《電子技術(shù)應(yīng)用》
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細(xì)說:電網(wǎng)儲(chǔ)能的五種技術(shù)路線

2015-01-16

    因?yàn)?a class="innerlink" href="http://ihrv.cn/tags/可再生" title="可再生" target="_blank">可再生能源發(fā)電的間隙性和易變性,及其滲透率的不斷提高,對電網(wǎng)的正常運(yùn)行 和調(diào)度有一定程度的沖擊,為了盡可能利用更多的可再生能源和提高電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性和效率,各種儲(chǔ)能技術(shù)得到快速發(fā)展。

  電能儲(chǔ)存技術(shù)分為五大類:機(jī)械儲(chǔ)能、電氣類儲(chǔ)能技術(shù)、電化學(xué)類儲(chǔ)能技術(shù)、熱儲(chǔ)能 技術(shù)以及化學(xué)類儲(chǔ)能技術(shù)。目前世界電網(wǎng)中電能儲(chǔ)存容量占比最高的是抽水蓄能,其總裝機(jī)容量規(guī)模達(dá)到了127GW,占總儲(chǔ)能容量的99%,其次是壓縮空氣儲(chǔ) 能,總裝機(jī)容量為440MW,排名第三的是鈉硫電池,總?cè)萘恳?guī)模為316MW。

  1、機(jī)械儲(chǔ)能

  機(jī)械儲(chǔ)能主要包括抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能和飛輪儲(chǔ)能等,其中抽水蓄能需要將電網(wǎng) 低谷時(shí)利用過剩電力作為液態(tài)能量媒體的水從地勢低的水庫抽到地勢高的水庫,電網(wǎng)峰荷時(shí)高地勢水庫中的水回流到下水庫推動(dòng)水輪機(jī)發(fā)電機(jī)發(fā)電,所以,抽水蓄能 對地勢環(huán)境有一定的依賴,效率一般在 65%-75%,最高可達(dá)到 80%-85%,但它具有日調(diào)節(jié)能力,適合配合核電站、大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電、超大規(guī)模太陽能光伏發(fā)電等。

  2、電氣儲(chǔ)能

  電氣類儲(chǔ)能技術(shù)主要包括了超級電容器儲(chǔ)能和超導(dǎo)儲(chǔ)能,其中超級電容器儲(chǔ)能因?yàn)槠淠芰棵芏鹊偷忍攸c(diǎn),一般適合和其他儲(chǔ)能手段聯(lián)合使用,可以在微電網(wǎng)中和儲(chǔ)能蓄電池結(jié)合使用,也可用于電動(dòng)汽車的啟動(dòng)加速等;超導(dǎo)儲(chǔ)能目前大多是試驗(yàn)性的,技術(shù)還需要進(jìn) 一步突破。

  3、電化學(xué)儲(chǔ)能

  電化學(xué)儲(chǔ)能主要包括鉛酸電池、鋰離子電池、鈉硫電池和液流電池等等。

 ?。?)鉛酸電池目前在世界上應(yīng)用最廣泛,循環(huán)壽命可達(dá) 1000 次左右,效率能達(dá)到 80%-90%,性價(jià)比高,常用于電力系統(tǒng)的事故電源或備用電源,但如果深度、快速大功率放電時(shí),可用容量會(huì)下降。其特點(diǎn)是能量密度低,壽命短。鉛酸電池 今年通過將具有超級活性的炭材料添加到鉛酸電池的負(fù)極板上,能將其循環(huán)壽命提高很多。

 ?。?)鋰電池主要應(yīng)用于便攜式的移動(dòng)設(shè)備中,其效率可達(dá) 95%以上,放電時(shí)間可達(dá) 數(shù)小時(shí),循環(huán)次數(shù)可達(dá) 5000 次或更多,響應(yīng)快速,他是電池中能量最高的實(shí)用性電池,近年來技術(shù)也在不斷進(jìn)行升級,正負(fù)極材料也有多種應(yīng)用,但存在價(jià)格高(4 元/wh)、過充會(huì)導(dǎo)致發(fā)熱、燃燒等安全性問題,需要進(jìn)行充電保護(hù)。隨著國內(nèi)外對于鋰電的研發(fā),其性能不斷提升,成本也在較大幅度下降,未來有望更廣泛應(yīng) 用。

 ?。?)鈉硫電池,陽極由液體硫組成,陰極由液態(tài)鈉組成,中間有陶瓷材料的貝塔鋁管隔離,電池運(yùn)營溫度需要保持在 300 攝氏度以上,以保障電極處于熔融狀態(tài),循環(huán)周期 可達(dá)到 4500 次,放電時(shí)間 6-7 小時(shí),周期往返效率 75%,能量密度高,響應(yīng)時(shí)間快。目 前在日本、德國、法國、美國等地已建有 200 多處此類儲(chǔ)能電站,主要用于負(fù)荷調(diào)平,移 峰和改善電能質(zhì)量。但因?yàn)槭褂靡簯B(tài)鈉,運(yùn)行于高溫下,容易燃燒。

 ?。?)液流電池的能連儲(chǔ)存在溶解于液態(tài)電解質(zhì)的電活性物種中,而液態(tài)電解質(zhì)儲(chǔ)存在電池外部的罐中,用泵將儲(chǔ)存在罐中的電解質(zhì)打入電池堆棧,并通過電極 和薄膜,將電能轉(zhuǎn)化為電化學(xué)能,或?qū)㈦娀瘜W(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。電池的功率和能量是不相關(guān)的,儲(chǔ)存的能量取決于儲(chǔ)存罐的大小,因而可以儲(chǔ)存長達(dá)數(shù)小時(shí)至數(shù)天的能 量,容量可達(dá) MW 級。這個(gè)電池有多個(gè)體系,如鐵鉻體系,鋅溴體系、多硫化鈉溴體系以及全釩體系,其中全釩氧 化還原液流電池最受關(guān)注,是主要的技術(shù)發(fā)展方向,其特點(diǎn)是技術(shù)成熟,壽命長,循環(huán)次數(shù)可超過一萬次以上,但能量密度和功率密度比鋰電池要低,響應(yīng)時(shí)間也不 快。

  4、熱儲(chǔ)能

  熱儲(chǔ)能系統(tǒng)中,熱能被儲(chǔ)存在隔熱容器的媒介中,需要的時(shí)候轉(zhuǎn)化回電能,也可直接 利用而不再轉(zhuǎn)化回電能。熱儲(chǔ)能又分為顯熱儲(chǔ)能和潛熱儲(chǔ)能。熱儲(chǔ)能儲(chǔ)存的熱量可以很大,所以可利用在可再生能源發(fā)電上。

  5、化學(xué)類儲(chǔ)能

  化學(xué)類儲(chǔ)能是利用氫或合成天然氣作為二次能源的載體,利用多余的電制氫,可以直 接用氫作為能量的載體,也可以將其與二氧化碳反應(yīng)成為合成天然氣(甲烷),因?yàn)闅浠?者甲烷作為能量載體可儲(chǔ)存的能量很大,可達(dá) TWh 級,而且儲(chǔ)存的時(shí)間也很長,氫或者 合成天然氣除了可用于發(fā)電外,還有其他利用方式如交通等。德國熱衷于推動(dòng)此項(xiàng)技術(shù),并有示范項(xiàng)目投入運(yùn)行?;瘜W(xué)類儲(chǔ)能的缺點(diǎn)是它的全周期效率較低,制氫效 率僅 40%,合 成天然氣的效率不到 35%。

  五類電能儲(chǔ)存技術(shù)中,一般會(huì)根據(jù)各種儲(chǔ)能技術(shù)的特點(diǎn),進(jìn)行綜合比較來選擇適當(dāng)?shù)?技術(shù),可供選擇的指標(biāo)主要包括:能量密度、功率密度、響應(yīng)時(shí)間、儲(chǔ)能效率、設(shè)備壽命 (年)或充放電次數(shù)、技術(shù)成熟度、經(jīng)濟(jì)因素(投資成本、運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用)以及安全和 環(huán)境方面的考慮,再根據(jù)應(yīng)用的目的和需求,選擇儲(chǔ)能種類、安裝地點(diǎn)、容量以及各種技術(shù)的配合。在這五類儲(chǔ)能方式中,其中電化學(xué)儲(chǔ)能的電池發(fā)展非常迅速。

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