物理储能：抽水蓄能电站的作用和重要性

（1）抽水蓄能电站

在负荷低谷的时候，抽水蓄能电站的抽水储能设备工作在电动机状态，将下游的水抽到上游，将电能转换为水的势能；在负荷峰值的时候，抽水储能设备工作在发电机状态，上游的水流下，通过发电机将水的势能转换成电能。它是目前电力系统中技术最成熟、应用最广泛的储能方式。抽水蓄能主要应用领域包括削峰填谷、调频、调相、紧急事故备用、黑启动以及提供系统的备用容量，还可以提高发电端火电厂和核电站等的运行效率。抽水蓄能电站可以在电网负荷出现突然变化时，几分钟内快速响应，这是其他类型发电厂所无法比拟的，如果同风能发电、太阳能发电等联合组成小的供电网络，还可以应用在偏远地区或者孤岛上。同时，抽水蓄能电站可以根据存储电能的多少合理地设计水库的容量，在当前风能、太阳能发电及核电等大规模发展建设的情况下，抽水蓄能电站作为电网安全可靠运行的保障，成为电网不可或缺的部分。但抽水蓄能受地理位置、生态环境及建设周期（一般要4～5年）等各方面的影响较大。

（2）飞轮储能

在负荷低谷时，电网中富余的电能带动飞轮旋转，以动能的形式存储能量，完成电能—机械能的转换过程；在负荷峰值的时候，高速旋转的飞轮作为原动机带动发电机旋转发电，经功率变换器输出电流和电压，完成机械能—电能转换的释放能量过程。

飞轮储能系统由高速飞轮、轴承支撑系统、电动机/发电机、功率变换器、电子控制系统和真空泵、紧急备用轴承等附加设备组成。飞轮储能功率密度大于5kW/kg，能量密度超过20Wh/kg，效率在90%以上，循环使用寿命长，工作温区为-40～50℃，无噪声，无污染，维护简单，可连续工作，积木式组合后可以实现兆瓦级，输出持续时间为几分钟至几个小时。飞轮储能具有储能密度大、效率高、建设周期短、寿命长、高储能、充放电快捷、充放电次数无限、瞬时功率大、响应速度快、维护费用低、环境污染小、深放电、不受地理环境限制等特点，可以在很大程度上解决新能源发电的随机性、波动性问题，实现新能源发电的平滑输出，有效调节新能源发电引起的电网电压、频率及相位的变化。飞轮储能的缺点是放电时间短，只能放电几十秒至数分钟，而且设备成本高，部件更换昂贵。飞轮储能正向高转速、高温超导方向发展。飞轮储能主要用于不间断电源（Uninterrupt-ed Power Supply，UPS）/应急电源（Emergency Power System，EPS）、电网调峰和频率控制。(www.xing528.com)

（3）压缩空气储能

在负荷低谷的时候，电网中富余的电能用来压缩空气，并将其存在高压罐中；在负荷峰值的时候将压缩空气释放出来，驱动燃气轮机发电。压缩空气储能系统可以用于冷启动、黑启动；因其响应速度快，主要用于峰谷电能回收调节、负荷平衡、频率调制、分布式储能和发电系统备用。

第一座压缩空气储能电站建于德国Huntorf，于1978年投入使用，其主要功能是作为紧急备用电力或平衡负荷，此系统能够在2h内供应290MW的电力。第2座压缩空气储能电站建于1991年，位于美国亚拉巴马州，它把压缩空气存储在地下深度为450m的废盐矿中，该系统可以为110MW的燃气轮机连续提供26h的压缩空气。日本于1998年开工建设北海道三井砂川储气库，并于2001年投入使用，输出功率为2MW。此外，加拿大、英国、法国等国也长期致力于压缩空气储能的开发研究，而我国目前处于研究阶段，尚无此应用。压缩空气储能的优点是发电时的燃料消耗比调峰用燃气轮机组减少了1/3，所消耗的燃气要比常规燃气轮机少40%，建设投资和发电成本低于抽水蓄能电站，安全系数高，寿命长；缺点是其能量密度低，并受地理环境（如岩层等地形条件）的限制。随着分布式能源在电网中比例的增大，小型化压缩空气库和提高储能压力是未来的发展方向。