1.4.2 储能原理及分类
在能源的开发、转换、运输和利用过程中，能量的供应和需求之间往往存在着数量上、形态上和时间上的差异。为了弥补这些差异，有效地利用能源，常采取储存和释放能量的人为过程或技术手段，称为储能技术。储能技术可在能量富余时，利用特殊装置将能量储存，并在能量不足时释放出来，从而调节能量供求在时间和强度上的不匹配。尽管储能系统本身不节约能源，但是它们的引入能够提高能源利用效率，促进新能源的发展。
能量有多种形式，例如机械能、热能、化学能、辐射能、电磁能、核能等。因此能量的储存方法有很多，除辐射能外，其他几种形式的能量均可以储存在一些普通种类的能量形式中。下面将对五种常见的储能形式进行简要介绍。
1.抽水蓄能
抽水蓄能是最成熟、也是使用最广泛的物理储能方式，其基本原理是:电网低谷时利用过剩电力将作为液态能量媒体的水从地标低的水库抽到地标高的水库，电网峰荷时地标高水库中的水回流到地标低水库推动水轮机发电机发电。
抽水蓄能属于大规模、集中式能量储存，技术相当成熟，主要用于电力系统的调峰、谷值补偿、调频、调相、应急备用等。抽水蓄能的释放时间可以从几小时到几天不等，其能量转换效率在70%～85%之间。其优势有负荷响应速度快（10%负荷变化需10s），从全停到满载发电约5min，从全停到满载抽水约1min；并且具有日调节能力，适合于配合核电站、大规模风力发电、超大规模太阳能光伏发电。但是，抽水蓄能电站的建设周期长，并且受地形的限制。当电站远离功耗区域时，传输损耗比较大。
2.飞轮储能
飞轮储能是一种大功率、快响应、高频次、长寿命的机械类储能技术，适用于交通（轨道交通、汽车）、应急电源、电网质量管理（调频）等领域。飞轮储能是一项集成性技术，高速化、复合材料转子、内定外转结构是其未来发展方向。飞轮储能具有广阔的应用前景，但目前处于市场发展前期。
飞轮储能是一种源于航天的先进物理储能技术，是指利用电能驱动飞轮高速旋转，将电能转换为机械能，在需要的时候通过飞轮惯性拖动电机发电，将储存的机械能变为电能输出（即所谓的飞轮放电）的一种储能方式。飞轮储能具有功率密度高、效率高、寿命长、无污染等优点，但是其能量密度低，自放电率高，适用于高功率、短时间放电、频繁充放电的场景，例如不间断电源、能量回收、电网调频、微网调试、能源质量管理等。
3.压缩空气储能
压缩空气储能是指在电网负荷低谷期将电能用于压缩空气，将空气高压密封在报废矿井、沉降的海底储气罐、山洞、过期油气井或新建储气井中，在电网负荷高峰期释放压缩空气推动汽轮机发电的储能方式。可在用电低谷时将空气压缩储存于储气室中，将电能转化为空气能存储起来；在用电高峰时释放高压空气，带动发电机发电。
压缩空气储能可应用于电力系统调峰、电力系统调频、可再生能源、分布式能源系统等领域，但是由于地形和地质条件，尚未得到广泛推广。随着能源革命的逐步深入，储能技术不断发展，大规模压缩空气储能示范项目陆续建成，压缩空气储能产业也将进入发展快车道。
4.电池储能
电池储能是目前最成熟，也是最可靠的储能技术。根据所用化学物质的不同，可分为铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池、燃料电池等。
铅酸电池技术已经成熟，可以成为大容量的存储系统，单位能耗成本和系统成本均较低，并且具有良好的安全性，可靠性和可重复使用性均很好。它也是当前最实用的能量存储系统，已被广泛用于中小型分布式发电系统中，但是由于铅酸电池的比能量较低，并且铅是重金属污染的源头，铅酸电池并不是未来的发展趋势。
镍氢电池与铅酸电池相比，能量密度有显著提升，其功率密度高、循环寿命较长、环保无污染。但是镍氢电池价格昂贵、高温性能差、工作电压低，并且该产品的性能不及锂电池，目前不能满足储能的要求，其经济性差，难以实现商业化应用。
锂离子电池具有比能量高、循环性能好、无记忆效应、环保无污染等优点，是目前主流发展的电池种类。近年来，锂离子电池的应用范围越来越广，广泛应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，以及电动工具、电动自行车、电动摩托车、电动汽车、军事装备、航空航天等多个领域。
燃料电池是一种将储存在燃料中的化学能直接转化为电能的发电方式，属于氢能利用技术，具备高效、洁净等多种优点，已成为当今能源领域的开发热点。在其工作过程中，当化学燃料（例如氢）被输入到燃料电池的阳极、氧气或空气作为氧化剂被送入其阴极时，两者就会在燃料电池内部的电极与电解质界面上发生电化学反应，直接产生电能。燃料电池的优点有能量转换效率高、环境友好、噪声低、模块化水平高等，因此在民用与航天等领域都有不错的应用前景。
5.氢储能
氢储能技术是利用了电-氢-电互变性而发展起来的，其基本原理就是将水电解得到氢气和氧气。在可再生能源发电系统中，电力间歇产生和传输被限的现象常有发生，利用富余的、非高峰的或低质量的电力大规模制氢，将电能转化为氢能储存起来；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。能够有效解决当前模式下的可再生能源发电并网问题，同时也可以将此过程中生产的氢气分配到交通、冶金等其他工业领域中直接利用，提高经济性。
氢储能系统主要包括三个部分：制氢系统、储氢系统、氢发电系统。该系统基于电能链和氢产业链两条路径实现能量流转，提升电网电能质量与氢气的附加价值。
氢储能作为一种清洁、高效、可持续的无碳能源存储技术，是化学储能的延伸，具有能量密度高、运行维护成本低、存储时间长、无污染、与环境兼容性好等优点。同时，氢储能的功率、能量可独立优化，储电和发电过程无需分时操作，是一种理想的绿色储能技术。另外，氢储能相比化学电池储能方式具有容量增减适应性强、大容量、成本低等优势。因此，氢储能将成为解决电网调峰和“弃风/弃光”等问题的重要手段。
储能系统可以依照储能密度、放电功率及储存时间来加以分类，这3个参数最终决定其储能能力。各类不同的储能系统，其应用范围也不尽相同，无论是从储能密度还是从储存时间来说，氢储能都有着绝对的优势，尤其适用于大规模储能中。
氢储能相较于其他储能方式的劣势在于能源转化效率低、投资成本高。目前氢储能的整体电-氢-电的能量效率仅为30%左右，能量损失高于其他常用的储能技术。
氢储能技术是极具发展潜力的规模化储能技术，该技术可用于可再生能源消纳、电网削峰填谷、用户冷热电气联供、微电网等诸多场景。