前言
五千年悠久的历史长河，孕育了丰富多彩且独具特色的中国文明。在这漫长的历史进程中，储能的概念和实践对于中国来说，不仅是技术上的创新，更是一种智慧和生活方式的体现。早在公元前11世纪至公元前771年的周朝时期，智慧的古人就已经有了储能的初步实践，那就是“凌阴”的发明和使用。
“凌阴”，顾名思义，就是利用地下空间来存放冰块的地方，相当于现代的冷库。在寒冷的冬季，人们会凿取河面的冰块，运送到预先挖好的地窖中储存起来。这些冰块在夏季的时候被取出，用于降低室内温度，解暑降温，这种做法在当时无疑是极具创造性和实用性的。
《周礼》这部古代典籍中，就有关于“凌阴”的详细记载：“凌人掌冰正（政），岁十有二月，令斩冰，三其凌”。这里的“凌人”是指专门负责管理冰块的官职，他们按照季节的变化，组织人力在十二月的时候凿冰、存冰，确保冰块的数量是实际需要的三倍，以备不时之需。这种储能方式，虽然简单，却是中国古代人民对自然规律深刻理解和对生活需求的巧妙应对。
这种古老的储能技术，不仅体现了古人对自然资源的合理利用，也反映了他们对气候变化和生活环境的深刻认识。在那个没有现代制冷技术的时代，通过“凌阴”这样的储能方法，人们能够在炎炎夏日享受到一丝清凉，这无疑是中国古代文明中的一个亮点。
随着时间的推移，中国的储能技术也在不断发展和创新。从最初的“凌阴”到后来的粮食仓储、水窖蓄水，再到现代的电池储能、抽水蓄能电站等，储能的概念和实践在中国历史的长河中不断演变，成为推动社会进步和文明发展的重要力量。中国特色的储能智慧，不仅是对传统的继承，更是对未来的探索和承诺。
本篇文章，就让我们一起看看在当年能源系统中，必不可少的关键一环——储能。
抽水蓄能
抽水蓄能目前是国内最成熟、也是应用最广的一种储能系统。抽水蓄能电站，作为一种高效能的储能系统，其结构设计巧妙而实用，主要由四个核心部分构成：
一是：位于高处、拥有一定落差的上水库，它像一座巨大的天然“电池”，储存着巨大的势能；
二是：位于低处的下水库，它接收从上水库放下来的水流，完成能量转换的过程；
三是：连接这两个水库的引水系统，它包括输水管道、隧洞等，是输送水流的通道；
四是：位于地下的厂房，里面安装有可逆式水轮机组，这些机组能够在发电和抽水两种模式之间灵活切换。
在电力需求较低的下半夜，抽水蓄能电站便开始其独特的能量转换过程。利用电网中过剩的电力，驱动水泵将下水库的水逆向抽升至高处的上水库，这一过程仿佛是在夜晚默默地为电力系统“充电”。
而当白天到来，或是前半夜电力需求高峰时，电站便将上水库储存的水释放，水流通过引水系统冲刷水轮机，驱动发电机旋转，从而将水的势能转化为电能，供应给电网，同时水流最终回到下水库，完成一个循环。
抽水蓄能电站原理图。图源网络
抽水蓄能电站的优势在于其技术的成熟度、储能容量的大规模、系统的效率高、运行寿命的长久以及安全性能的高标准。这些特点使得它成为了目前全球范围内最为主流的储能方式。
抽水蓄能电站
随着技术的不断进步和市场的逐渐成熟，抽水蓄能电站的造价已经趋于稳定，目前我国单GW的静态投资额稳定在53.67亿元。
截至2022年底，我国在抽水蓄能领域的成就令人瞩目，累计装机容量达到了45GW，这一数字占据了所有储能装机规模的79%，与上一年相比增长了24%，使得我国在抽水蓄能电站的装机规模上位居全球首位。
这不仅展示了中国在储能技术领域的强大实力，也体现了我国在推动能源结构调整和促进可再生能源发展方面的坚定决心。
展望未来，抽水蓄能电站将继续在我国能源体系中扮演重要角色，为构建清洁、高效、安全的现代能源体系贡献力量。
但是，蓄水储能受限于技术和形态，也有它克服不了的劣势。从其原理上，我们不难想到，其对地形条件有较为严格的要求。
通常，这种蓄能设施仅能在山区或丘陵地带建设，且上、下水库需要位于相对较近的位置，同时保持一定的海拔差异。
而一旦要在海拔差异不显著的地区建设，抽水蓄能电站的能量密度会显著下降。不仅如此，抽水蓄能电站还面临着建造成本较高、开发周期长的问题。
一个 120 万千瓦的电站通常需要 60-80 亿元的投资和长达7年的建设周期，这显然不能完全满足我国对于能源存储的需求，因而，一些新型的储能技术也逐渐涌现。
电化学储能
电池，是我们平时最常接触的储能系统，那我们为什么不直接拿电池大规模储能呢？
在早年间，电池储能的效率不高，能量密度不足，但是最近随着磷酸铁锂、三元锂等等电池技术的成熟，以及电池管理系统（BMS）、能量管理系统（EMS）、储能变流器（PCS）技术的不断提高，电化学储能已经成为目前最主流、最成熟的新型储能技术。
储能系统主要由电池组构成，其功能是储存能量；
电池管理系统（BMS）则承担着监控、评估、保护和均衡电池状态的任务；
能量管理系统（EMS）负责数据的收集、网络监控以及能量的分配调度；
储能变流器（PCS）作为交流与直流之间的桥梁，实现了两种电流形式的互相转换，并控制蓄电池的充放电。
在成本构成上，储能电池通常占据超过60%的总成本，而储能变流器的成本占比大约为10%。
而在最核心的电池技术方面，按照正极材料的不同，就如上文中提到的那样，锂离子电池储能技术可以分为两大类：一类是以磷酸铁锂为正极材料的储能系统，另一类则是采用三元锂电池作为储能载体的系统。磷酸铁锂储能技术以其卓越的安全性、良好的低温性能、优异的循环寿命以及相对较低的成本，已经成为我国锂电池储能领域的主流技术路线。
这种技术在我国的推广和应用得到了广泛的认可，不仅在电网调峰、可再生能源并网等方面发挥着重要作用，而且在电动交通工具、移动电源等领域也有着广泛的应用。
另一方面，三元锂电池储能技术则以其高能量密度、较小的空间占用以及较早的技术发展优势，在欧美等国际市场上仍然占据着重要的地位。
例如，特斯拉在其北美的储能业务中，依然主要采用三元锂电池，这得益于三元锂电池在能量密度上的优势，使得其在相同的体积或重量下能够存储更多的电能，从而在空间有限的应用场景中更具竞争力。
除了这两种锂离子电池储能技术，电化学储能系统还包括了多种其他类型的电池。全钒液流电池作为其中的一种，是目前市场上产业链成熟度最高的液流电池。
它以其长寿命、可扩展性强、安全性高等特点，在大型储能系统中有着独特的应用优势。此外，钠离子电池、铅蓄电池、钠硫电池等也是电化学储能系统中不可或缺的组成部分。
钠离子电池以其资源丰富、成本较低的优势，被认为是未来可能替代锂离子电池的有力竞争者。铅蓄电池则因其技术成熟、成本较低而在备用电源、不间断电源等领域有着广泛的应用。
钠硫电池则以其高能量密度和高温运行特性，在特定的储能应用中展现出了潜力。与锂离子电池采用固态正负极材料作为能量载体相比，全钒液流电池使用的是不同价态的钒离子溶液来充当其正负极。
在这种电池系统中，电解液的容量决定了电池的能量储存能力，而电堆则决定了其输出功率的多少。
由于不依赖于固态电极材料，液流电池有效避免了因充放电过程中晶体结构损坏而导致的容量衰减问题，从而能够实现更长时间的能源储存。
电化学储能原理图。图源网络
目前，全钒液流电池的发展面临一些挑战。其中之一是五氧化二钒的成本较高，这增加了电池的整体成本，影响了其经济性。此外，五氧化二钒的生产和使用可能对环境造成一定的影响，这也是需要解决的环境问题。
尽管如此，全钒液流电池在可持续性、安全性和长寿命周期方面仍具有显著优势，因此它在未来的储能市场中仍具有广阔的应用前景。
熔融盐光热储能
在这个过程中，熔融盐作为储热介质，其主要成分是二元硝酸盐，这些盐在高温下保持液态，能够有效地储存和传递热量。
熔融盐光热储能原理图。图源网络
光热储能技术具有显著的优势，包括储能规模大、储能时间长、安全性高以及环保特性。
它能够提供单日10小时以上的储热能力，储能规模可达到数百兆瓦，这对于电网的稳定运行和可再生能源的消纳具有重要意义。热交换系统的高可控性和调节能力，使得光热储能能够支持汽轮机组进行快速出力调节，具备类似燃气机组的爬坡能力，这在电力系统中是非常宝贵的特性。
根据CNESA全球储能数据库的数据，截至2021年，光热熔融盐储热在我国储能市场中的占比为1.2%，达到了0.5GW的规模。而到了2022年10月，我国西北风光大基地已经实现了4.5GW的风光发电项目与光热储能项目的配套，这表明光热储能技术在我国的实际应用正在逐步扩大。
然而，光热储能技术也存在一些挑战。由于其能量转换过程涉及多个环节，包括光能到热能的转换，以及热能到机械能再到电能的转换，这导致整体能量转化效率相对较低，通常不超过60%。
这种效率问题直接影响了度电成本，使得光热储能的度电成本达到0.738元/kWh，相比其他储能技术，成本较高。
尽管如此，光热储能技术在提高能源利用效率、促进可再生能源消纳、增强电网调节能力等方面仍具有重要作用。
随着技术的不断进步和成本的进一步降低，光热储能有望在未来成为更加经济、高效的储能解决方案，为推动能源结构的转型和实现碳中和目标贡献力量。
结语
储能技术，作为未来能源体系的关键支柱，扮演着推动能源结构优化和促进绿色低碳经济发展的重要角色。
为了加速这一进程，我们必须加大对储能技术研究的投入，深化其在实际应用中的探索。这不仅涉及到提升储能系统的能量密度和转换效率，还包括增强其稳定性和持久性。
通过技术创新和规模化生产，我们有望降低储能解决方案的成本，使其更加经济实惠，从而推动储能技术在工业、住宅、交通等多个领域的广泛融合与应用。
未来，储能技术的发展一定能更好地帮助我们应对全球能源转型和气候变化。
