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一．概述
在机械能、热能、化学能、辐射能、电能、核能等六种主要类型的能量中，除辐射能外，都能储存在—些普通种类的能量形式中。例如机械能能储存在动能或势能中，电能能储存在感应场能或静电场能中，热能能储存在潜热或显热中；而化学能和核能实际上就是纯粹的储存能形式。
无论是在工业生产和日常生活中，能量储存常常是非常重要的。例如对电力工业而言，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。如我国东北电网最大峰谷差已达最大负荷的37％，华北电网峰谷差更大，达40％。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和季节的影响，也需要有一个储能系统来保证太阳能利用装置连续工作。
衡量储能材料及储能装置性能优劣的主要指标有：储能密度；储存过程的能量损耗；储能和取能的速率；储存装置的经济性；寿命(重复使用的次数)以及对环境的影响。表2－6．给出了某些储能材料和装置的储能密度。显然作为核能和化学能的储存者，即核燃料和化石燃料有很大的储能密度，而电容器、飞轮等储能装置的储能密度就非常小。
在实际应用中涉及到的储能问题主要是机械能、电能和热能的储存。
二．机械能的储存
机械能能以动能或势能的形式储存。动能通常可以储存于旋转的飞轮中。一个旋转飞轮的动能可以用下式计算：
 (2—6)
式中：
n——飞轮的转速；
I——飞轮的惯性矩。
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、空气压缩机及其它工程机械巾都利用旋转飞轮储存的机械能使气缸中的活塞顺利通过卜死点，并使机器运转更加平稳；曲柄式压力机更是依靠飞轮储存的动能工作。在核反应堆中的主冷却剂泵也必须带一个巨大的重约6t的飞轮，这个飞轮储存的机械能即使在电源突然中断的情况下仍能延长泵的转动时间达数分针之久，而这段时间是确保紧急停堆安全所必须的。
机械能以势能方式储存则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。这类储存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的，则只有采用压缩空气储能和抽水储能。
压缩空气是工业中常用的气源，除了吹灰、清砂外，还是风动工具和气动控制系统的动力源。现在大规模利用压缩空气储存机械能的研究已呈现诱人的前景。它是利用地下洞穴(例如废弃的矿坑、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，将压缩空气取出，混入燃料并进行燃烧，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。与常规的燃气轮机相比，因为省去了压缩机的耗功，故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，待电力系统的用电负荷转为高峰时，再将这部分水量通过水轮机组发电。这种大规模的机械能的储存方式已成为世界各国解决用电峰谷差的主要手段。
抽水蓄能电站一般可以分为两类：
1．纯抽水蓄能电站
纯抽水蓄能电站是指上水库无天然的径流量，全凭动力从下水库抽取水量。水在上、下水库之间循环使用，但由于蒸发、渗漏要损失水量，所以下水库必须有径流补充。纯抽水蓄能电站纯粹是为了满足电力系统调峰填谷的需要而兴建的。它的特点是：站址选择自由，要求靠近用电负荷中心或电源点，水头高，水源充沛，地质条件优越；相应的水工建筑物及引水系统规模小；造价低，投资少。它以日、周调节性能为主。西方国家已大量发展这种纯抽水蓄能电站。
2．混合式抽水蓄能电站
在混合式抽水蓄能电站内通常装有一定容量的抽水蓄能机组。发电用水来源一部分靠径流，一部分靠抽储的水量。它在电力系统中兼有常规水电站和纯抽水蓄能电站的双重功能，对于解决发电用水与其它季节性用水之间的矛盾特别有用。利用抽水蓄能可以使某些只能在雨季发电的电站也能全年发电。
三．电能的储存
由于峰谷用电的不均衡，电能的储存有很大的实用意义。除上述利用谷期多余的电能来抽水蓄能，即以机械能的形式储存外，电能还能以化学能的形式储存于蓄电池中。
电池一般分为原电池和蓄电池。原电池只能一次使用，不能再充电，故又称一次电池；蓄电池则能多次充电循环使用，所以又称二次电池。因此只有蓄电池能通过化学能的形式储存电能。 蓄电池是利用电化学原理，充电储存电能时，在其内发生—个可逆吸热反应将电能转换为化学能；放电时，在蓄电池中的反应物在一个放热的化学反应中化合并直接产生电能。
蓄电池由正极、负极、电解液、隔膜和容器等五个部分组成。通常将蓄电池分为铅酸蓄电池和碱性蓄电池两大类。铅酸蓄电池历史最久，产量最大，价格便宜，用途最广。按用途又可将铅酸蓄电池分为起动用、牵引车辆用、固定型及其它用四系列。碱性蓄电池包括镉—镍、铁—镍、锌—银、镉一银等品种。常用蓄电池的特性见表2-7。表2-8给出了它们的使用特点和用途。
一些正在研究新的蓄电池有：有机电解液蓄电池，例如钠一溴蓄电池、锂一二氧化硫和锂一溴蓄电池，它们的特点是成本低；金属一空气蓄电池，主要是锌一空气蓄电池，它是以锌作负极，作为氧化剂的空气制成的气体电极为正极，其特点是比能量大；使用熔盐或固体电解液的高温蓄电池，例如钠一硫蓄电池，可以在300—350℃之间运行。
为了减少现有内燃机汽车对环境的污染，无污染的电动汽车日益受到人们的青睐，而廉价、高效、能大规模储存电能的蓄电池正是电动汽车的核心。在这种需求的刺激下，蓄电池一定会有新的突破。
四．热能的储存
热能是最昔普遍的能量形式，所谓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，有三种情况：
(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，其目的是为了维持一天(或—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，其目的是为了调节季节(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，供来年的夏季使用。
热能储存的方法一般可以分为显热储存、潜热储存和化学储存三大类。
1．显热储存
显热储存是通过使蓄热材料温度升高来达到蓄热的目的。蓄热材料的比热容越大，密度越大，所蓄的热量也越多。表2—9给出若干蓄热材料的蓄热性质。从表中可以看出，水的比热容最大，单位体积的热容也最大，因此水是一种比较理想的蓄热材料。在蓄热材料的选择方面，价格便宜且易大量取得，无疑也是一个重要的因素。在太阳能采暖系统中都必须配备蓄热装置，对于采用空气作为吸热介质的太阳能采暖系统通常选用岩石床作为热储存装置中的蓄热材料(见图1-25)，对采用水作为吸热介质的太阳能采暖系统则选用水作为蓄热材料(见图2-26)。
2．潜热储存
潜热储存是利用蓄热材料发生相变而储热。由于相变的潜烘比显热大得多，因此潜热储存有更高的储能密度。通常潜热储存都是利用固体一液体相变蓄热；因此，熔化潜热大、熔点在适应范围内、冷却时结晶率大、化学稳定性好、热导率大、对容器的腐蚀性小、不易燃、无毒、价格低廉，是衡量蓄热材料性能的主要指标。表2—10给出了常用的低温潜热蓄热材料的性质。
液体一汽体相变蓄热应用最广的蓄热材料是水，因为水有汽化潜热较大、温度适应范围较大、化学性质稳定、无毒、价廉等许多优点。不过水在汽化时有很大的体积变化，所以需要较大的蓄热容器，只适用于随时储存或短期储存。
3．化学能储存
化学能储存是利用某些物质在可逆化学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，目前尚难实际应用。
4．地下含水层储热
采暖和空调是典型的季节性负荷，如何采用长能储能的方法来应付这类负荷一直是科学家关注的问题。地下含水层储热就是解决这一问题的途径之一。
含水层储热是利用地下岩层的孔隙、裂隙、溶洞等储水构造以及地下水在含水层中流速慢和水温变化小的特点，用管井回灌的方法，冬季将冷水或夏季将热水灌入含水层储存起来。由于灌入含水层的冷水或热水有压力，它们推挤原来的地下水而储存在井周围的含水层里。随着灌入水量的增加，灌人的冷水或热水不断向四周迁移，从而形成“地下冷水库”或“地下热水库”。当需要提取冷水或热水时，再通过管井抽取。
五．核能的储存
从表2-6可以看出，如果将核能像化学能一样仅仅看作一种储存能量的形式，则核能的比储存能量比任何储能形式都大出许多倍。例如铀—235在核裂变反应中理论上的比储存能量高达
 ；在理论上0.6kg氚和0.4kg氘在聚变反应中的比储存能量更大，达 ，这是其它储能形式根本无法比拟的。即使是放射性同位素，它们的比储存能量也很高。
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