| 抽水储能电站投入运行时必须配备上、下游两个水库(上、下池)，负荷低谷时段抽水储能设备工作在电动机状态，将下游水库的水抽到上游水库保存，负荷高峰时抽水储能设备工作于发电机的状态，利用储存在上游水库中的水发电。按上水库有无天然径流汇入分为纯抽水、混合抽水和调水式抽水蓄能电站，建站地点力求水头高、发电库容大、渗漏小、压力输水管道短、距离负荷中心近。
抽水储能电站可以按照一定容量建造，储存能量的释放时间可以从几小时到几天，综合效率在70%~85%之间。抽水储能是在电力系统中应用最为广泛的一种储能技术，其主要应用领域包括调峰填谷、调频、调相、紧急事故备用、黑启动和提供系统的备用容量，还可以提高系统中火电站和核电站的运行效率。
目前，抽水蓄能电站的设计规划已形成规范。机组由早期的四机、三机式机组发展为水泵水轮机和水轮发电电动机组成的二机式可逆机组，极大地减小了土建和设备投资。施工已采用沥青混凝土面板防渗、HT-100高强度钢结构、斜井全断面隧洞掘进机开挖、钢岔管考虑围岩分担为压、上水库和地下厂房信息化施工等先进技术。为进一步提高整体
经济性，机组正向高水头、高转速、大容量方向发展，现已接近单级水泵水轮机和空气冷却发电电动机制造极限，今后的重点将立足于对振动、空蚀、变形、止水和磁特性的研究，着眼于运行的可靠性和稳定性，在水头变幅不大和供电质量要求较高的情况下使用连续调速机组，实现自动频率控制。提高机电设备可靠性和自动化水平，建立统一调度机制以推广集中监控和无人化管理，并结合各国国情开展海水和地下式抽水蓄能电站关键技术的研究。
1.2压缩空气储能电站
压缩空气储能电站(compressed air energy storage，CAES)是一种调峰用燃气轮机发电厂，主要利用电网负荷低谷时的剩余电力压缩空气，并将其储藏在典型压力7.5MPa的高压密封设施内，在用电高峰释放出来驱动燃气轮机发电。在燃气轮机发电过程中，燃料的2/3用于空气压缩，其燃料消耗可以减少1/3，所消耗的燃气要比常规燃气轮机少40%，同时可以降低投资费用、减少排放。CAES建设投资和发电成本均低于抽水蓄能电站，但其能量密度低，并受岩层等地形条件的限制。CAES储气库漏气开裂可能性极小，安全系数高，寿命长，可以冷启动、黑启动，响应速度快，主要用于峰谷电能回收调节、平衡负荷、频率调制、分布式储能和发电系统备用。
目前，地下储气站采用报废矿井、沉降在海底的储气罐、山洞、过期油气井和新建储气井等多种模式，其中最理想的是水封恒压储气站，能保持输出恒压气体，从而保障燃气轮机稳定运行。100MW级燃气轮机技术成熟，利用渠氏超导热管技术可使系统换能效率达到90%。大容量化和复合发电化将进一步降低成本。随着分布式能量系统的发展以及减小储气库容积和提高储气压力至10~14MPa的需要，8~12MW微型压缩空气蓄能系统(micro-CAES)已成为人们关注的热点。
1.3飞轮储能
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。谷值负荷时，飞轮储能系统由工频电网提供电能，带动飞轮高速旋转，以动能的形式储存能量，完成电能—机械能的转换过程；出现峰值负荷时，高速旋转的飞轮作为原动机拖动电机发电，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，循环使用寿命长达20a，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MW级，输出持续时间为数min/数h，主要用于不间断电源(uninterrupted power supply，UPS)/应急电源(emergency power system，EPS)、电网调峰和频率控制。
近年来，人们对飞轮转子设计、轴承支撑系统和电能转换系统进行了深入研究，高强度碳素纤维和玻璃纤维材料、大功率电力电子变流技术、电磁和超导磁悬浮轴承技术极大地促进了储能飞轮的发展。机械式飞轮系统已形成系列产品，如Active Power公司100~2000kW Clean Source系列、Pentadyne公司65~1000kV AVSS系列、Beacon Power公司的25MW Smart Energy Matrix和Sat ConTechnology公司315~2200kVA系列。高温超导磁浮轴承摩擦系数达到10−7量级，在此基础上，1MWh超导飞轮已于1997年研制成功。随着磁浮轴承的应用、飞轮的大型化以及高速旋转化和轴承载荷密度的进一步提高，飞轮储能的应用将更加广泛。
1.4超导磁储能系统
超导磁储能系统(superconducting magnetic energy storage，SMES)利用超导体制成的线圈储存磁场能量，功率输送时无需能源形式的转换，具有响应速度快(ms级)，转换效率高(≥96%)、比容量(1~10Wh/kg)/比功率(104~105kW/kg)大等优点，可以实现与电力系统的实时大容量能量交换和功率补偿。SMES在技术方面相对简单，没有旋转机械部件和动密封问题。目前，世界上1~5MJ/MW低温SMES装置已形成产品，100MJ SMES已投入高压输电网中实际运行，5GWh SMES已通过可行性分析和技术论证。SMES可以充分满足输配电网电压支撑、功率补偿、频率调节、提高系统稳定性和功率输送能力的要求。
SMES的发展重点在于基于高温超导涂层导体研发适于液氮温区运行的MJ级系统，解决高场磁体绕组力学支撑问题，并与柔性输电技术相结合，进一步降低投资和运行成本，结合实际系统探讨分布式SMES及其有效控制和保护策略。
1.5超级电容器储能
超级电容器根据电化学双电层理论研制而成，可提供强大的脉冲功率，充电时处于理想极化状态的电极表面，电荷将吸引周围电解质溶液中的异性离子，使其附于电极表面，形成双电荷层，构成双电层电容。由于电荷层间距非常小(一般0.5mm以下)，加之采用特殊电极结构，电极表面积成万倍增加，从而产生极大的电容量。但由于电介质耐压低，存在漏电流，储能量和保持时间受到限制，必须串联使用，以增加充放电控制回路和系统体积。
超级电容器历经三代及数十年的发展，已形成电容量0.5~1000F、工作电压12~400V、最大放电电流400~2000A系列产品，储能系统最大储能量达到30MJ。但超级电容器价格较为昂贵，在电力系统中多用于短时间、大功率的负载平滑和电能质量高峰值功率场合，如大功率直流电机的启动支撑、动态电压恢复器等，在电压跌落和瞬态干扰期间提高供电水平。目前，基于活性碳双层电极与锂离子插入式电极的第四代超级电容器正在开发中。 |
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