第二届电力电子科普征文大赛-入围奖

清华大学 张驰

科学技术的进步促进了对自然资源的持续利用。最初，人类出于各种目的利用风、水和动物的力量，从而增强了操纵环境的能力。人类社会对能源利用的这一进步已经从木材时代过渡到煤炭、石油、天然气，并最终发展到电力时代。这些转变不仅刺激了前三次工业革命，还催化了第四次工业革命，引发了对人类生存至关重要的重大环境变化。

在21世纪，能源和环境已成为全球关注的主要问题，能源储存带来了前所未有的发展机遇。储能技术能够大规模储存分布式、低密度、间歇性可用的新能源。尽管能源生产方法日益多样化，但能源消耗仍然是集中性、高密度和高质量的。能源革命和转型的未来轨迹，坚持能源发展和进步的原则，在很大程度上取决于储能技术的突破。能量存储包括将特定形式的能量存储在介质或设备中，然后在特定时间以特定形式根据需要重新存储的过程。它包括各种形式的储能，包括一次能源（如原煤、原油、天然气、核能、太阳能、水能和风能）和二次能源（如电能、氢能、天然气和汽油），以及热能。从狭义上讲，储能是指采用机械、电气、化学和其他储能方法的一系列技术和措施。根据储能载体的类型，储能可大致分为五类：机械储能、电能储存、电化学储能、热能储存和氢能储存。

储能技术涉及使用介质或设备以原始形式存储电力或将其转换为另一种能量形式，根据需要释放电能。该技术根据存储介质进行分类，包括物理储能、电化学储能和电能存储。物理储能的主要应用形式包括抽水蓄能、水力发电、压缩空气储能和飞轮储能。电化学储能装置通过化学反应直接转换电能，包括铅酸电池、锂离子电池、钠硫电池、钒液流电池、锌空气电池、镍氢电池等。电能存储涉及有超级电容储能、超导磁储能、储能系统根据用户应用场景和要求量身定制，选择合适的技术和产品组合，为发电、电网运行、用户环境和其他环境制定全面的解决方案。通过优化总体设计，该系统旨在最大限度地发挥整个设置的潜力。储能系统具有广泛的应用，涵盖电力系统、通信基站、数据中心、UPS、轨道交通、人工智能、工业用途、军事应用和航空航天，具有巨大的潜在需求。

可持续发展塑造了二十一世纪人类的进步，并指导着能源储存的未来。随着传统化石燃料的减少和生态问题的加剧，显然需要建立一个以可再生能源为中心的现代能源框架。储能作为整合可再生能源的关键解决方案，将在即将到来的能源转型中发挥关键作用。可以预见，未来几十年，全球储能市场将经历大幅增长，导致传统发展模式的转变。为应对这些变化，中国正在对能源结构进行深刻调整。随着全球能源需求的增长和清洁能源发展的加速，中国正在强调能源供应领域的结构性改革。国家在能源领域的战略，如推广可再生能源、扩大大规模储能、推进电动汽车和建设智能电网，旨在优化中国的能源结构，确保能源安全，促进清洁、低碳、安全、高效的能源发展。这些战略是建立以可再生能源为核心的新能源系统的基础，也是实现中国到2030年碳排放峰值和到2060年实现碳中和目标的关键途径。

回顾200多年的历史，从第一个光伏电池的诞生到现代储能技术的演变，储能经历了初步探索、多元化发展、快速进步的阶段。它已成为一项前沿技术和新兴产业，其特征是跨学科协同、多样化的技术联系和广泛的应用。储能技术的进步与未来能源结构转型的轨迹以及发电和消费模式的转变交织在一起。从本质上讲，储能体现了“储存未来”的概念。