色電池。 表1為鉛酸電池、鈉硫電池、液流電池和以鈦酸鋰為負極的鋰離子電池的比較。 可見，鉛酸電池的使用壽命較短，而鈉硫電池的缺點是工作溫度較低。 高、液流電池能量密度較低，而以鈦酸鋰為負極的鋰離子電池則表現出綜合性能優勢。 圖5為採用鈦酸鋰作為負極的鋰離子電池的工作原理示意圖。
由於鈦酸鋰是零應變材料，可以避免電極材料來回膨脹造成的結構破壞，進而大大提高鋰離子動力電池的使用壽命； 而且由於鈦酸鋰具有較高的工作電位，即使過充電，負極上也很難形成鋰枝晶，這大大提高了鋰離子動力電池的安全性。 這些改進使得鋰離子動力電池在儲能領域的應用成為可能。 目前，以鈦酸鋰為負極的鋰離子電池儲能技術正成為國內外競爭的熱點。 2008年，美國Altairnano公司開發出1MW鈦酸鋰儲能電池系統。 試運轉後，可輸出能量250kWh，能量轉換效率大於90%。 2010年，東芝在年度經營政策會議上宣布將開發一種採用鈦酸鋰負極材料用於儲能的超級鋰電池（SCiB）。 隨著高功率SCiB鈦酸鋰電池的成功商業化，東芝的SCiB備受期待。 儲能電池很快就會推向市場。 經過5年的技術開發，中信國安盟力電源科技有限公司於2010年開發了用於儲能應用的35Ah電池。
電池循環壽命接近8,000次，可5C倍率充放電，安全性能優異。 目前，該公司正與合作單位合作開發兆瓦級儲能係統。 預計2011年該產品即可推向市場。
除了以鈦酸鋰為負極的鋰離子電池外，還可用於儲能領域。 隨著磷酸鐵鋰正極材料的應用，傳統碳負極鋰離子電池的壽命和安全性也大幅提升。 可應用於儲能領域。 2010年，索尼推出了1.2kWh磷酸鐵鋰儲能電池模組，最大輸出功率為2.5kW。 然而，磷酸鐵鋰電池仍存在嚴重的一致性問題。 即使單體電池的壽命可以達到2000次以上，成組後的電池壽命也大大降低，而且磷酸鐵鋰材料的核心專利被一些國際公司控制。 手中，磷酸鐵鋰電池的生產將面臨專利糾紛。 因此，目前在鋰離子儲能電池產品中採用鈦酸鋰鋰離子電池進行儲能應該是最可行的技術路線。
3.其他儲能技術
超導磁儲能是將電能轉換為磁能儲存在超導線圈的磁場中，透過電磁相互轉換實現儲能裝置的充電和放電。 由於線圈在超導狀態下沒有電阻，因此超導儲能的能量損失很小。 但由於超導狀態要求線圈處於很低的溫度，低溫需要大量的能量，且不易小型化，因此技術處於研發階段。
相變儲能是利用某些物質在特定溫度下透過相變吸收或釋放能量，如冰蓄冷、蓄水蓄能等。 可應用於中央空調等領域，是一種新興的儲能技術。
二、儲能技術的市場前景－鋰離子電池將成為理想選擇
根據中國再生能源學會風能專業委員會的數據，2009年中國（不含台灣省）累計風電裝置容量為25805.3MW。 那麼，根據國電集團的研究測算，我國儲能產業蘊含約5161~7742MW的市場。 到2020年，我國風電、太陽能裝置容量將達到1,000萬千瓦，儲能電池市場規模將達到700億元，儲能產品將成為未來最有價值的投資和資本市場領域。
鋰離子電池是近10年來高新技術研究最重要的成果之一，代表了化學電源發展的最先進水準。 由於其比能量高、循環壽命長、環境友善等顯著優點，此新系統已成為各類先進便攜式電子產品的主要配套電源。 在行動應用方面具有絕對的優勢。 目前，全球鋰離子電池年需求量達13億隻，年銷售額達270億美元，毫無疑問是充電電池市場的領導者之一。 隨著鋰離子電池新材料的開發、電池製造技術的創新以及許多科研機構和企業的參與，鋰離子電池的性能不斷提高，電池成本不斷下降，電池的安全性能大大提高。 電池在電動車領域逐漸展現出應用優勢。 日本富士經濟認為，2011年鋰離子電池將逐步取代鎳氫電池，鋰離子電池作為未來主流技術路線是無庸置疑的。 隨著奈米鈦酸鋰、磷酸鐵鋰等新材料的開發和應用，鋰離子電池將成為清潔交通、光伏儲能等一系列重大高新技術應用的理想選擇。 目前，國家電網公司正在積極開發10MW。 鋰離子電池儲能係統測試項目，將觸發相關製造設備。
