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能量存储系统 (ESS)是用于存储能量并提供能量以供以后使用的一个或一组设备。电池、化学、电化学机械和热能是一些常用的储能系统，可满足日常能源需求。

能源存储系统可以更轻松地在需要的地方和时间存储和输送能源，从而创建更具弹性的能源基础设施，并为消费者和公用事业公司节省成本。此外，这些通过快速响应电源波动来确保系统的可靠性和稳定性。

除了能源成本不断上升之外，可再生能源供应的变化和电力需求的激增也给全球电网带来了挑战，这要求我们的能源结构具有更大的灵活性，以使所有人都能获得和负担得起清洁能源

通过当前和新兴的储能技术，可以通过按下开关来可靠地提供能量。即使在没有阳光或没有风的情况下，基于电网的储能也可以解决太阳能或风能的间歇性问题，并为住宅、商业和工业应用持续提供清洁能源。

储能系统(ESS)的组件

典型的储能系统包括两个主要组件:

电源转换系统(PCS)处理交流电到直流电和直流电到交流电的转换(交流电和直流电是电力的类型)，能量流入电池进行充电或从电池中转换成电能。电池存储成交流电并馈入电网。

电池管理系统(BMS)负责电池充电、平衡和运行状况监控，以及提供系统控制和通信的微控制器.

在快速发展的电力行业中，越来越多的公司选择可再生能源来满足不同的需求，例如：离网发电、提高可持续性、提高能源效率、管理风险、减少排放、减少能源消耗、节省费用。

然而，太阳能和风能等可再生能源会受到天气变化的影响。ESS 系统可以通过存储能量供以后使用来补充和减轻大阳能或风能的间歇性。例如，当太阳能电池板因云层或下雨而受到影响时，ESS技术有助于维持可靠的电源并在需要时利用储存的能量。

此外，储能有助于包括微电网在内的电网更加经济有效地运行，因为系统以平均负载而不是峰值负载运行。ESS 技术每年还可以节省大量成本。根据伦敦帝国理工学院能源未来实验室的估计，"到2050 年，储能技术每年可为英国省 100 亿英镑。

随着储能行业不断发展、适应和创新，以应对不断变化的能源需求，让我们看看储能系统激增的主要驱动因素：越来越多的电网稳定ESS项目、能源密集型产业(例如数据中心) 的增长、对不间断电源的需求不断增加、太阳能+储能在住宅市场越来越受欢迎、风能和太阳能光伏发电技术的兴起、时移。

电表前(FTM) 和电表后(BTM)

能源存储即服务(ESaaS) 的日益普及使能源存储公司能够为商业和工业(C&I)用户提供可靠的电力并节省潜在的成本。

电表前 (FTM)和电表后 (BTM) 是储能领域常用的术语。

仪表前端：

公用事业公司利用储能来缓解老化电网基础设施和发电厂的拥堵情况。能源存储使公用事业公司能够平衡电网负载并延长基础设施寿命，同时迈向分布式能源的未来。

电表后存储系统：

BTMS 系统直接向建筑物和家庭供电，有助于最大限度地减少电网影响、集成电动汽车充电等。

储能系统的好处

储能系统具有明显的优势--从积极管理电力供需之间的不匹配到增强电网的弹性。EsS 的好处包括但不限于以下内容:

确保关键服务的可靠性、提高设施灵活性、提高相互依赖的网络弹性、满足高峰需求期间的负载、准备电动汽车充电的电网 (快速）、服务偏远社区。近年来，人们更加关注固定存储等能源存储解决方案，以提高电网可靠性、弹性和需求管理。

储能系统的风险

储能系统确实会带来一些风,险，例如：电气火灾、过热、短路、热失控。例如，钾离子电池将易燃电解质与高能材料结合在一起，如果隔损坏，可能会导致火灾危险。因此，必须建立一个集成的消防系统，以便对钾离子电池储能系统进行早期、可靠的火灾检测。

此外，基于电网的钾电池的广泛采用确实存在与成本、有限的使用寿命和安全性相关的某些挑战。如果没有关干储能系统部署和维护的规划、风险评估、性能评估和安全考虑的适当指南，ESS 技术路线图是不完整的。此外，经济和技术因素使得 ESS 部署的商业可行性面临挑战。因此，ESS 技术在全球范围内外于不同的采用阶段。

根据能量存储的形式(存储原理)储能技术通常分为五类，包括：化学储能、氨、氢、甲醇、合成天然气、合成燃料。

化学储能利用电力生产化学物质，可用作发电、运输或热负荷支持的燃料。化学诸能包括氢和其他由多种国内能源(例如化石能源、核能和可再生能源)生产的富氢化学能源载体，用于各种储能应用，包括：重型车辆、电转气、电力转液体、钢铁制造。

氢气可以以气体形式储存在高压罐或大型地下洞穴中(压缩气态H2)，以液体形式储存在低温罐中(低温液态H2)或者以液体或固体氢化物 (例如氨和镁) 的形式储存。

电容器、超级电容器、超导磁储能 (SMES)

超级电容器也称为“电化学双层电容器"或“超级电容器”，是使用电化学双层电荷来存储能量的高功率、低能耗设备。超级电容器具有可扩展性，由于不存在化学反应，因此可以承受大量循环(最多 100,000 次)。SMES系统将电流存储为电流流过超导线圈(冷却至临界温度点以下) 产生的磁场，并通过线圈放电来释放能量。该储能系统能够瞬时放电，并具有易于维护电磁场的额外优点。

电化学储能/电池储能系统 (BESS)

从1800 年 Alessandro Volta 发明**块电池开始，电池已经演变为多种形式。有多种可充电电池可满足特定的功率和持续时间要求。

可充电电池

液流电池 (变体包括钒氧化还原电池、ZnBr (锌澳) )、铅酸蓄电池及先进铅酸蓄电池 (双极铅酸、铅炭)、离子电池 (包括 LCO、LFP、LMO、LTO、NCA和 NMC)、钠离子电池、钠硫电池、固态电池。

ESS电池的概念是通过一个或多个电化学电池中的可逆电化学反应来储存能量，并将储存的能量转化为电能。电池单元是单体设备，而电池模块是指并联或串联的电池单元，电池组由一系列单独的模块和组织在一起的保护系统组成,传统的电池系统由深循环铅酸电池组成。然而，轻质、高效、可扩展的鲤离子电池近年来开始占据主导地位，并开始泛用于各种应用，包括移动电话、电动汽车和智能电网中的固定储能。

此外，钾离子电池适用于规模较小、可存储数兆瓦时(MWh) 的大型系统，并且可以支持整个电网。例如，公用事业规模的 100 Mwh 系统可以安装在不到 0.5 英亩的十地上。

液流电池是通过氧化还原反应利用液体电解质循环充电和放电发电的技术。其设计可回收，使用寿命长，提供经济、可靠的电力。ESS Inc.是长期储能解决方案的领先供应商，专注于铁液流电池技术，利用铁、盐和水提供环境安全的储能解决方案。ESS的能源仓库是一种环保、长寿命、无限循环的电池，适合传统可再生能源和公用事业项目。

电池储能系统应用

电池储能系统可以通过可再生能源 (如太阳能或风能) 产生的电力进行充电。太阳能存储电池可帮助企业和家庭变得更加能源独立，同时确保在长期电力供应中断期间可靠的电力供应

BESS 用途广泛，能源容量灵活。能源安全、自给自足和紧急情况下的电池备用电源是家庭电池存储系统/电池储能解决方案的主要驱动因素。

家庭储能系统存储产生的热量或电力，以便在需要时使用能源，并减少对电网的依赖。例如：Tesla Powerwall Plus 是一款一体化太阳能存储系统，具有令人印象深刻的存储容量、集成电池逆变器充电器和先进的液体热管理系统。

许多商业和工业企业还安装 BESS 来按需提供能源、提供备用应急电源、管理电网频率波动、减少有害排放等例如，领先的公用事业巨头NextEra Energy在美国各州拥有1,323兆瓦的大型电池存储项目，其中大多数项目是四小时BESS项目。

此外，一些 BESS 设计用于安装在公用事业和商业客户的运输集装箱内。这些系统完全独立且节能，除了冷却和操作软件之外还配有安全和安保系统。

机械储能系统存储运动产生的能量。示例包括：绝热压缩空气储能 (ACAES)、压缩空气储能 (CAES)、无火机车、飞轮储能 (FES)、抽水蓄能 (PHES) /抽水蓄能 (PHS)。

压缩空气能量储存吸入空气并在一系列大型地下房间/洞穴中形成高压系统。当电力需求激增或风速减慢时，压缩空气(通常与一些天然气混合) 被释放到发电机或动力涡轮机。

飞轮将电网能量存储在快速旋转的机械转子中，并吸收并通常在短时间内释放高功率。磁场将车轮保持在无摩擦的真空中，以防止能量损失。此外，当需要电力发电时，旋转速度会减慢。飞轮储能系统平衡电力供需波动，从电动列车中回收制动能量，或在停电期间提供短期电力。与其他储能系统相比，这些系统对环境影响小、维护成本低且使用寿命长。

抽水式水力发电设施基于重力概念，涉及涡轮机利用多余电力将水(在非高峰时段)抽送到高架水库。在用电高峰期，上水库储存的水可以流到下水库，通过涡轮机发电。

据美国能源部称，大型储能项目使用抽水蓄能发电，占美国电网存储量的 95% 左右。然而，由于开发时间长和大型水基基础设施的许可影响等因素，使得建造新的抽水蓄能电站面临挑战。

热能储存

砖储式加热器、冰蓄冷空调、液态空气储能 (LAES)、熔盐储能 (MSES)、相变材料、太阳能池、蒸汽蓄能器。

热能存储系统使用多余的能量来捕获热量和冷量(加热熔盐、冻结水等)，然后根据需要释放能量.例如，熔盐储存太阳能产生的热量，以便在没有阳光时使用。另一个例子是建筑物中的冰蓄冷，可以减少对压缩机的票求，同时提供长时间的空调。

LAES使用多余的电网电力来冷却环境空气并将其转化为液体。随后，通过暴露于环境空气或利用废热，液体被转化回气体，膨胀的气体用于驱动涡轮机发电。

相变材料用于储存多余电力或热量的热电池。相变材料PCM)在相变时吸收或释放足够的能量以提供冷却或热量。例如，当材料从固态转变为液态时储存热量，并再次转变为固态并释放热量以提供热水等。

存储技术示例概述

储能系统的使用跨越汽车、发电和公用事业等行业。最常见的储能应用包括:

黑启动：当停电后无法从电网获取能源时，储能有助于恢复发电厂、变电站或系统。

紧急备用：分布式发电(DG)是指从使用点附近的来源(例如可再生能源)发电。另一方面，集中式发电由发电厂的电源组成。在电网故障期间，储能和本地发电机可提供多种规模的备用电力--从住宅客户的日常备用电源到工业运营的秒级电能质量维护。

能源套利：可以使用电池作为中间存储来套利电价 (低买高卖)

负载均衡：在轻负载期间存储电力，并在高需求期间提供电力

网络稳定：储能在补偿电力异常和干扰(包括次同步谐振、电压不稳定和电压暂降)时可提高输配电(T&D)系统性能。

调峰： 该过程主动管理总体需求并消除商业和工业用电消费者的用电高峰。大多数电力存储系统允许消费者在线跟踪能源使用情况，并减少在高峰需求期间对更昂贵电力的依赖。可再生能源集成：由于太阳能发电的遮挡和风速变化，储能对于缓解可再生能源发电输出的快速变化至关重要。需求响应和存储通过更好地调整可变可再生能源供应与电力需求模式来增强电力系统的灵活性。

季节性热能储存(SeTES)：在 SeTES 系统中，能量在夏季或冬季等季节性条件下储存数天、数周或数月。根据负载需求，存储的能量在其他季节条件下释放

时移：时移涉及在低价时段储存能量并在高价时段放电。它还通过在一天中用电高峰时的某些时间利用储存的能源来通免高额电费

电压调节：将输配电系统的电压保持在可接受的范围内，确保电网中的电流持续可靠。随着许多国家致力于通过减少对化石燃料的依赖来减少二氧化碳排放和生产绿色能源，储能系统正在以各种方式支持能源转型。例如，储存可再生能源或间歇性发电源(IGS) 产生的剩余能源并可供使用，可以减少碳足迹并促进清洁发电。

未来几年，有必要全面采用储能和智能电网来满足更高的电力需求。能源生产和分配不再局限于国家电网--家庭和社区的小型可再生能源和储能系统确保了对其自身电力生产以及价格和供应安全的控制。

储存能源可以减少能源需求和生产之间的不平衡，储能系统增强电网弹性，并有助于管理电力供需不匹配。其他重要的储能应用包括备用电源、停电管理和电能质量管理。在太阳能和风电场高度集中的地方，长期储能已成为必需品。

电力系统的分散化、可再生能源发电的增长、ESS 技术的改进、市场吸引力、近期投资以及部署成本的降低正在加速储能系统的更大市场采用。政府和公用事业公司以及其他组织也在提高清洁、安全和持久能源的目标。例如，商业模式和用例推广正在促进 ESS 在新加坡等国家的部署，其中EMA(能源市场管理局)启动了 ACCESS 计划(加速新加坡能源存储)。另一个例子是美国清洁能源协会(前身为能源存储协会)，该协会”联合风能、太阳能、存储和输电公司及其相关行业的力量，使美国电网转型为低成本、可靠和可再生能源”。

从转移高峰负荷到通过监管和储备向市场提供辅助服务，ESS 部署具有成本效益，并提供广泛的好处，同时承诺更可持续和更清洁的能源未来。