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儲能技術的原理與常用儲能方式

來源:【TRD拓爾德】 發布日期:2021-04-20 分享 加入收藏 關注:118

1.儲能技術的原理與特點

由儲能元件組成的儲能裝置和由電力電子器件組成的電網接入裝置成為儲能系統的兩大部分。儲能裝置重要實現能量的儲存、釋放或快速功率交換。電網接入裝置實現儲能裝置與電網之間的能量雙向傳遞與轉換,實現電力調峰、能源優化、提高供電可靠性和電力系統穩定性等功能。


儲能系統的容量范圍比較寬,從幾十千瓦到幾百兆瓦;放電時間跨度大,從毫秒級到小時級;應用范圍廣,貫穿整個發電、輸電、配電、用電系統;大規模電力儲能技術的研究和應用才剛起步,是一個全新的課題,也是國內外研究的一個熱點領域。


2.常用的儲能方式

目前,儲能技術重要有物理儲能(如抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等)、化學儲能(如各類蓄電池、可再生燃料動力電池、液流電池、超級電容器等)和電磁儲能(如超導電磁儲能等)等。


1)物理儲能中最成熟、應用最普遍的是抽水蓄能,重要用于電力系統的調峰、填谷、調頻、調相、緊急事故備用等。抽水蓄能的釋放時間可以從幾個小時到幾天,其能量轉換效率在70%~85%。抽水蓄能電站的建設周期長且受地形限制,當電站距離用電區域較遠時輸電損耗較大。壓縮空氣儲能早在1978年就實現了應用,但由于受地形、地質條件制約,沒有大規模推廣。飛輪儲能利用電動機帶動飛輪高速旋轉,將電能轉化為機械能存儲起來,在要時飛輪帶動發電機發電。飛輪儲能的特點是壽命長、無污染、維護量小,但能量密度較低,可作為蓄電池系統的補充。


2)化學儲能種類比較多,技術發展水平和應用前景也各不相同:

(1)蓄電池儲能是目前最成熟、最可靠的儲能技術,根據所使用化學物質的不同,可以分為鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池、鈉硫電池等。鉛酸電池具有技術成熟,可制成大容量存儲系統,單位能量成本和系統成本低,安全可靠和再利用性好等特點,也是目前最實用的儲能系統,已在小型風力發電、光伏發電系統以及中小型分布式發電系統中獲得廣泛應用,但因鉛是重金屬污染源,鉛酸電池不是未來的發展趨勢。鋰離子、鈉硫、鎳氫電池等先進蓄電池成本較高,大容量儲能技術還不成熟,產品的性能目前尚無法滿足儲能的要求,其經濟性也無法實現商業化運營。

(2)大規??稍偕剂蟿恿﹄姵赝顿Y大、價格高,循環轉換效率較低,目前尚不宜作為商業化的儲能系統。

(3)液流儲能電池具有能量轉換效率較高,運行、維護費用低等優點,是高效、大規模并網發電儲能、調節的技術之一。液流儲能技術在美國、德國、日本和英國等發達國家已有示范性應用,我國目前尚處于研究開發階段。

(4)超級電容器是20世紀80年代興起的一種新型儲能器件,由于使用特殊材料制作電極和電解質,這種電容器的存儲容量是普通電容器的20~1000倍,同時又保持了傳統電容器釋放能量速度快的優點,目前已經不斷應用于高山氣象站、邊防哨所等電源供應場合。


3)超導電磁儲能利用超導體制成線圈儲存磁場能量,功率輸送時無需能源形式的轉換,具有響應速度快、轉換效率高、比容量/比功率大等優點,可以充分滿足輸配電網電壓支撐、功率補償、頻率調節,提高電網穩定性和功率輸送能力的要求。和其他儲能技術相比,超導電磁儲能仍很昂貴,除了超導體本身的費用外,維持系統低溫導致維修頻率提高以及出現的費用也相當可觀。目前,在世界范圍內有許多超導電磁儲能工程正在運行或者處于研制階段。


各種儲能技術的發展程度、系統規模及應用環節比較如圖1所示。各種儲能技術綜合比較如表1所示,表1中UPS為不間斷電源。


儲能產業的發展前景

由于我國的能源中心和電力負荷中心距離跨度大,電力系統一直遵循著大電網、大電機的發展方向,按照集中輸配電模式運行,隨著可再生能源發電的飛速發展和社會對電能質量要求的不斷提高,儲能技術應用前景廣闊。國家電網公司近期確定的智能電網重點投資領域中包括了大量儲能應用領域,如發電領域的風力發電和光伏發電中應用儲能技術項目,配電領域儲能技術,電動汽車充放電技術等。


儲能技術重要的應用方向有:①風力發電與光伏發電互補系統組成的局域網,用于偏遠地區供電、廠及辦公樓供電;②通信系統中作為不間斷電源和應急電能系統;③風力發電和光伏發電系統的并網電能質量調整;④作為大規模電力存儲和負荷調峰手段;⑤電動汽車儲能裝置;(作為國家重要部門的大型后備電源等。


隨著儲能技術的不斷進步,安全性好、效率高、清潔環保、壽命長、成本低、能量密度大的儲能技術將不斷涌現,必將帶動整個電力行業產業鏈的快速發展,創造巨大的經濟效益和社會效益。


促進大容量儲能產業發展的政策建議


1)將儲能與新能源發展同步規劃。按照實現整個電力系統安全運行和效率最優的原則,在規劃新能源發電和電網輸送線路的同時,應提出相應的儲能解決方法,明確儲能發展的規模和建設區域等。

2)執行峰谷電價和儲能電價政策。峰谷電價在不同地區可有所差別,但應盡量為電網削峰填谷和吸引儲能投資創造更大空間。

3)規范新能源發電技術要求與并網管理。國家應出臺有關新能源并網的強制性技術標準,建立強制并網認證和檢測制度。執行新能源發電出力短時間預測報告制度,提高短時間預測能力和水平。電網公司對符合入網要求的電能應及時全額接收,對電能質量差、發電預測誤差大的新能源發電可選擇性接收,并建立相應的懲罰機制。

4)鼓勵投資主體多元化。在理順投資回報機制、規范入網技術要求的前提下,應鼓勵發電商、電網公司、用戶端、第三方獨立儲能公司等任何有條件的投資方投資建設儲能裝置。

5)加緊安排多個儲能示范項目。通過執行若干個儲能示范項目為儲能公司供應重要的工程實踐機會,為未來大規模應用儲能技術積累技術數據和運行相關經驗。在示范項目中,要結合考慮各類儲能技術的性能,在全面評價基礎上,根據具體用途選用合適的儲能技術。早期的示范項目可先與風力發電、光伏發電相結合,探索應用于風力發電和光伏發電的儲能技術。

6)加大對大容量儲能技術的研發投入,鼓勵儲能技術多元化發展。儲能技術的研究應超前于需求發展,不能等到出現瓶頸的時候再考慮加大投入,另外需進一步加大對儲能技術基礎研究的投入,鼓勵原始創新,掌握自主知識產權。應將大規模儲能技術研究及其產業化應用列入國家科技重大專項。由于目前還沒有任何一項儲能技術完全勝任各種應用領域的要求,因此在重點扶持液流電池、鋰離子電池等關鍵技術的同時,也應鼓勵和支持其他儲能技術發展。


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