什么是储能装置？电池与电池有何不同？电的真正奇迹是什么？人类的整个进化与我们以各种形式提取能量的能力密切相关。但当将热量、压力和功转化为电能的技术出现时，真正的革命才真正到来。多亏了这一点，我们学会了如何传输和储存能量。没有存储，电力系统效率的进一步提高是不可能的。

将 18650 锂离子电池装入电池中

每当人们掌握新的能源处理方式时，就会发生技术革命。在通往现代文明的道路上，我们始终如一地学会首先以与我们接收能量相同的形式使用能量，然后我们能够将其转化为功，然后进行运输。

最近，按照历史标准，广泛应用的储能技术已经出现。与之相关的技术和社会变革才刚刚开始，并将继续发展。

为了不整段复述一本物理教科书，为了本文的目的，我们将能量的概念定义如下：它是一个可测量的量，它表征了一个物体或系统可以完成的最大工作量。能量不能被创造或消灭（根据能量守恒定律），只能在物体之间转移，或从一种形式转换为另一种形式。宇宙中的能量是有限的，不可能全部使用——做任何功都不可避免地会损失一部分（这就是熵）。

对于整个地球来说，能量的来源是太阳，它以电磁辐射的形式释放出同样的能量。辐射温暖所有生物，也被光合生物用来将无机物质转化为有机物质。后者反过来成为整个食物链的基础，从物理角度来看是一系列的能量转换。

人们走得更远，学会了不仅要满足饥饿，还要提高生活效率。即更充分地利用可利用的能源，决定了现代文明的出现。它始于一百万多年前 -有可靠的证据表明，此时我们和您一样的人属的代表至少已经知道如何使用自然火。40万年前，世界各地的古人遗址都发现了篝火。

直到我们这个时代到来之前的第二个或第三个千年，柴火（更少见 - 煤，泥炭和动物粪便）仍然是人们可用的唯一主要能源。然后，几乎同时，我们利用各自的工厂利用水和风。后来，其他可燃矿物被添加到其中 - 石油和天然气。直到 19 世纪末，人们才开始掌握地热能、原子能和太阳能。

木柴成为人类可用的第一种主要能源。这个术语特别重要——它是任何尚未转化或用于做功的能量形式的名称。在这种情况下，一次能源的使用几乎没有变化（转换次数最少）：燃料被转化为热能，用于取暖、烹饪和加工工具。

这些是利用能量的非常原始的方式，超越了通过自然过程获得的能量形式。但即使是它们也让我们的祖先成为地球上最成功的哺乳动物，并以多种方式刺激了它们的进化。

直到 17 世纪末，一个人都可以自己或使用动物来做有用的工作。将能量转化为功是非常有限的——只能借助风车或水车。但他们的范围极其狭窄，要么是因为领土依附于河流，要么是因为天气的不稳定。因此，除了水力和风力之外，一次能源完全以热能的形式使用。

一切在 1712 年发生了变化，当时英国发明家托马斯·纽科门 ( Thomas Newcomen ) 终于使他的蒸汽机出现了或多或少的适销对路的外观。该设备设计简单，可以从矿井中抽水，这永远改变了采矿业：开发以前无法进入的矿井成为可能。

苏格兰工程师詹姆斯·瓦特 (James Watt ) 的后续改进促成了双作用蒸汽机的开发。这反过来又推动了工业革命的开始，因此这位传奇科学家的名字以功率单位瓦特的名义永垂不朽。

大量引入蒸汽机后，工业劳动生产率提高了几个数量级。这导致了工业化，从而引起了世界各地社会经济结构的根本变化——这一切都归功于一种广泛适用的将能源转化为工作的方法的发明。

有一个问题：一次能源的来源不能离工作地点太远，因为他们不知道如何运输。因此，热量必须转化为一种中间形式的能量（二次），这种能量可以远距离传输，并且在需要时也很容易转化为有用的作用。电动机和发电机解决了这个问题，这些电动机和发电机的工业样品是在 19 世纪末制造的。

电气化达到令人难以置信的高度，在全球范围内提高了人类活动的效率。首先，它消除了白天的限制：在“爱迪生灯”出现之前，任何工作要么在白天进行，要么伴随着相当大的火灾甚至爆炸风险（在矿山、工厂和制造厂）。

其次，热机的效率越高，它们越大：摩擦损失和热再辐射呈线性增长，工作容积（因此，传递给工作的热量）与尺寸的立方成比例增加。许多小型蒸汽机（针对每个企业或机器）的效率总是低于一台与其总功率相等的大型蒸汽机。也就是说，在强大的发电机上产生二次能源（电力）并将其输送给消费者更有利可图。

今天，人类实际上已经在一次能源的生产、转化为电能和进一步运输方面达到了最高效率。一些改进可能是可能的，新一代方法将会出现，但即使是热核能也不能指望革命性的飞跃。

提高电力系统效率的主要活动领域是负载分配和平衡。这就是为什么储能设备在未来几十年有机会成为推动经济发展，尤其是工业发展的关键技术。

在工业化之前，人类只大量使用一种储能方式——陶轮。它是一种飞轮（动能储存器），由短时间的力（推动手或用脚摆动杠杆）驱动，并在较长时间内均匀做功。换句话说，它不仅可以储存能量，还可以随着时间的推移转移能量——它可以让你比积累的能量消耗得更久、更晚。

很长一段时间，即使在工业革命之后，电力系统也不是特别需要这两个特性。一旦出现城市规模的电网，其中的负载平衡就落在了备用容量上——它们只是在需要时打开。是的，这样的发电厂效率较低，但它们不需要持续工作。并且由于容量大，电网的规模在很大程度上保证了电流特性和供电功率的均匀性。对于绝大多数消费者来说，由于负载快速变化而导致的电压和频率波动是可以容忍的。

无火蒸汽机车几乎被遗忘，但仍然是一种已经使用了一百多年的原始能量存储设备的绝佳例子。它们的操作原理简单可靠：完全普通的蒸汽机车底盘由蒸汽提供动力，蒸汽不是在自己的熔炉中产生的，而是在别处产生的。过热蒸汽的供应包含在一个巨大的水箱中，该水箱位于锅炉的位置。从 1870 年代到 20 世纪中叶，它们在需要防火机车的设施中得到积极使用。在极少数情况下，如果企业有过剩的动力，它们现在仍在使用。在这种情况下，它们甚至比柴油发动机更有利可图。在照片中 - 一辆战前生产的克虏伯无火蒸汽机车在现代演示中正常工作（2011）。

为了在主要能源系统之外为运输和其他需求提供动力，碳氢化合物燃料被证明是很方便的——从广义上讲，它也是一种储能设备。毕竟，它是从一次能源及其成本中生产出来的。但环境问题和化石资源的有限性将很快终结它们。

出于同样的原因，发电能力的结构也在发生变化——越来越多的一次能源来自可再生能源。它们的不同之处在于对自然奇思妙想的依赖，并且在使用它们时，备用（峰值）发电厂的重要性只会增加。相反，甚至是储能，因为平均而言，峰值发电比基础发电“更脏”且效率更低。

对于工程师或物理学家来说，电池和储能设备的概念是相同的——这是允许您以一种或另一种形式存储能量的任何设备（工程结构）。由于能量的形式非常多，储存能量的方式也非常多样，不容易归类。可以将存储设备本身中能量转换的存在或不存在作为基础。然后我们可以有条件地将所有累加器分为两类：

• 通过外部能量转换——动能（飞轮）、热能、重力（升高的负载）、液压；
• 和内部 - 可逆电化学电池（蓄电池）。

它们的区别在于，前者靠储存的能量可以直接做机械功，而后者产生电能或热能，还需要转化为有用的作用。然而，这种划分仅出于理论上的目的才有意义，而在实践中，电池的具体参数是决定性的。以下是其中最重要的：能量密度、比能量（重力能量密度）、累积和返回率（充电和放电）、比和最大输出功率、组件可用性（成本）、效率（转换效率）、耐用性和自-放电率（能量损失）。

为简单起见，我们将考虑储能设备的主要类别，仅根据其存储时间和可用容量的比率来比较它们。