1.2.3 能源的储存

无论在日常生活中，还是在工业生产中，对大多数能量转换或利用系统而言，获得的能量和需求的能量常常是不一致的，为了保证能量利用过程的连续进行，就必须有某种形式的能量储存措施或专门设置一些储能设备。在实际应用中涉及的储能问题主要是机械能、电能和热能的储存。

（1）机械能的储存

在许多机械和动力装置中，常采用旋转飞轮来储存机械能。例如，在带连杆曲轴的内燃机、空气压缩机及其他工程机械中都利用旋转飞轮储存的机械能使汽缸中的活塞顺利通过上死点，并使机械运转更加平稳；曲柄式压力机更是依靠飞轮储存的动能工作。

机械能以势能方式储存是最古老的能量储存形式之一，包括弹簧、扭力杆和重力装置等。这类储能装置大多数储存的能量都较小，常被用来驱动钟表、玩具等。需要更大的势能储存时，只能采用压缩空气储能和抽水储能。

压缩空气储存机械能是利用地下洞穴（如废弃的矿坑、废弃的油田或气田、封闭的含水层、天然洞穴等）来容纳压缩空气。供电需要量少时，利用多余的电能将压缩空气压入洞穴；当需要时，再将压缩空气取出，混入燃料进行燃烧，然后利用高温烟气推动燃气轮机做功，所发的电能供高峰时使用。与常规燃气轮机相比，因为省去了压缩机的耗功，可使燃气轮机的功率提高50%。

利用谷期多余的电能，通过抽水蓄能机组（同一机组兼有抽水和发电的功能）将低处的水抽到高处的上池（水库）中，这部分水量以势能形式储存，在用电高峰期将这部分水量通过水轮机组发电。这种大规模的机械能储存方式已成为世界各国解决用电峰谷差的主要手段。

（2）电能的储存

对于电力工业而言，电力需求的最大特点是昼夜负荷变化很大，巨大的用电峰谷差使峰期电力紧张，谷期电力过剩。如果能将谷期（深夜和周末）的电能储存起来供峰期使用，将大大改善电力供需矛盾，提高发电设备的利用率，节约投资。另外，在太阳能利用中，由于太阳昼夜的变化和受天气、季节的影响，也需要有一个储能系统来保证太阳能利用装置的连续工作。

日常生活和生产中最常见的电能储存形式是蓄电池，它先将电能转换为化学能，在使用时再将化学能转换成电能。此外，电能还可储存于静电场和感应电场中。

（3）热能的储存

热能储存，就是把一个时期内暂时不需要的多余热量通过某种方式收集并储存起来，等到需要时再提取使用。从储存的时间来看，有3种情况：

① 随时储存。以小时或更短的时间为周期，其目的是随时调整热能供需之间的不平衡。例如热电站中的蒸汽蓄热器，依靠蒸汽凝结或水的蒸发来随时储热和放热，使热能供需之间随时维持平衡。

② 短期储存。以天或周为储热的周期，其目的是维持1天（或1周）的热能供需平衡。例如对太阳能采暖，太阳能集热器只能在白天吸收太阳的辐射热，因此集热器在白天收集到的热量除了满足白天采暖的需要外，还应将部分热能储存起来，供夜晚或阴雨天采暖使用。

③ 长期储存。以季节或年为储存周期，其目的是调节季节（或年）的热量供需关系。例如把夏季的太阳能或工业余热长期储存下来，供冬季使用；或者冬季将天然冰储存起来，供来年夏季使用。

热能储存的方法一般可分为显热储存、潜热储存和化学储存3大类。

显热储存是通过蓄热材料温度升高来达到蓄热的目的。潜热储存是利用蓄热材料发生相变而储热。由于相变潜热比显热大得多，潜热储存有更高的储能密度，储存同样多的热量，潜热蓄能器所需要的容积比显热储能设备要小得多。化学能储存是利用某些物质在可逆反应中的吸热和放热过程来达到热能的储存和提取。这是一种高能量密度的储存方法，但在应用上还存在不少技术上的困难，目前难以进行实际应用。