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六种电力储能方式

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人气:-发表时间:2021-05-18 15:42【

  中国储能网讯:近几十年来,储能技术的研究和发展一直受到各国能源、交通、电力、电讯等部门的重视。电能可以转换为化学能、势能、动能、电磁能等形态存储,按照其具体方式主要可分为机械储能、电磁储能、化学储能三大类型。其中机械储能包括抽水蓄能、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。表1介绍了各种电力储能技术及其潜在的应用领域。下面主要就抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能、超导储能、超级电容储能、电池储能分别介绍。

  一、抽水蓄能。抽水蓄能最早于19世纪90年代在意大利和瑞士得到应用,目前,全世界共有超过90GW的抽水蓄能机组投入运行。抽水蓄能电站的最大特点是储存能量非常大,是电力系统中应用最为广泛的一种储能技术,储存能量的释放时间可以从几小时到几天,其主要应用领域包括调峰填谷、调频、调相、紧急事故备用、黑启动和提供系统的备用容量,还可以提高系统中火电站和核电站的运行效率。从技术层面讲,抽水蓄能电站的关键在于如何实现电能与高水位势能间的快速转换,抽水蓄能机组的设计和制造是关键。

  机组正向高水头、高转速、大容量方向发展,现已接近单级水泵水轮机和空气冷却发电电动机制造极限,今后的重点将立足于对振动、空蚀、变形、止水和磁特性的研究,着眼于运行的可靠性和稳定性,在水头变幅不大和供电质量要求较高的情况下使用连续调速机组,实现自动频率控制。提高机电设备靠性和自动化水平,建立统一调度机制以推广集中监控和无人化管理,并结合各国国情开展海水和地下式抽水蓄能电站关键技术的研究。

  二、压缩空气储能。压缩空气储能电站(CAES)是一种调峰用燃气轮机发电厂,主要利用电网负荷低谷时的剩余电力压缩空气,并将其储藏在典型压力7.5MPa的高压密封设施内,在用电高峰释放出来驱动燃气轮机发电。对于同样的输出,它消耗的燃气要比常规燃气轮机少40%。压缩空气储能电站建设投资和发电成本均低于抽水蓄能电站,但其能量密度低,并受岩层等地形条件的限制。压缩空气储能电站可以冷启动、黑启动,响应速度快,主要用于峰谷电能回收调节、平衡负荷、频率调制、分布式储能和发电系统备用。

  压缩空气常常储存在合适的地下矿井或者岩洞下的洞穴中。第一个投入商业运行的压缩空气储能是1978年建于德国Hundorf的一台290MW机组。目前美国GE公司正在开发容量为829MW的更为先进的压缩空气储能电站,此外,俄、法、意、卢森堡、以色列和我国也在积极开发和建设这种电站。随着分布式能量系统的发展以及减小储气库容积和提高储气压力至10-15MPa的需要,8-12MW微型压缩空气储能系统称为关注焦点。

  三、飞轮储能。大多数飞轮储能系统是由一个圆柱形旋转质量块和通过磁悬浮轴承支撑的机构组成,飞轮系统运行于真空度较高的环境中,飞轮与电动机或发电机相连,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。谷值负荷时,飞轮储能系统由工频电网提供电能,带动飞轮高速旋转,以动能的形式储存能量;峰值负荷时,高速旋转的飞轮作为原动机拖动电动机发电,经功率变换器输出电流和电压,完成机械能-电能转换。飞轮具有优秀的循环使用以及负荷跟踪性能,它主要用于不间断电源/应急电源、电网调峰和频率控制。机械式飞轮系统已成系列产品。

  四、超导磁储能。超导磁储能系统(superconductingmagneticEnergystorage,SMES)利用超导体制成的线圈储存磁场能量,由于具有快速电磁响应特性和很高的储能效率。超导磁储能可以满足输配电网电压支撑、功率补偿、频率调整、提高系统稳定性和功率输送能力等。和其他储能技术相比,目前超导磁储能仍很昂贵,除了超导本身的费用外,维持低温所需要的费用也相当可观。目前,在世界范围内有许多超导磁储能工程正在进行或者处于研制阶段。

  五、超级电容器储能。与常规电容器相比,超级电容器具有更高的介电常数、更大的表面积或者更高的耐压能力。超级电容器价格较为昂贵,在电力系统中多用于短时间、大功率的负载平滑和电能质量高峰值功率场合,如大功率直流电机的启动支撑、动态电压恢复器等,在电压跌落和瞬态干扰期间提高供电水平。超级电容器历经三代及数十年的发展,储能系统最大储能量达到30MJ。目前,基于活性碳双层电极与锂离子插入式电极的第四代超级电容器正在开发中。

  六、电池储能。电池储能系统主要利用电池正负极的氧化还原反应进行充放电。主要包括铅酸电池、镍镉电池、锂离子电池、钠硫电池、全矾液流电池等。铅酸电池目前储能容量已达20MW。铅酸电池在电力系统正常运行时为断路器提供合闸电源,在发电厂、变电所供电中断时发挥独立电源的作用,为继电保护装置、拖动电机、通信、事故照明提供动力。但其循环寿命较短,且在制造过程中存在一定环境污染。镍镉电池效率高、循环寿命长,但随着充放电次数的增加


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