一．概述
在機械能、熱能、化學能、輻射能、電能、核能等六種主要類型的能量中，除輻射能外，都能儲存在—些普通種類的能量形式中。例如機械能能儲存在動能或勢能中，電能能儲存在感應場能或靜電場能中，熱能能儲存在潛熱或顯熱中；而化學能和核能實際上就是純粹的儲存能形式。
無論是在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，能量儲存常常是非常重要的。例如對電力工業(yè)而言，電力需求的最大特點是晝夜負荷變化很大，巨大的用電峰谷差使峰期電力緊張，谷期電力過剩。如我國東北電網(wǎng)最大峰谷差已達最大負荷的37％，華北電網(wǎng)峰谷差更大，達40％。如果能將谷期(深夜和周末)的電能儲存起來供峰期使用，將大大改善電力供需矛盾，提高發(fā)電設備的利用率，節(jié)約投資。另外在太陽能利用中，由于太陽晝夜的變化和受天氣和季節(jié)的影響，也需要有一個儲能系統(tǒng)來保證太陽能利用裝置連續(xù)工作。
衡量儲能材料及儲能裝置性能優(yōu)劣的主要指標有：儲能密度；儲存過程的能量損耗；儲能和取能的速率；儲存裝置的經(jīng)濟性；壽命(重復使用的次數(shù))以及對環(huán)境的影響。表2－6．給出了某些儲能材料和裝置的儲能密度。顯然作為核能和化學能的儲存者，即核燃料和化石燃料有很大的儲能密度，而電容器、飛輪等儲能裝置的儲能密度就非常小。
在實際應用中涉及到的儲能問題主要是機械能、電能和熱能的儲存。
二．機械能的儲存
機械能能以動能或勢能的形式儲存。動能通常可以儲存于旋轉的飛輪中。一個旋轉飛輪的動能可以用下式計算：
式中：
n——飛輪的轉速；
I——飛輪的慣性矩。
在許多機械和動力裝置中常采用旋轉飛輪來儲存機械能。例如在帶連桿曲軸的內燃機、空氣壓縮機及其它工程機械巾都利用旋轉飛輪儲存的機械能使氣缸中的活塞順利通過卜死點，并使機器運轉更加平穩(wěn)；曲柄式壓力機更是依靠飛輪儲存的動能工作。在核反應堆中的主冷卻劑泵也必須帶一個巨大的重約6t的飛輪，這個飛輪儲存的機械能即使在電源突然中斷的情況下仍能延長泵的轉動時間達數(shù)分針之久，而這段時間是確保緊急停堆安全所必須的。
機械能以勢能方式儲存則是最古老的能量儲存形式之一，包括彈簧、扭力桿和重力裝置等。這類儲存裝置大多數(shù)儲存的能量都較小，常被用來驅動鐘表，玩具等。需要更大的勢能儲存的，則只有采用壓縮空氣儲能和抽水儲能。
壓縮空氣是工業(yè)中常用的氣源，除了吹灰、清砂外，還是風動工具和氣動控制系統(tǒng)的動力源?，F(xiàn)在大規(guī)模利用壓縮空氣儲存機械能的研究已呈現(xiàn)誘人的前景。它是利用地下洞穴(例如廢棄的礦坑、廢棄的油田或氣田、封閉的含水層、天然洞穴等)來容納壓縮空氣。供電需要量少時，利用多余的電能將壓縮空氣壓入洞穴。當需要時，將壓縮空氣取出，混入燃料并進行燃燒，然后利用高溫煙氣推動燃氣輪機做功，所發(fā)的電能供高峰時使用。與常規(guī)的燃氣輪機相比，因為省去了壓縮機的耗功，故可使燃氣輪機的功率提高50％。
利用谷期多余的電能，通過抽水蓄能機組(同一機組兼有抽水和發(fā)電的功能)將低處的水抽到高處的上池(水庫)中，這部分水量以勢能形式儲存，待電力系統(tǒng)的用電負荷轉為高峰時，再將這部分水量通過水輪機組發(fā)電。這種大規(guī)模的機械能的儲存方式已成為世界各國解決用電峰谷差的主要手段。
抽水蓄能電站一般可以分為兩類：
1．純抽水蓄能電站
純抽水蓄能電站是指上水庫無天然的徑流量，全憑動力從下水庫抽取水量。水在上、下水庫之間循環(huán)使用，但由于蒸發(fā)、滲漏要損失水量，所以下水庫必須有徑流補充。純抽水蓄能電站純粹是為了滿足電力系統(tǒng)調峰填谷的需要而興建的。它的特點是：站址選擇自由，要求靠近用電負荷中心或電源點，水頭高，水源充沛，地質條件優(yōu)越；相應的水工建筑物及引水系統(tǒng)規(guī)模小；造價低，投資少。它以日、周調節(jié)性能為主。西方國家已大量發(fā)展這種純抽水蓄能電站。
2．混合式抽水蓄能電站
在混合式抽水蓄能電站內通常裝有一定容量的抽水蓄能機組。發(fā)電用水來源一部分靠徑流，一部分靠抽儲的水量。它在電力系統(tǒng)中兼有常規(guī)水電站和純抽水蓄能電站的雙重功能，對于解決發(fā)電用水與其它季節(jié)性用水之間的矛盾特別有用。利用抽水蓄能可以使某些只能在雨季發(fā)電的電站也能全年發(fā)電。
三．電能的儲存
由于峰谷用電的不均衡，電能的儲存有很大的實用意義。除上述利用谷期多余的電能來抽水蓄能，即以機械能的形式儲存外，電能還能以化學能的形式儲存于蓄電池中。
電池一般分為原電池和蓄電池。原電池只能一次使用，不能再充電，故又稱一次電池；蓄電池則能多次充電循環(huán)使用，所以又稱二次電池。因此只有蓄電池能通過化學能的形式儲存電能。 蓄電池是利用電化學原理，充電儲存電能時，在其內發(fā)生—個可逆吸熱反應將電能轉換為化學能；放電時，在蓄電池中的反應物在一個放熱的化學反應中化合并直接產(chǎn)生電能。
蓄電池由正極、負極、電解液、隔膜和容器等五個部分組成。通常將蓄電池分為鉛酸蓄電池和堿性蓄電池兩大類。鉛酸蓄電池歷史最久，產(chǎn)量最大，價格便宜，用途最廣。按用途又可將鉛酸蓄電池分為起動用、牽引車輛用、固定型及其它用四系列。堿性蓄電池包括鎘—鎳、鐵—鎳、鋅—銀、鎘一銀等品種。常用蓄電池的特性見表2-7。表2-8給出了它們的使用特點和用途。
一些正在研究新的蓄電池有：有機電解液蓄電池，例如鈉一溴蓄電池、鋰一二氧化硫和鋰一溴蓄電池，它們的特點是成本低；金屬一空氣蓄電池，主要是鋅一空氣蓄電池，它是以鋅作負極，作為氧化劑的空氣制成的氣體電極為正極，其特點是比能量大；使用熔鹽或固體電解液的高溫蓄電池，例如鈉一硫蓄電池，可以在300—350℃之間運行。
為了減少現(xiàn)有內燃機汽車對環(huán)境的污染，無污染的電動汽車日益受到人們的青睞，而廉價、高效、能大規(guī)模儲存電能的蓄電池正是電動汽車的核心。在這種需求的刺激下，蓄電池一定會有新的突破。
四．熱能的儲存
熱能是最昔普遍的能量形式，所謂熱能儲存就是把一個時期內暫時不需要的多余熱量通過某種方式收集并儲存起來，等到需要時再提取使用。
從儲存的時間來看，有三種情況：
(1)隨時儲存。以小時或更短的時間為周期，其目的是隨時調整熱能供需之間的不平衡，例如熱電站中的蒸汽蓄熱器，依靠蒸汽凝結或水的蒸發(fā)來隨時儲熱和放熱，使熱能供需之間隨時維持平衡。
(2)短期儲存。以天或周為儲熱的周期，其目的是為了維持一天(或—周)的熱能供需平衡。例如對太陽能采暖，太陽能集熱器只能在白天吸收太陽的輻射熱，因此集熱器在白天收集到的熱量除了滿足白天采暖的需要外，還應將部分熱能儲存起來，供夜晚或陰雨天采暖使用。
(3)長期儲存。以季節(jié)或年為儲存周期，其目的是為了調節(jié)季節(jié)(或年)的熱量供需關系。例如把夏季的太陽能或工業(yè)余熱長期儲存下來，供冬季使用；或者冬季將天然冰儲存起來，供來年的夏季使用。
熱能儲存的方法一般可以分為顯熱儲存、潛熱儲存和化學儲存三大類。
1．顯熱儲存
顯熱儲存是通過使蓄熱材料溫度升高來達到蓄熱的目的。蓄熱材料的比熱容越大，密度越大，所蓄的熱量也越多。表2—9給出若干蓄熱材料的蓄熱性質。從表中可以看出，水的比熱容最大，單位體積的熱容也最大，因此水是一種比較理想的蓄熱材料。在蓄熱材料的選擇方面，價格便宜且易大量取得，無疑也是一個重要的因素。在太陽能采暖系統(tǒng)中都必須配備蓄熱裝置，對于采用空氣作為吸熱介質的太陽能采暖系統(tǒng)通常選用巖石床作為熱儲存裝置中的蓄熱材料(見圖1-25)，對采用水作為吸熱介質的太陽能采暖系統(tǒng)則選用水作為蓄熱材料(見圖2-26)。
2．潛熱儲存
潛熱儲存是利用蓄熱材料發(fā)生相變而儲熱。由于相變的潛烘比顯熱大得多，因此潛熱儲存有更高的儲能密度。通常潛熱儲存都是利用固體一液體相變蓄熱；因此，熔化潛熱大、熔點在適應范圍內、冷卻時結晶率大、化學穩(wěn)定性好、熱導率大、對容器的腐蝕性小、不易燃、無毒、價格低廉，是衡量蓄熱材料性能的主要指標。表2—10給出了常用的低溫潛熱蓄熱材料的性質。
液體一汽體相變蓄熱應用最廣的蓄熱材料是水，因為水有汽化潛熱較大、溫度適應范圍較大、化學性質穩(wěn)定、無毒、價廉等許多優(yōu)點。不過水在汽化時有很大的體積變化，所以需要較大的蓄熱容器，只適用于隨時儲存或短期儲存。
3．化學能儲存
化學能儲存是利用某些物質在可逆化學反應中的吸熱和放熱過程來達到熱能的儲存和提取。這是一種高能量密度的儲存方法，但在應用上還存在不少技術上的困難，目前尚難實際應用。
4．地下含水層儲熱
采暖和空調是典型的季節(jié)性負荷，如何采用長能儲能的方法來應付這類負荷一直是科學家關注的問題。地下含水層儲熱就是解決這一問題的途徑之一。
含水層儲熱是利用地下巖層的孔隙、裂隙、溶洞等儲水構造以及地下水在含水層中流速慢和水溫變化小的特點，用管井回灌的方法，冬季將冷水或夏季將熱水灌入含水層儲存起來。由于灌入含水層的冷水或熱水有壓力，它們推擠原來的地下水而儲存在井周圍的含水層里。隨著灌入水量的增加，灌人的冷水或熱水不斷向四周遷移，從而形成“地下冷水庫”或“地下熱水庫”。當需要提取冷水或熱水時，再通過管井抽取。
五．核能的儲存
從表2-6可以看出，如果將核能像化學能一樣僅僅看作一種儲存能量的形式，則核能的比儲存能量比任何儲能形式都大出許多倍。例如鈾—235在核裂變反應中理論上的比儲存能量高達
