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儲(chǔ)能技術(shù)主要分為儲(chǔ)電與儲(chǔ)熱。目前儲(chǔ)能方式主要分為三類:機(jī)械儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能。
儲(chǔ) 能技術(shù)主要分為物理儲(chǔ)能(如抽水儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能等)、化學(xué)儲(chǔ)能(如鉛酸電池、氧化還原液流電池、鈉硫電池、鋰離子電池)和電磁儲(chǔ)能(如超導(dǎo) 電磁儲(chǔ)能、超級(jí)電容器儲(chǔ)能等)三大類。根據(jù)各種儲(chǔ)能技術(shù)的特點(diǎn),飛輪儲(chǔ)能、超導(dǎo)電磁儲(chǔ)能和超級(jí)電容器儲(chǔ)能適合于需要提供短時(shí)較大的脈沖功率場(chǎng)合,如應(yīng)對(duì)電 壓暫降和瞬時(shí)停電、提高用戶的用電質(zhì)量,抑制電力系統(tǒng)低頻振蕩、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性等;而抽水儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能和電化學(xué)電池儲(chǔ)能適合于系統(tǒng)調(diào)峰、大型應(yīng)急電 源、可再生能源并入等大規(guī)模、大容量的應(yīng)用場(chǎng)合。
目前最成熟的大規(guī)模儲(chǔ)能方式是抽水蓄能,它需要配建上、下游兩個(gè)水庫(kù)。在 負(fù)荷低谷時(shí)段抽水蓄能設(shè)備處于電動(dòng)機(jī)工作狀態(tài),將下游水庫(kù)的水抽到上游水庫(kù)保存,在負(fù)荷高峰時(shí)設(shè)備處于發(fā)電機(jī)工作狀態(tài),利用儲(chǔ)存在上游水庫(kù)中的水發(fā)電。其 能量轉(zhuǎn)換效率在70%到75%左右。但由于受建站選址要求高、建設(shè)周期長(zhǎng)和動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)響應(yīng)速度慢等因素的影響,抽水儲(chǔ)能技術(shù)的大規(guī)模推廣應(yīng)用受到一定程度的 限制。目前全球抽水儲(chǔ)能電站總裝機(jī)容量9000萬(wàn)千瓦,約占全球發(fā)電裝機(jī)容量的3%。
壓縮空氣儲(chǔ)能是另一種能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的儲(chǔ)能方式。利用這種儲(chǔ)能方 式,在電網(wǎng)負(fù)荷低谷期將富余電能用于驅(qū)動(dòng)空氣壓縮機(jī),將空氣高壓密封在山洞、報(bào)廢礦井和過(guò)期油氣井中;在電網(wǎng)負(fù)荷高峰期釋放壓縮空氣推動(dòng)燃汽輪機(jī)發(fā)電。由 于具有效率高、壽命長(zhǎng)、響應(yīng)速度快等特點(diǎn),且能源轉(zhuǎn)化效率較高(約為75%左右),因而壓縮空氣儲(chǔ)能是具有發(fā)展?jié)摿Φ膬?chǔ)能技術(shù)之一。
1 機(jī)械儲(chǔ)能
機(jī)械儲(chǔ)能包括:抽水儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能。
1、抽水儲(chǔ)能
抽水儲(chǔ)能是在電力負(fù)荷低谷期將水從下池水庫(kù)抽到上池水庫(kù),將電能轉(zhuǎn)化成重 力勢(shì)能儲(chǔ)存起來(lái),在電網(wǎng)負(fù)荷高峰期釋放上池水庫(kù)中的水發(fā)電。抽水儲(chǔ)能的釋放時(shí)間可以從幾個(gè)小時(shí)到幾天,綜合效率在70%~85%之間,主要用于電力系統(tǒng)的 調(diào)峰填谷、調(diào)頻、調(diào)相、緊急事故備用等。抽水蓄能電站的建設(shè)受地形制約,當(dāng)電站距離用電區(qū)域較遠(yuǎn)時(shí)輸電損耗較大。
2、壓縮空氣儲(chǔ)能
壓縮空氣技術(shù)在電網(wǎng)負(fù)荷低谷期將電能用于壓縮空氣,將空氣高壓密封在報(bào)廢 礦井、沉降的海底儲(chǔ)氣罐、山洞、過(guò)期油氣井或新建儲(chǔ)氣井中,在電網(wǎng)負(fù)荷高峰期釋放壓縮的空氣推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。壓縮空氣主要用于電力調(diào)峰和系統(tǒng)備用,壓縮空 氣儲(chǔ)能電站的建設(shè)受地形制約,對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)有特殊要求。
3、飛輪儲(chǔ)能
飛輪蓄能利用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)飛輪高速旋轉(zhuǎn),將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能儲(chǔ)存起來(lái),在需 要時(shí)飛輪帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。飛輪系統(tǒng)運(yùn)行于真空度較高的環(huán)境中,其特點(diǎn)是沒(méi)有摩擦損耗、風(fēng)阻小、壽命長(zhǎng)、對(duì)環(huán)境沒(méi)有影響,幾乎不需要維護(hù),適用于電網(wǎng)調(diào)頻和 電能質(zhì)量保障。飛輪蓄能的缺點(diǎn)是能量密度比較低。保證系統(tǒng)安全性方面的費(fèi)用很高,在小型場(chǎng)合還無(wú)法體現(xiàn)其優(yōu)勢(shì),目前主要應(yīng)用于為蓄電池系統(tǒng)作補(bǔ)充。
2 電磁儲(chǔ)能
電磁儲(chǔ)能包括:超導(dǎo)儲(chǔ)能、電容儲(chǔ)能、超級(jí)電容器儲(chǔ)能。
1、超導(dǎo)儲(chǔ)能
超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)(SMES)利用超導(dǎo)體制成的線圈儲(chǔ)存磁場(chǎng)能量,功率輸送時(shí) 無(wú)需能源形式的轉(zhuǎn)換,具有響應(yīng)速度快(ms 級(jí)),轉(zhuǎn)換效率高(≥96%)、比容量(1-10 Wh/kg)/比功率(104-105kW/kg)大等優(yōu)點(diǎn),可以實(shí)現(xiàn)與電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)大容量能量交換和功率補(bǔ)償。SMES 可以充分滿足輸配電網(wǎng)電壓支 撐、功率補(bǔ)償、頻率調(diào)節(jié)、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和功率輸送能力的要求。
2、超級(jí)電容器儲(chǔ)能
超級(jí)電容器根據(jù)電化學(xué)雙電層理論研制而成,可提供強(qiáng)大的脈沖功率,充電時(shí) 處于理想極化狀態(tài)的電極表面,電荷將吸引周圍電解質(zhì)溶液中的異性離子,使其附于電極表面,形成雙電荷層,構(gòu)成雙電層電容。電力系統(tǒng)中多用于短時(shí)間、大功率 的負(fù)載平滑和電能質(zhì)量峰值功率場(chǎng)合,如大功率直流電機(jī)的啟動(dòng)支撐、態(tài)電壓恢復(fù)器等,在電壓跌落和瞬態(tài)干擾期間提高供電水平。
3 電化學(xué)能
電化學(xué)儲(chǔ)能包括鉛酸電池、鋰離子電池、液流電池、鈉硫電池等等。液流電池具有大規(guī)模儲(chǔ)能的潛力,但目前使用最廣泛的還是鉛酸電池。
4 發(fā)展前景
儲(chǔ)能在電力系統(tǒng)中有著廣泛應(yīng)用,涵蓋發(fā)電、輸電、配電和終端用戶的所有方面。電網(wǎng)系統(tǒng)的儲(chǔ)能技術(shù)包括抽水蓄能、壓縮空氣、飛輪、化學(xué)電池、超級(jí)電容器等。除了比較成熟的抽水蓄能,其他儲(chǔ)能技術(shù)還處在工業(yè)化初期或研發(fā)階段。然而,各國(guó)政府已經(jīng)體會(huì)到儲(chǔ)能行業(yè)的重要性,因此都在不遺余力地發(fā)展儲(chǔ)能技術(shù)。
為了創(chuàng)造一個(gè)清潔的、可持續(xù)的未來(lái),中國(guó)政府正在把政策中心轉(zhuǎn)移到清潔能 源技術(shù)。2013年底,中國(guó)發(fā)電總裝機(jī)量達(dá)1250吉瓦,其中包含91.4吉瓦風(fēng)電(占7.3%的比例)。除了火力發(fā)電和水力發(fā)電,風(fēng)電也是中國(guó)第三大電 力來(lái)源。而中國(guó)的光伏發(fā)電裝機(jī)量達(dá)18.1吉瓦,占全國(guó)的1.5%,超越美國(guó)成為全球最大的光伏市場(chǎng)。
由于發(fā)電裝機(jī)量的快速增長(zhǎng),中國(guó)的儲(chǔ)能需求也正在日益擴(kuò)張。2013年, 中國(guó)的抽水蓄能裝機(jī)量總計(jì)21.5吉瓦,其他儲(chǔ)能技術(shù)裝機(jī)量為65兆瓦。去年,電網(wǎng)調(diào)峰負(fù)荷的儲(chǔ)能需求是95吉瓦,2014年預(yù)計(jì)增長(zhǎng)到110吉瓦,這反 映出巨大的發(fā)展前景。此外,風(fēng)電和光伏發(fā)電的集成電網(wǎng)將創(chuàng)造出儲(chǔ)能的巨大需求,2014年分別需要5.6吉瓦和3.8吉瓦。
電網(wǎng)系統(tǒng)儲(chǔ)能技術(shù)的種類多樣,以中國(guó)為例,主要采用鋰電池、鉛酸電池和流體技術(shù)。2013年這三種方式分別占60%、20%和14%。
儲(chǔ)能技術(shù)對(duì)電動(dòng)汽車發(fā)展的重要性比較直觀。電動(dòng)汽車的充電、巡航里程和安全問(wèn)題都涉及電池。比如說(shuō),由于電池引發(fā)的安全事故減弱了消費(fèi)者的信心,影響了電動(dòng)汽車的發(fā)展。對(duì)于中國(guó)來(lái)說(shuō),電動(dòng)汽車的發(fā)展除了石油替代,還可以解決城市汽車尾氣和噪聲污染。
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