今年夏天，四川各地持续高温，电力供需紧张形势进一步加剧。在大家的印象里，四川水资源丰富，拥有多座巨型水电站，水电装机容量和发电量，均居全国第一的水电大省，为何会在夏季出现电力缺口？

今年极为异常的高温干旱，是最主要的直接原因。严峻的高温干旱灾害性天气，让四川面临历史同期最高的极端高温、历史同期最少的降水量、历史同期最高的电力负荷三“最”叠加的局面。

现代人的世界，离不开电

电能作为现代社会的运行基础，广泛应用于生产生活的各个领域。发电站将风能、水能、煤炭中贮存的化学能等类型的能量转换为电能，利用电网传输到千家万户，人们再按照自己需求将电能转换成别的能量。举个例子，远方的发电站生产出的电力传输到了你家里，你再用电来照明（电能转换成光能），做饭（电能转换成热能），洗衣服（电能转换成机械能）。

目前的发电模式有一个很重要的特点：消耗多少就生产多少。发电厂的发电功率是根据电网另一端的用电功率实时调整的，到晚上大家要开灯了，发电机的发电功率会根据电网的参数实时调整，发电功率和用电功率处在一个动态的平衡当中。

四川省内的电站，采用水利发电的装机量是总发电装机量的百分之八十二，而径流式水电站（河里流过多少水就发多少电，没有存水的水库）又占到水电总装机的百分之六十。水利发电站的发电功率受制于河流水量的大小。

丰水期水流较大，水电站如果将流过的水全部用于发电，电量消耗不完，因此出现了能量多余，只能将一部分水直接放走。而在枯水期，水流太小，将所有流过的水用于发电也无法满足电力需求，导致能量缺乏。

径流式水电站在实际运行时，不可避免地会遇到以上两种情况，导致发电能力有时候被浪费了，有时候又不能满足用电需求。

输电线路，效率高但规划建造需要时间。我国的电能输送技术目前可以说是蓝星最强（国家电网：低调，低调），在电网的设计初期，会考虑到各地的用电量需和发电站的发电功率，规划合适的布局，尽可能最大化的利用发电站的发电能力，减少能源的浪费。然而，要是遇到几十年一遇的极端情况的话，设计的电网也会有没能力招架的时候。

电网系统的后盾——储能技术

当电网没能力招架了怎么办？这时候就需要储能设施出场救急了。储能设施是干什么的呢？打个比方，它相当于一个小金库，把平时多出来的电能存到储能设施里，有需要的时候再取出来用。这样才是能量利用率最高的解决办法。储能系统种类繁多，各有特色，主要有抽水蓄能、飞轮储能、压缩空气储能、电化学储能、超级电容器储能。

目前世界上装机容量最多的电网储能设施是抽水蓄能电站，在用电低谷时，抽水蓄能电站利用网的多余发电量，将水从低处的水库抽取到高处的水库储存起来；到用电高峰期时，再利用抽到高处水库中的水进行发电。这样一来，平时多余的电能让抽水蓄能电站储存起来，在发电站无法满足用电需求时，再由抽水蓄能电站发电，分担发电站的压力。

风力发电和太阳能发电的发电功率波动很大，而且很迅速。风刮一会儿停一会儿，或是云朵把太阳遮了一会儿，两者的发电功率跟过山车似地波澜起伏。这也是现在的风力发电和光伏发电能量利用率不高的重要原因，波动太快导致电网无法承受。（电网：我的小心脏受不了这种波澜）。有效提高这些电能利用率的办法，也是建造储能设施。在发电功率冗余的时候把电能存起来，然后发电功率不足时辅助放电，把发电功率给“熨平”，这样电网才能承受。

抽水电站能胜任这个工作吗？不行，对于光电和风电来说，抽水蓄能电站的反应速度总是“慢半拍”，没办法满足要求。抽水蓄能电站储备能量通常需要几天的时间，而且建设抽水蓄能电站对环境的要求也比较高。因此目前的抽水蓄能电站几乎都用于在电力系统处于较大载荷时分担发电压力。

化学电池目前最有希望满足上述要求，化学电池的充放电切换迅速，反应极快。生活中最常见的储能设备就是化学电池了。手机、平板、电动汽车的储能设备都是化学电池。不过电池的性能虽好，大规模使用还是会面临成本问题。以平时使用的手机充电宝为例，在不考虑损耗的理想情况下，需要7.5个容量一万毫安时的充电宝才能存下一度电。这还是使用了能量密度很高（当然，价格也很感人）的锂离子电池的情况下。

除此之外，国内外有哪些储存大量能量的储能技术呢？

1.压缩空气

原理也很简单，就是用压缩机把空气压缩成高压空气存起来，发电的时候把空气再放出来，用涡轮发电。能量转换就是先把电能转化为空气的内能，然后再把内能转为电能，压缩空气原理很简单，但是实现起来比抽水复杂多了。

首先，空气压缩的过程中会产生大量的热量，导致发热，温度越高越难压缩，要想压缩到高压，比如10Mpa，100个大气压，必须得降温。但是降温就会导致空气的能量损失，很矛盾。其次，压缩后的高压空气装在哪？装在气瓶里，则成本上升，而且还危险，并且储存期间还要做好保温，不然漏热了又造成能量浪费。

对于前面提到的温度高的问题，有的系统设计会分级压缩，一次加压别太多，而且每次压缩中间会加上热交换器。第一，是把空气温度降下来；第二，就是把空气降温散出来的能量利用起来，比如，在放气发电的时候，可以用这个能量去加热空气，多多少少能提高点效率。

第二个问题就比较麻烦了，储存高压空气，目前世界上的主流做法说出来你估计大吃一惊，那就是把它们充到地下，比如岩洞、矿井，通常都是在地下几百米。世界上现在最著名的地下储气项目是德国，在1978年投入运营一个电站，空气储存在地下600米的矿井中，气压10兆帕，矿洞总容积31万立方米，输出功率可以达到290兆瓦，能连续充电八小时，连续发电两小时。

美国阿拉巴马州有一个是1991年投入运营，在地下450米，气压7.5兆帕，总容积56万立方米，发电功率110兆瓦，可以连续充气41小时，连续发电26小时。中国起步特比较晚，最大的项目就是2020年8月开工建设的江苏金坛盐穴储气项目，总投资55个亿。第一期规划功率60兆瓦，长期规划能达到1000兆瓦。金坛的盐矿很有名深750-900米，面积约60平方公里，盐储量达162亿吨，被称为江南第一矿。盐采出来之后，剩下的盐穴密封效果很好，用来储存点燃器以及压缩空气，很合适。压缩空气储能的一个大问题，就是效率太低，差不多也就20%，30%都很高了。相比抽水电站的70%-80%，低多了。

2.中国有啥特别的技术？

作为人类目前使用最为广泛的能源，电力的重要性不言而喻，中国更是已经成为全球最大的发电国，发电总量接近美国的两倍，这也令人好奇，那么中国发出来的电力够用吗？如果用不完，发电厂多发的电去哪了，能够被直接储存起来吗？对此有专家表示：想要直接储存电力，对于人类而言依然太困难了，毕竟蓄电池的容量有限，根本不可能被大规模储存，然而中国却用了多种巧妙的方法，成功实现了电力的长期储存，那么中国又是咋做的呢？

电厂里的电力，基本上都是即发即用的，如果发电量不足，那么会产生用电荒问题，出现许多地区停电的情况，而到了用电低峰期，电力如果用不完，那么很容易就会被浪费掉，既然如此，能否将低峰期的电力转移到高峰期来使用呢？火力发电站还能够通过增加或者减少煤炭的消耗来实现，而水电、风电以及核电等，发电量都是很难控制的，所以无法靠调节电力输出来解决问题。

对此，中国选择发明出抽水蓄能电站，这是一种全新的储能发电手段，它一般建设在地势较高的位置，比如山顶，在用电低峰期，可以通过抽水机将位于低处的水源收集到高的位置，从而源源不断积蓄水的势能，而到了用电高峰期，就可以提前开闸放水，让电站转化为发电模式，以解决高峰期用电紧张的难题，虽然这种电站原理并不复杂，但想要建设并不容易，需要很大的投资规模，而且对地形的要求也非常高，如果是平原地区，就不适合建设它。

所以，国内科学家又想出了一种全新的储能手段，那就是利用地下盐穴，要知道在地底，其实有着很多较大空间的盐穴，并且它的密封性如果足够良好的话，那么就可以将空气储存到里面，从而形成一个高压气罐，利用里面储存的高压气体，同样可以起到发电的目的，这样在用电低峰期，这种电站选择压缩空气储存能量，而到了用电高峰期，则会释放空气从而推动发电机做功，即使是在平原地区，也能够用这种电站来发电。

那么能不能直接用电池来储存电力呢？过去，受电池容量限制，想要存储足够一座城市使用的电力，那么电池的体积将十分巨大，并且成本也会高到难以估量，无论是锂电池，还是铅酸蓄电池，都很难做到这一步，而大连出现的全钒液流电池，则让这一切成为了可能，因为靠它，可以为城市储存住10万千瓦时的电力，足以缓解一个地区的用电压力，全球只有中国掌握这种技术。

尾声：电池技术的发展，没有摩尔定律可言

摩尔定律是英特尔创始人之一戈登·摩尔的经验之谈，其核心内容为：集成电路上可以容纳的晶体管数目在大约每经过18个月到24个月便会增加一倍。换言之，处理器的性能大约每两年翻一倍，同时价格下降为之前的一半。

在电池行业，这句话可以这么说：大约每两年电池能量密度翻一番，或是同等的能量密度下价格降低一半，当然，这在电池行业简直是天方夜谭。锂离子电池产业发展二十多年来，一直集中在通信、消费电子以及电动汽车行业，在应用规模更大的储能电池行业，由于锂电池的成本高、且难以应对穿刺、冲撞以及高低温等特殊环境，大规模储能电池的应用始终停留在实验阶段。电池技术的发展，还有很长的路要走。

目前，国内外储能技术的主要研究方向都是电化学储能，一些新技术在实验室阶段也取得了可喜的进展。不过，新技术从实验室走向实用阶段，还有很远的路要走。当储能技术和输电技术发展到一个全新的水平时，我们有望摆脱对化石能源的重度依赖。每一次能源行业的重大进展，都将人类带到了一个全新的发展阶段，未来会是如何，技术的进步会给我们这些普通人的生活带来什么样的变化呢？让我们拭目以待。

文章来源： 中科院物理所，思远防务 ，娄底骄阳光伏瓦