深入：能源安全推动长时储能需求，液流电池、物理储能与氢能获得关注

随着对太阳能光伏等间歇性可再生能源的需求增长，储能对于确保电网稳定性至关重要。在国际标准的支持下，不同的储能选项正在获得越来越多的关注。

能源供应安全对当今世界各国来说，几乎是最紧迫的问题。但即使在伊朗战争之前，随着世界越来越多的能源发电从化石燃料转向可再生能源，情况已变得严峻。

石油、天然气和煤炭可能是有限的资源，但它们可以以自然状态储存，而太阳能和风能系统产生的能源是无限的，但由于其间歇性，需要一个长时储能解决方案来保持整个电网的供需平衡。

储能格局

根据国际能源署（IEA）的数据，可再生能源在全球发电量中的份额预计将从2024年的32%扩大到2030年的43%，而可变可再生能源的份额预计将几乎翻一番，达到28%。与此同时，到2030年，全球电力需求的增长速度预计将是整体能源需求增长速度的至少2.5倍，届时可再生能源和核能将占全部电力供应的一半。

IEA强调，电网拥堵是许多地区的“关键瓶颈”，“减缓了新的发电、储能和需求侧资源的部署。”该组织还强调，为了满足日益增长的电力需求，到2030年，电网年投资需要增加50%，而“日益依赖天气的发电来源组合”的储能是一个优先事项。

两种主要的储能技术已经在运行。抽水蓄能（PHS）和电池储能系统（BESS）被投资者视为补充可再生能源资产的关键低碳系统。

抽水蓄能利用廉价电力将水抽到高处，并在电力昂贵时释放水驱动涡轮机发电。它仍然是目前唯一能够存储吉瓦时，甚至于太瓦时能量的技术。许多国家选择对现有系统进行现代化改造和再投资，例如威尔士的这个项目，或者正在规划全新的项目。苏格兰的一个拟议开发项目将使英国现有的电力储能容量增加一倍以上，如果获得批准，这将是该国40多年来第一个大型抽水蓄能项目。

然而，传统抽水蓄能不适合缺乏山地地理或大型水库的国家。在这些情况下，锂离子电池是首选的储能形式。但使用电池也有缺点。传统的锂离子电池受限于容量（通常4-6小时）和由持续的充放电循环引起的寿命问题。

“电池已经取得了显著进步，但难以扩展到国家电网所需的水平，”IEC TC 82主席Tony Sample说，该技术委员会负责制定太阳能光伏系统标准。“更长期的储能解决方案——例如氢——将是必不可少的，特别是对于电气化不切实际的行业，如航空业。”

锂离子电池广泛应用于许多应用，但也有其他缺点，包括对关键矿产的依赖和热失控风险。因此，寻找新的或改进的长时储能（LDES）技术正在加速进行。每种方法在成本、效率和可扩展性方面都有权衡。

根据IEC TC 120主席Christian Noce的说法，该技术委员会负责制定电能储能系统标准，“一个EES系统非常复杂，包含多个子系统和组件。这就是为什么IEC TC 120采用系统级方法为并网EES系统创建一个通用框架，使设计、操作和安全更加一致和高效。”

液流电池

液流电池是一种可充电电池，使用两种不同的化学溶液（电解液）来储存能量。这些电解液储存在外部储罐中。该技术是可扩展的，因为可以通过增加储罐的尺寸来增加储能容量。它也比锂离子电池更安全，没有爆炸风险。

该技术的全球市场在2026年价值12.2亿美元，预计到2034年将达到28.8亿美元。当前的商业液流电池基于钒和锌化学体系。未来的商业部署包括瑞典的项目，而欧洲最大的液流电池正在德国劳芬堡建设中，其储能容量超过1.6GWh，输出功率超过800MW。

荷兰开发了一种新型液流电池，利用盐水溶液在充电时产生酸和碱液，然后储存在不同的储罐中。据称，一个Aquabattery可以使用20年，储存能量长达100小时。但液流电池技术需要对储罐和电解液进行高额初始投资，并且与锂离子相比能量密度低。

压缩空气

尽管压缩空气储能目前在全球只有两个站点在使用，但有很多项目正在规划中，包括德国、亚利桑那州、南澳大利亚以及英国。

CAES利用剩余或非高峰电力压缩环境空气并将其储存在地下压力下。在高峰用电时段，空气被加热并因此膨胀。这反过来驱动涡轮机，产生可以输出到电网的电力。CAES系统平均可以储存和发电8至12小时。变体包括先进CAES和液态CAES。然而，根据ScienceDirect上的这篇文章，从高资本成本、场地特定限制到监管流程等几个缺点正在阻碍该技术的更广泛采用。

热储能

热能存储技术正在商业部署中，包括在西班牙的雷阿尔城。正在建设中的该工厂将使用熔盐和蒸汽的闭环系统。盐将热量传递给水以产生过热蒸汽，然后蒸汽流过蒸汽轮机按需发电。开发商声称这将提供从8小时到8天的LDES，并且该解决方案可扩展到300MW及以上的大规模部署。另一个说法是，该系统具有25至35年的使用寿命，且不会衰减。

热储能也是聚光太阳能系统的主要卖点之一。这些电站在白天储存多余的热能。

Noor太阳能电站聚光阵列

摩洛哥南部的Noor太阳能电站声称是世界上最大的CSP设施，发电容量超过580MW——足以在日落后为超过110万摩洛哥人提供电力。CSP热储能的缺点之一是建造成本高昂。在恶劣的、通常是沙漠的条件下建造和维护聚光太阳能集热场往往比太阳能光伏和风能等其他形式的可再生能源更昂贵。尽管如此，研究人员表示，CSP市场正在强劲扩张，并以每年8.3%的速度增长，到2034年达到54亿美元。

氢潜力

可再生能源也可以通过电解转化为氢，用于更长期的储存。氢的一个优点是它本身可以用作燃料，例如为航空和航运提供动力，或者转换回电能。根据弗劳恩霍夫研究人员的说法，氢也可以以液态氨的形式储存和运输，使其特别适合长距离运输。

与锂离子电池不同，氢可以大量储存长时间而不会产生显著的能量损失。此外，使用可再生电力通过电解产生的所谓绿色或低碳氢具有“特别引人注目”的优势，因为它既支持脱碳又支持能源安全。但电解成本和缺乏现有基础设施仍然是一个问题。

尽管在IEC TC 120于2012年开始工作时，电池储能是商业上最成熟的技术，但该委员会有意识地构建了能够容纳任何EES储能技术的系统级标准，包括抽水蓄能、液流电池等。它制定的标准涵盖五个关键领域：术语（发布为IEC 62933‑1）；单元参数和测试方法（IEC 62933‑2）；规划和安装（IEC 62933‑3）；环境考虑（IEC 62933‑4）和安全（IEC 62933‑5）。

“重要的一点是，储能系统的效率不仅取决于特定技术，还取决于系统架构，”Noce解释说。“手机或汽车中的锂离子电芯在用户更换设备之前可能只能持续几百个循环。在并网储能系统中，相同的化学体系必须提供数千个循环。系统背景改变了一切。”

用于液流电池的具体国际标准由IEC TC 21制定，该委员会负责制定二次电芯和电池的标准。IEC 62932系列规定了固定应用的液流电池的性能以及钒液流电池电解液的测试。

该技术委员会还制定了锂电芯的安全和性能标准，以及将最初用于电动汽车的锂离子电池在储能系统中再利用的标准。2024年，它发布了IEC 63330-1，该标准规定了最初为其他应用（如电动汽车）制造的二次电芯、模块、电池包和电池系统再利用的一般要求。

测试和认证在电池的安全和性能方面发挥着重要作用。由IEC管理的四个IEC合格评定体系之一IECEE（IEC电工设备和组件合格评定体系）提供广泛的认证服务组合，包括电池安全、电池性能、最终产品中安装的电池安全性、能效、EMC和有害物质。

储能领域的创新速度很快，IEC每天都收到关于新型储能技术标准化的提案。Noce说：“如果标准过于狭隘地围绕当今的技术编写，它们就会成为未来技术的障碍。挑战在于保持技术中立。如果我们想避免给未来的创新制造障碍，这是必不可少的。”

因此，IEC看起来适合并准备好应对这个高度创新领域的未来需求。

作者：Adrian Pennington

国际电工委员会（IEC）是一个全球性的非营利会员组织，汇集了174个国家并协调全球30,000名专家的工作。IEC国际标准和合格评定支撑着电气和电子产品的国际贸易。它们促进电力接入，并验证电气和电子设备和系统（包括例如手机或冰箱等消费设备、办公和医疗设备、信息技术、发电等）的安全性、性能和互操作性。