工業(yè)化儲能技術及其飛輪儲能的應用(20210317074807)

1、工業(yè)化儲能技術及其飛輪儲能的應用摘 要：文章主要介紹了工業(yè)化貯能的三種主要 技術，即：電磁貯能、化學貯能和物理貯能。從六個 方面比較了工業(yè)化儲能的技術特征，對典型的儲能方 式進行了比較。分析了飛輪儲能的技術優(yōu)勢，給出了 飛輪儲能的應用領域。關鍵詞：工業(yè)貯能；飛輪儲能；電磁能；電化學 能1 貯能技術分類及特性電磁貯能。電磁貯能按照介質(zhì)不同可以分為兩 類：超導材料和電容器貯能，即分別應用這兩種材質(zhì) 存儲磁場能，輸送功率的時候不需要任何形式能量的 轉(zhuǎn)換，具有功率大、 變換效率高、 響應時間短等優(yōu)勢， 能夠很好地提升電力網(wǎng)絡的輸出電能質(zhì)量、削弱輸出 功率波動。電化學貯能。主要包括：1）鈉硫電池；2）鋰

2、 離子電池； 3）鉛酸電池； 4）液流釩電池；電化學的 存儲介質(zhì)是常溫中性的，流動性好有利于散熱，便于 實時監(jiān)控充放電狀態(tài)。但作為大型貯能技術的第一選 擇來講還是十分現(xiàn)實的。物理貯能。物理貯能是在材料組成不變的基礎 上，應用物理設備將一種能量轉(zhuǎn)換為另一種不同種類 的能量，并在能量緊缺時將存儲的能量釋放的一種貯 能技術。目前，主要的物理貯能方式有以下幾類： 1） 壓縮空氣貯能； 2）抽水貯能； 3）飛輪貯能。2 工業(yè)貯能的技術特性 各類貯能技術的貯能容量、模塊化程度、使用壽 命、充電時間、地點要求、建設時間以及開發(fā)程度都 不一樣，導致儲存原理也不一樣，所以對其特性的分 析顯得極其必要。 貯能技術

3、的特征主要歸為下面六點：能量轉(zhuǎn)換率。只有較高能量轉(zhuǎn)換率才能保證系 統(tǒng)處于高效運行狀態(tài)。儲存容量。一般來講，儲存容量通常比實際輸 出能量要大一些。自放電效率。自放電效率，其與周圍環(huán)境、材 質(zhì)、空間設計等因素有關。例如，陽極的高溫易分解 性影響自放電效率，一次性電池比充電電池自放電效 率高一些。功率密度與能量密度。我們通常將貯能系統(tǒng)分 成兩種類型：功率型和能量型，而這兩種類型能夠相 互補充，各有優(yōu)勢。使用壽命。自動控制水平和維護服務水平將直 接決定其循環(huán)工作周期的長短。前者如果不能達到最 佳的工作狀態(tài)，將會進一步減少其循環(huán)工作周期。放電時間。放電時間即系統(tǒng)最大功率運行時能 量的持續(xù)釋放時間，與系統(tǒng)

4、功率是否恒定、工作情況 和系統(tǒng)容量等條件有關。不同貯能技術的比較見表 1 中。3 飛輪貯能的優(yōu)勢（1）相比于化學電池， 飛輪貯能機構能夠通過控 制轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的方法來避免過充電的情況發(fā)生，并且沒 有自放電的情況，從而其循環(huán)工作周期較長。 （2）飛 輪貯能機構充放電過程所耗費的時間都不長，通常以 秒計算，儲電容量很容易地通過讀取轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的數(shù)值 而計算得到。 （3）飛輪貯能機構的維護量極少，使用 壽命完全決定于電子元件的壽命。通常來講，壽命為 幾萬次的深度充放電過程或 20 年左右。 （4）飛輪貯能 技術的輸出跟隨和自動化控制性能良好。 （5）飛輪貯 能機構基本不受溫度的影響，低溫或高溫均能正常工 作

5、。（6）飛輪貯能機構對建設地點無任何要求。4 飛輪貯能機構的應用領域 飛輪貯能技術的上述優(yōu)點決定了其在不同領域都有廣闊的發(fā)展前景， 例如交通、供電和信息領域等等。 飛輪貯能技術主要應用在以下各個領域中：交通領域中的應用。飛輪貯能技術可以應用在 汽車、火車等交通工具中，通過電力電子裝置將剎車 時產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)換為高速旋轉(zhuǎn)飛輪轉(zhuǎn)子的機械能并貯 存，當加速或上坡時，機械能反向轉(zhuǎn)換為動力供交通 工具使用。航天領域中的應用。目前，大多數(shù)航天工具的 供電系統(tǒng)都是由化學電池與太陽能組成的綜合供電系 統(tǒng)，這種系統(tǒng)存在充電時間長和放電深度難以測量等 約束問題，而飛輪貯能技術能夠完美的解決上述問題， 還可以通過姿態(tài)

6、控制的方法來減輕航天工具的負重， 大大降低了航天工具的運行和維護成本。電力系統(tǒng)中的應用。 1）電力調(diào)峰。 當前經(jīng)濟的 快速發(fā)展使得發(fā)電量的增速遠遠低于電力需求的增 速，從而引起負荷峰谷差距增大，導致電力調(diào)峰問題 日益嚴重。飛輪貯能技術對地理環(huán)境無任何要求，充 放電時間短且不會對環(huán)境造成任何污染，雖然貯能容 量相對較小，但作為一種輔助調(diào)峰手段是非常合適的。 2）風力發(fā)電。 風速并不是持續(xù)不變的， 也不是有規(guī)律 可循的，因此棄風現(xiàn)象十分嚴重。為了達到分時段發(fā) 電、穩(wěn)定機組輸出功率、增大機組功率因數(shù)和降低機 組損耗的目的，必須以貯能系統(tǒng)為依托。飛輪貯能機 構剛好可以滿足這種要求，其能夠大幅度提升機組的 功率因數(shù)。當機組捕獲風能而產(chǎn)生的電能超過用戶需