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浅析各种大规模储能技术

作者: 来源:综合报道 发布时间:2012-06-25 浏览:
     储能技术已被视为电网运行过程中的重要组成部分。系统中引入储能环节后,可以有效地实现需求侧管理,消除昼夜间峰谷差,平滑负荷,不仅可以更有效地利用电力设备,降低供电成本,还可以促进可再生能源的应用,也可作为提高系统运行稳定性、调整频率、补偿负荷波动的一种手段。

储能技术的应用必将在传统的电力系统设计、规划、调度、控制等方面带来重大变革。

一、大规模储能技术在智能电网中的作用。

(一)平滑间歇式电源功率波动,促进可再生能源的集约化开发利用。

(二)减小负荷峰谷差,提高系统效率和设备利用率。

(三)增加备用容量,提高电网安全稳定性和供电质量。

二、大规模储能技术发展现状

到目前为止,人们已经探索和开发了多种形式的电能存储方式,按照其具体方式可分为物理、电磁、电化学和相变储能四大类型。

物理储能包括抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能;

电磁储能包括超导、超级电容和高能密度电容储能;

电化学储能包括铅酸、镍氢、镍镉、锂离子、钠硫和液流等电池储能;

相变储能包括冰蓄冷储能等。

(一)机械储能

1、抽水蓄能。

抽水蓄能机组是一种兼具水轮机和水泵两种功能的能双向运转的水轮机组,它需要高低两个水库,当电力系统负荷处于低谷有多余电能时,以水泵方式运行,用电动机带动水泵把低水库的水通过管道抽到高水库以水能的方式储存起来;在电力负荷出现高峰时,以水轮机的方式运行,将高水库的水通过管道放下来,以水轮发电机的形式发出电能供给用户,起到削峰填谷的作用。

特点:抽水和发电过程中进行能量转换时会有一定数量的能量损失,储存效率约为70%~65%。抽水蓄能电站一般都建在远离电力负荷的山区,必须建设长距离的输电系统,既增加投资又增加损耗。

一般而言,它主要配合整个电力系统工作,可承担峰荷或腰荷,也可担负一定的调峰和调频的任务,它适应负荷变动的响应时间较快,10%负荷变动的响应时间约为10秒。

2、压缩空气储能

压缩空气储能系统主要由两部分组成。一是充气压缩循环,二是排气膨胀循环。

压缩时,电动机/发电机作为电动机工作,利用夜间低谷负荷时多余的电力驱动压缩机(一般有低、中、高压三级),将高压空气压入地下储气洞里;白天峰荷时,电动机/发电机作为发电机工作,储存的压缩空气先经过回热器预热,再使燃料在燃烧室里燃烧后,进入膨胀系统中做工(如驱动燃气轮机)发电。

3.飞轮储能

多数现代飞轮储能系统都是由一个圆柱形旋转质量块和通过磁悬浮轴承组成的支撑机构组成。采用磁悬浮轴承的目的是消除摩擦损耗,提高系统的寿命。

为了保证足够高的储能效率,飞轮系统应该运行于真空度较高的环境中,以减少风阻损耗。飞轮与电动机或者发电机相连,通过某种形式的电力电子装置,可进行飞轮转速的调节,实现储能装置与电网之间的功率交换。。目前,已经开发出大功率飞轮储能系统,并应用于航空以及UPS领域。采用飞轮组可以实现输出功率为兆瓦级、持续时间为数分钟或者数小时的储能装置。

(二)电磁储能

1、超导储能

超导储能(Super-conductingMagneticEnergyStorage--SMES)是利用超导体制成的线圈,由电网供电励磁而产生的磁场储存能量,线圈采用超导线绕成并维持超导态,则线圈中所储存的能量几乎可以无损耗地永久储存下去直到需用时。

超导储能的优点很多,主要是功率大、体积轻、体积小、损耗小、反应快等等,因此应用很广。如大功率激光器,需要在瞬时提出数千乃至上万焦耳的能量,这就可有超导储能装置来承担。超导储能还可以用于电网。当大电网中负荷小时,把多余的电能储存起来,负荷大时又把电能送回电网,这样就可以避免用电高峰和低谷时的供求矛盾。这就是超导储能。

2、超级电容器储能

电容器储能的原理可用两块导电极板之间夹有绝缘材料层的平板型电容结构,当两电极之间施加电压时,板极上就会有电荷逐渐储存起来。

又叫双电层电容器(ElectricalDouble-LayerCapacitor)、电化学电容器(ElectrochemcialCapacitor,EC),黄金电容、法拉电容,通过极化电解质来储能。它是一种电化学元件,但在其储能的过程并不发生化学反应,这种储能过程是可逆的,也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。超级电容器可以被视为悬浮在电解质中的两个无反应活性的多孔电极板,在极板上加电,正极板吸引电解质中的负离子,负极板吸引正离子,实际上形成两个容性存储层,被分离开的正离子在负极板附近,负离子在正极板附近。

(三)电化学储能

1、铅酸电池

铅酸蓄电池是以二氧化铅和海绵状金属铅分别为正、负极活性物质,硫酸溶液为电解质的一种蓄电池。

法国人普兰特于1859年发明铅酸蓄电池,已经历了近150年的发展历程,铅酸蓄电池在理论研究方面,在产品种类及品种、产品电气性能等方面都得到了长足的进步,不论是在交通、通信、电力、军事还是在航海、航空各个经济领域,铅酸蓄电池都起到了不可缺少的重要作用。

根据铅酸蓄电池结构与用途区别,粗略将电池分为四大类:1、启动用铅酸蓄电池;2、动力用铅酸蓄电池;3、固定型阀控密封式铅酸蓄电池;4、其它类,包括小型阀控密封式铅酸蓄电池,矿灯用铅酸蓄电池等。

2、钠硫电池

钠硫电池(简称NaS)以钠和硫分别用作阳极和阴极,Beta-氧化铝陶瓷同时起隔膜和电解质的双重作用。

钠硫电池原材料丰富,能量密度和转换效率高,是一种能够同时适用于功率型储能和能量型储能的储能技术。

钠硫电池具有许多特色之处:一个是比能量(即电池单位质量或单位体积所具有的有效电能量)高。其理论比能量为760Wh/Kg,实际已大于1000Wh/Kg,是铅酸电池的3-4倍。如日本东京电力公司(TEPCO)和NGK公司合作开发钠硫电池作为储能电池,其应用目标瞄准电站负荷调平(即起削峰平谷作用,将夜晚多余的电存储在电池里,到白天用电高峰时再从电池中释放出来)、UPS应急电源及瞬间补偿电源等,并于2002年开始进入商品化实施阶段,已建成世界上最大规模(8MW)的储能钠硫电池装置,截止2005年10月统计,年产钠硫电池电池量已超过100MW,同时开始向海外输出。

3、液流电池

液流电池(FlowRedoxBattery)或称氧化还原液流电池,是正负极活性物质均为液态流体氧化还原电对的一种电池。

全钒液流电池全钒液流电池是一种新型蓄电储能设备,不仅可以用作太阳能、风能发电过程配套的储能装置,还可以用于电网调峰,提高电网稳定性,保障电网安全。本文综述全钒液流电池的国内外技术发展状况,包括研究开发历史、电池关键材料和典型工艺过程;展望大规模蓄电储能的电池技术未来发展趋势。

4、锂离子电池

锂离子电池的主要优点是储能密度高、储能效率高、循环寿命长等。锂离子电池技术近来发展迅速,成本不断降低,有望率先进入产业化阶段。

锂离子电池是一种充电电池,它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中,Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌:充电池时,Li+从正极脱嵌,经过电解质嵌入负极,负极处于富锂状态;放电时则相反。一般采用含有锂元素的材料作为电极的电池。是现代高性能电池的代表。

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