储能技术

-1-储储能能技技术术图图书书馆馆信信息息部部编编辑辑二二OO一一一一年年七七月月-2-储能技术的分类目前储能方式主要分为三类：机械储能、电磁储能、电化学储能。一、机械储能机械储能包括：抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能。1、抽水储能抽水储能是在电力负荷低谷期将水从下池水库抽到上池水库，将电能转化成重力势能储存起来，在电网负荷高峰期释放上池水库中的水发电。抽水储能的释放时间可以从几个小时到几天，综合效率在70%～85%之间，主要用于电力系统的调峰填谷、调频、调相、紧急事故备用等。抽水蓄能电站的建设受地形制约，当电站距离用电区域较远时输电损耗较大。2、压缩空气储能压缩空气技术在电网负荷低谷期将电能用于压缩空气，将空气高压密封在报废矿井、沉降的海底储气罐、山洞、过期油气井或新建储气井中，在电网负荷高峰期释放压缩的空气推动汽轮机发电。压缩空气主要用于电力调峰和系统备用，压缩空气储能电站的建设受地形制约，对地质结构有特殊要求。3、飞轮储能飞轮蓄能利用电动机带动飞轮高速旋转，将电能转化成机械能储存起来，在需要时飞轮带动发电机发电。飞轮系统运行于真空度较高的环境中，其特点是没有摩擦损耗、风阻小、寿命长、对环境没有影响，几乎不需要维护，适用于电网调频和电能质量保障。飞轮蓄能的缺点是能量密度比较低。保证系统安全性方面的费用很高，在小型场合还无法体现其优势，目前主要应用于为蓄电池系统作补充。二、电磁储能电磁储能包括：超导储能、电容储能、超级电容器储能。1、超导储能超导储能系统（SMES）利用超导体制成的线圈储存磁场能量，功率输送时无需能源形式的转换，具有响应速度快(ms级)，转换效率高(≥96%)、比容量(1-10Wh/kg)/比功率(104-105kW/kg)大等优点，可以实现与电力系统的实时大容量能量交换和功率补偿。SMES可以充分满足输配电网电压支撑、功率补偿、频率调节、提高系统稳定性和功率输送能力的要求。2、超级电容器储能超级电容器根据电化学双电层理论研制而成，可提供强大的脉冲功率，充电时处于理想极化状态的电极表面，电荷将吸引周围电解质溶液中的异性离子，使其附于电极表面，形成双电荷层，构成双电层电容。电力系统中多用于短时间、大功率的负载平滑和电能质量峰值功率场合，如大功率直流电机的启动支撑、态电压恢复器等，在电压跌落和瞬态干扰期间提高供电水平。三、电化学储能电化学储能包括铅酸电池、液流电池、钠硫电池等等。目前可用于大规模储能的电池主要是液流电池。信息来源：昊华储能网电力储能技术的崛起和发展在人类现代文明的发展中，电网是迄今为止建造的最复杂的系统工程之一，从发电，输电，配电直到用电，电网与国民经济和我们普通百姓的日常生活无不息息相关。但目前实际状况是：一方面传统电网存在智能化程度低、运行效率低等诸多亟待解决的问题，另一方面又面临全球范围内气候变暖、能源短缺的窘况。2003年，美国能源部组织相关专家对电力工业的现状和未来进行反思和展望，提出了“智能电网”的概念。2010年中国国家电网公司也明确提出了在2020年之前分三个阶段实施智能电网建设的具体规划。发展智能电网的目标是建设节能、环-3-保、高效、可靠、稳定的现代化电网，其中与之相配套的一个很重要的核心环节就是发展大规模的电力储能技术。首先建立大容量电力储能装置对电网的合理使用能起“削峰填谷”作用，即通过储存电网夜间用电低谷时充足的闲余电能，然后到白天用电高峰时反馈输出平抑，这样可大大提高发电设备的利用效率，为国家节约巨额投资。我们知道为应对因城市发展出现的用电快速递增而造成电网不堪负荷的状况，电力系统每年都要新增大量投资用于为电网扩充容量的基本建设，但实际利用率却非常低。以上海2004—2006年间统计数据为例，为解决全市每年约200小时的高峰用电负荷，仅对电网侧的投资每年就超过200亿元之多，而为此形成的输配电能力的年平均利用率却不到2％，造成了很大的浪费。其次大容量电力储能装置的建立和发展还对提高供电可靠性和电能质量起了关键作用。我们知道随着煤、石油等天然能源的日益枯竭和环境污染日趋恶化，极大地促进了世界各国竞相开发新能源，其中最具代表性的风能、太阳能等清洁能源发展极为迅速，但风能和太阳能发电受季节、气象和地域条件的影响，具有明显的不连续、不稳定性，发出的电力波动较大，可调节性差。这给传统电网带来了不少的麻烦。经测算，如果风力发电装机占电网容量比例达20%以上，则电网的调峰能力和安全运行将面临巨大挑战，而电力储能技术恰恰就是在很大程度上解决了风力发电和太阳能发电的随机性、间隙性和波动性等问题，可以实现其发电的平滑输出，并能有效调节因发电引起的电网相关参数波动，使大规模风力发电和太阳能发电能方便可靠地并入常规电网。眼下世界上储能技术发展归纳起来主要有物理储能（如抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等）、电化学储能（如钠硫电池、液流电池、铅酸电池、镍镉电池、超级电容器等）和电磁储能（如超导电磁储能等）这三大类。我们知道物理储能是目前世界上相对较成熟也是实际应用较早的一种储能方式，其能量转换效率可达70-75％左右，但因受地形和地质方面的条件限制，不具备大规模推广应用前景。电磁储能技术则很昂贵，现在还没有提到商业化的议事日程上来。相比之下，当今储能技术发展最快的要数电化学储能，其中钠硫电池是电力储能技术发展中崛起的一枝新秀。钠硫电池是美国福特（Ford）公司于1966年首先发明公布的，至今才40多年的历史。作为新型储能电池，钠硫电池具备许多诱人之处：一是比能量高，可达100WhKg-1以上，是铅酸电池的3倍；二是可制备成大容量电池，单体电池容量达600安时以上，能满足储能需求；三是充放电转换效率高，可达到80%；四是循环寿命长，预计将超过15年。当然，钠硫电池也有不足之处，其工作温度是300-350℃，需一定的加热保温，但采用真空绝热保温技术，已完全可解决这一问题。目前钠硫电池产业化应用的条件日趋成熟，日本在2002年率先开始将钠硫电池纳入商品化实施阶段，已建成运行包括世界上最大规模（9.6MW）的储能钠硫电池装置在内的大小不等的100多座储能电站，2009年NGK钠硫电池海内外订单量已达600MW。中国是继日本之后第二个进行研制大容量储能用钠硫电池国家，中国科学院上海硅酸盐研究所集过去几十年研制钠硫电池的技术储备与上海电力公司合作，于2006年底自行研制成功具有自主知识产权的650安时大容量储能用的钠硫单体电池，并于2010年上海世博会期间示范运行了100KW/800KWh的钠硫电池储能装置（见图示）。目前中国储能用的钠硫电池发展已正在进入产业化的前期准备阶段。综上所述，大力发展电力储能技术，为智能电网配套建设大规模高效储能装置，这既可以缓解发电与用电的时差矛盾，又可以解决风能和太阳能等间歇式可再生能源发电直接并网对电网的冲击，调节电能质量。很明显电力储能技术的重要性不容置疑。没有电力储能，智能电网的实现是根本不可能的，并且随着可再生能源发电技术的快速发展，电力储能技术必将成为电网安全、稳定、高效运行必不可少的技术支撑，具有非常巨大的潜在市场。-4-当然电力储能现还存在着需要解决的这样那样问题，在技术上还有待于进一步地完善和提高，尤其对储能电池来说，其性能提高和成本降低将是影响储能产业发展的最为关键因素。我们深信前途是光明的，道路是曲折的，只要我们坚持不懈地去为之努力，电力储能应用的辉煌明天就一定会早日到来。信息来源：北极星电力新闻网电力储能技术发展概述节约和利用有限的能源，很重要的一点在于储能。大规模储存电能可解决电力生产中的峰谷差难题；储能技术可提高电力系统供电可靠性；储能装置可提高系统稳定性，是风力发电、太阳能光伏发电或热发电等可再生能源发电设备必不可少的装备。就目前来看，各种新颖的储能方式已显示出良好的前景。1抽水储能电站抽水储能电站是当前唯一能大规模解决电力系统峰谷困难的途径。它需要高低2个水库，并需安装能双向运转的电动水泵机组，即水轮发电机组。电力系统处于谷值负荷时，电机带动水泵将低水库的水通过管道抽到高水库以消耗一部分电能；当峰值负荷来临时，高水库的水通过管道使水泵和电机逆向运转而变成水轮机和发电机发出电能供给用户，由此起到削峰填谷的作用。该方案的优点是技术成熟可靠，容量可做得很大；缺点是建造受到地理条件的限制，厂址一般远离负荷中心，有输电损耗，在抽水和发电两过程中都有相当数量的能量损失。2蓄电池储能(BESS)近年来，在独立运行的风力或太阳能电站中，蓄电池已成为基本的装备。铅酸电池是人们最熟悉的一种可充电电池，现在密封型免维护的铅酸电池已成为这类电池的主流。而近年来出现的铿离子二次电池则彻底解决了充放电的记忆效应，大大方便了使用，且因它的高储能密度，而很有可能用在电动汽车等交通工具中，如果能进一步提高储能密度，那么它将很有希望用于供电设备的储能。3飞轮储能飞轮贮能装置主要由复合材料飞轮、集成的发电机/电机、支撑轴承、电力电子及其控制系统、真空腔、辅助轴承和事故屏蔽容器组成。在20世纪90年代，飞轮储能装置被用于电力系统储能以实现削峰填谷的研究又转向高潮。其具体设想是:在谷值负荷时，将多余电力输人电机，使其驱动飞轮加速，这大概需要几个小时，然后飞轮保持在高速下转动；在出现峰值负荷时，让飞轮驱动电机发电，使飞轮的动能变成电能供给电网。在飞轮转速下降过程中采用变速恒频的电力电子技术，使输出电能的频率保持不变。飞轮机组可制成单元型，并安装在负荷附近。这样既可根据需要扩展，又可避免输电损失。另外，飞轮储能装置还有希望用于交通工具，主要用于混合动力的电动车。电动车装上飞轮后，飞轮储能装置可以吸收电动车制动时的能量，而在电动车需要加速或爬坡时放出能量，从而节约燃油并减少排放。4超导磁储能系统(SMES)超导磁储能系统(SMES)是利用电网(经变流器)供电励磁在超导材料制成的线圈中产生磁场而储存能量，在需要时可将此能量(经逆变器)送回电网或作它用。SMES系统具有无噪声污染、响应快、效率高(达9500)，不受建造场地限制且非常可靠等优点。其最大缺点就是成本太高，其次就是需要压缩机和泵以维持液化冷却剂的低温，使系统变得更加复杂，需要定期维护。由于SMES系统响应快，因而不仅用于调节峰值，而且可储存应急的备用电力。对于中小型SMES，特别是微型SMES，则可利用其高速调节有功、无功的特性来改善功率因数，稳定电网频率，控制电压的瞬时波动，保证重要用户不间断供电等，从而大大改善5供电质量。在分布式发电系统中，SMES系统常用于光伏发电、风力发电系统，以及对供电质量和可靠性有严格要求的重要场所。5超级电容器储能超级电容器(supercapacitorsorultracapacitors)是近年来广受关注的新型能源器件，其存储容量为普通电容器的20-1000倍。它是通过使用一种多孔电解质(其介电常数和电压承受能力仍然比较低)来加大两极板的面积，从而使储能能力得到提高。根据电极材料的不同，它可分为碳类和金属氧化物超级电容器。超级电容器兼有常规电容器功率密度大、充电能量密度高、充放电快、使用寿命长、不易老化的优点外，一还具有一些自身的优势:它没有可动部分，既不需要冷却装置也不需要加热装置，在正常工作时，内部没有发生任何化学变化。超级电容器的优点使得它在应用于分布式发电时与其它储能方式相比更有优势。比如，超级电容器功率密度大、能量密度高的特性使得它成为处理尖蜂负荷的最佳选择，而且采用超级电容器只需存储与尖蜂负荷相当的能量；若采用蓄电池储能则需要存储几倍于尖蜂负荷的能量；若采用SMES则成本又太高。6压缩空气储能和氢储能压缩空气储能很早就用于气动工具，它的原理和抽水储能基本相同，因此只要做到较大规模，就可以用于解峰谷差问题。这里最关键的难点是找到合适的能储存压缩空气的场所，如密封的山洞或废弃矿井等。在能源供应中，燃料电池目前已经达到了可供实际使用的阶段，只是它的发电成本太高，还无法与常规发电技术相比