主要儲能系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟性分析

1、主要儲能系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟性分析時間:2012-11-12 10:26來源:未知 作者：abel、成熟度圖1所示為電力儲能系統(tǒng)的技術(shù)成熟度的總結(jié)與比較。根據(jù)成熟度不同可分為三個層次:Technical maiuritv圖1儲能技術(shù)成熟度PHS-抽水蓄能；CAES-壓縮空氣；Lead-Acid:鉛酸電池;NiCd:鎳鎘電池；NaS:鈉硫 電池；ZEBRA:鎳氯電池；Li-ion:鋰電池；Fuel cell:燃料電池；Metal-air:金屬空氣電池； VRB:液流電池；ZnbBr:液流電池；PSB:液流電池；Solar Fuel:太陽能燃料電池；SMES:超 導(dǎo)儲能；Flywheel:飛輪； Capa

2、citor/Supercapcitor:電容/超級電容；AL-TES:水/冰儲熱/冷系 統(tǒng)；CES:低溫儲能系統(tǒng);HT-TES :儲熱系統(tǒng)(1) 成熟技術(shù)：抽水蓄能電站和鉛酸電池技術(shù)已經(jīng)成熟，其使用已超過 120多年。(2) 基本成熟的技術(shù)：壓縮空氣儲能、鎳鎘電池、鈉硫電池、鋰離子電池、液流電池、超 導(dǎo)磁能、飛輪、電容、儲熱/冷等技術(shù)已經(jīng)完成研發(fā)并開始商業(yè)化，但是還沒有大規(guī)模普遍應(yīng) 用，它們的競爭力和可靠性仍然需要電力企業(yè)和市場來進一步檢驗。(3) 正在研發(fā)的技術(shù)：燃料電池、金屬-空氣電池和太陽能燃料正在研發(fā)中，雖然它們在技術(shù)上并沒有達到商業(yè)成熟的程度，但已經(jīng)通過了多個科研機構(gòu)的研究論證。另一

3、方面，由于能源成本和環(huán)境問題的驅(qū)動，這幾種技術(shù)在不久的將來將具有巨大的商業(yè)潛力。二、功率和放電時間表1對各種類型電力儲能系統(tǒng)的功率和放電時間進行了比較，根據(jù)它們的應(yīng)用情況，大體上分為三種類型：（1）能源管理：抽水儲能、壓縮空氣儲能適合于規(guī)模超過 100MW和能夠?qū)崿F(xiàn)每天持續(xù)輸 出的應(yīng)用，可用于大規(guī)模的能源管理，如負載均衡、輸出功率斜坡 /負載跟蹤。大型電池、液 流電池、燃料電池、太陽能電池和儲熱/冷適合于10100MW的中等規(guī)模能源管理。（2）電力質(zhì)量：飛輪、電池、超導(dǎo)磁能、電容反應(yīng)速度快（約毫秒），因此可用于電能質(zhì)量管理包括瞬時電壓降、降低波動和不間斷電源等，通常這類儲能設(shè)備的功率級別小于

4、1MW。（3）電能橋接：電池、液流電池和金屬-空氣電池不僅要有較快的響應(yīng)（約小于 1秒），還 要有較長的放電時間（1小時），因此比較適合橋接電能。通常此類型應(yīng)用程序的額定功率為 100kW10MW。表1各種儲能技術(shù)性能比較垢#耳旺1討貞率割亦它返型蔭電削H反嚴瓦幻美元f :千硏刑抽木吉總LX小時）上NJ*月ADEKMaD5-lDPQ卜M卜時訊二低卜時*月400002-502-4(J<UMW怦/也D.L-伽301MJ0OOMOO241汕(MDhFVfl 2-0 (%分艸-丟5DG-1W0800-15002&-10D舸負歸也noujjuaJOU'SCD眇刊也I503d051

5、a鑄電些IMCiOdVQ. Z.恥 it- T12O(MBO()tDQ -25001.-肝亠別+時以二播近書f時2月jooooULtGooonDoaQ-IRkW秒-劄十甌上trifle100-150in-fic-3«：W-1W詆阿-冃創(chuàng) 3 500lSQlOObMO5W6JSM 儷r秒-L勺呦低臨月YDD-SOOI5Q-L00DS-BI爭硒化舸螟削也MjW聲1愛NMWOMC0-1 BMW卜N 4謝汰上播近零-勵-倔10-15%分珅1世200-110lOOO-LMJOC飛論儲電laSLGdVLUlfli松洛中25(3501000-5000卜廿電容僵能KSDflcW呈帥"a t

6、護20D-4305DD-LDCD斗弘創(chuàng)汨。2(WtJ%秋-'IM100-3003D 卜20003-3 CMN?#KB -卜時0.5%- it-20-50IDCkUQIQ 詠:1'：-0 5-1 %少鐘-于2oc-nn3-30叭峽卜？14、時以上0.05-1 恥分神冃列血表2各種儲能技術(shù)性能比較（續(xù)）苗帝Lift儲黨刼'年）描述0.5-1.5015-1.5負金水陣産 血磋甜貯£麻立亞0 5 il.IIISEE壬叭燃曲曲ivgm3007J-30050-3D10-4005M3WTQQQ負面r-D*75150-30Q6(1-1-Iirio1COM500J5O 940i

7、soMo150-1501D-1525DC：50-300150-1 SO120-3WJM42500翟電迦75-200150-31520000515HYjQMCMaOULtaoa-ion ii5D0tU上5HK3U00jOOlZLT5-151000以上鵝評咯幅開產(chǎn)牛帚由金祀竺弋電社1-3000j DO- 10DQ0IO&-JOO10-3016-13“o120 no Lett3Q-5030-dD5-LC2000 LX 丄-1(M5aoEMoaroo二 It- Illi-良性丈陽能占使堀廊佛存UM500-200(0.2-1 ?IQOGIWOE感上lOOQMlitl負面Ute刪10-304DCt

8、SOO血胡D1000-2060與15血血兇上幾乎沒電寫儲社UO-5均 IOU.OD210LUJflUUliLt釣£SttJljUliLt彈主我報50a-5UUijidcmuu 疝JJ訊上iuuocuL 上so-nsBO-120J M0d'15MSDI10-302IMU如1闊13MD05B小、儲存周期表1還給出了各種儲能技術(shù)的能量自耗散率，其中抽水儲能、壓縮空氣儲能、燃料電池、 金屬-空氣電池、太陽燃料和液流電池等的自耗散率很小，因此均適合長時間儲存。鉛酸電池、 鎳鎘電池、鋰電池、儲熱/冷等具有中等自放電率，儲存時間以不超過數(shù)十天為宜。飛輪、超 導(dǎo)磁能、電容每天有相當高的自充電

9、比，只能用在最多幾個小時的短循環(huán)周期。四、成本成本是影響儲能產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟性的最重要因素之一。表 1分別列出了以每千瓦時、每千瓦、 每 千瓦時-循環(huán)為單位的各種儲能技術(shù)的成本?？梢?，就每千瓦時的成本而言，壓縮空氣、金屬-空氣電池、抽水儲能、儲熱技術(shù)成本較低。與其它形式儲能系統(tǒng)相比，在已經(jīng)成熟的儲能技術(shù) 中壓縮空氣儲能的建設(shè)成本最低，抽水儲能次之。盡管電池的成本近年來下降很快， 但同抽水儲能系統(tǒng)相比仍然較高。超導(dǎo)磁能、飛輪、電容單位輸出功率成本不高，但從儲能容量的角度 看，價格很貴，因此它們更適用于大功率和短時間應(yīng)用場合。總體而言，在所有的電力儲能技 術(shù)中，抽水儲能和壓縮空氣儲能的每千瓦時儲能和釋能的

10、成本都是最低的。盡管近年來電池和其他儲能技術(shù)的周期成本已在大幅下降，但仍比抽水儲能和壓縮空氣儲能的成本高出不少。對于表1,進行以下說明:（1）表1所有成本均按照2009年美元匯率換算成美元；（2）壓縮空氣儲能每千瓦成本除了電站建造成本，還包括儲氣室建設(shè)成本，后者與儲氣 量大小有關(guān)；（3）電池成本中不包括電池更換費用；（4）各儲能系統(tǒng)每千瓦小時發(fā)電成本（以 COST表示）計算公式如下：對于壓縮空氣儲能系統(tǒng)：其它儲能系統(tǒng)：五、效率各種電力儲能系統(tǒng)的充放電循環(huán)效率如圖 2所示。可見，儲能系統(tǒng)的循環(huán)效率大致可以分 為三種：1008060-40 “20MHdzrr-P*N PUU4J.£<

11、; 一SH&八 SHE - 一 笠.-宕 qiq 目1S2電力儲能系統(tǒng)的充放電循環(huán)效率（1）極咼效率：超導(dǎo)磁能、飛輪、超大容量電容和鋰離子電池的循環(huán)效率超過90%;（2）較高效率：抽水蓄能、壓縮空氣儲能、電池（鋰離子電池除外）、液流電池和傳統(tǒng)電容的循環(huán)效率為60%90%； 低效率：金屬-空氣電池、太陽燃料、儲熱/冷的效率低于60%；效率計算公式一般分兩種，基于熱力學(xué)第一定律的儲能系統(tǒng)效率計算式:釋放的能量 L儲存的能量上式適用于能量以機械能或電磁能形式儲存的儲能系統(tǒng)。對于儲熱/冷系統(tǒng)，除了上式，往往還需從能量品位的角度評價儲能過程?；跓崃W(xué)第二定律的儲能系統(tǒng)效率計算式：釋放的火用）

12、燈一儲存的I火用）六、能量密度和功率密度表2還列出了各種儲能技術(shù)的能量密度和功率密度， 其中能量密度等于存儲能量除以裝置 體積（或質(zhì)量），功率密度等于額定功率除以存儲設(shè)備的體積（或質(zhì)量）。可見，盡管金屬-空氣電池和太陽能燃料的循環(huán)效率很低，但是它們卻有極高的能量密度（1000Wh/kg），而電池、儲熱/冷和壓縮空氣儲能具有中等水平的能量密度。抽水儲能、超導(dǎo)磁能、電容和飛輪 的能量密度最低，通常在30Wh/kg以下。然而，超導(dǎo)磁能、電容和飛輪的功率密度是非常高 的，它們更適用于大放電電流和快速響應(yīng)下的電力質(zhì)量管理。鈉硫電池和鋰離子電池的能量密度比其它傳統(tǒng)電池的高，液流電池的能量密度比傳統(tǒng)電池稍低

13、（應(yīng)該注意的是，不同廠商生產(chǎn) 的相同類型的儲能系統(tǒng)會在能量密度數(shù)據(jù)有所不同）。E_ £表2各儲能系統(tǒng)能量密度計算式為：刑或卩，以下是不同儲能系統(tǒng)所儲存的能量值 E（1）抽水蓄能儲存的機械能計算式為：其中H為水位高度，g為重力加速度，V為水庫容量，為水密度。（2）壓縮空氣儲存的能量計算式為：1-2乃 ， s mRTRR其中P為絕對壓力，V為儲氣容積，m為儲存的空氣質(zhì)量，R為理想氣體常數(shù),T為絕對溫度，V1-V2為壓縮過程前后空氣體積(3) 飛輪儲存的機械能計算式為:其中J為轉(zhuǎn)動慣量，為飛輪角速度(4) 超導(dǎo)儲能儲存的電能計算式為:其中L為線圈電感系數(shù)，I為線圈電流。(5) 電容儲存的電能計算式為：E= Q Vdq=纟均=丄 = -CV7S=o亠冃匚 2 C 2其中C為電容，V為電壓，Q為總的電荷(6) 儲熱系統(tǒng)儲存的熱量計算式為：非相變儲熱:其中m為儲熱介質(zhì)質(zhì)量，T1，T2為吸熱前后溫度，Cp為比熱容。 相變儲熱：寸E -彬膽婦 + | mCT 十 | mCpdT其中 m 為相變介質(zhì)質(zhì)量，