淺談儲(chǔ)能技術(shù)

1、淺談儲(chǔ)能技術(shù) 電力工程學(xué)院電自144呂正偉20141050141616通過這連個(gè)星期的學(xué)習(xí)，我對電力系統(tǒng)這個(gè)行業(yè)有了更加深入得了解，各種新奇的技術(shù)和應(yīng)用讓我們大開眼界，以前一直以為電力系統(tǒng)就是發(fā)發(fā)電，送送電。聽了老師所講的以后我才知道電力系統(tǒng)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這些，除了發(fā)電送電以外還有很多其他的技術(shù)比如儲(chǔ)能技術(shù)、變電技術(shù)等等。而現(xiàn)在我主要介紹的是儲(chǔ)能技術(shù)。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、超級電容

2、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)能和超級電容器儲(chǔ)能適合于需要提供短時(shí)較大的脈沖功率場合，如應(yīng)對電壓暫降和瞬時(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。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)，將下游水庫的水抽到上游水庫保存，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)周期長和動(dòng)

3、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、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。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抽到上池水庫，

4、將電能轉(zhuǎn)化成重力勢能儲(chǔ)存起來，在電網(wǎng)負(fù)荷高峰期釋放上池水庫中的水發(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

5、機(jī)械能儲(chǔ)存起來，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)是沒有摩擦損耗、風(fēng)阻小、壽命長、對環(huán)境沒有影響，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，在小型場合還無法體現(xiàn)其優(yōu)勢，目前主要應(yīng)用于為蓄電池系統(tǒng)作補(bǔ)充。電磁儲(chǔ)能包括:超導(dǎo)儲(chǔ)能、電容儲(chǔ)能、超級電容器儲(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)存磁場能量，功率輸送時(shí)無需能源形式的轉(zhuǎn)換，具有響應(yīng)速度快(ms 級)，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)

6、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、超級電容器儲(chǔ)能超級電容器根據(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。 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。而我國

7、現(xiàn)在也有許多儲(chǔ)能項(xiàng)目：1)2009年，中國電科院2*100kW儲(chǔ)能試驗(yàn)系統(tǒng)在中國電力科學(xué)研究院電工與材料研究所受國家電網(wǎng)公司委托承擔(dān)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)裝置試驗(yàn)與檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)制定工作，采用ATL鋰電池100KVA儲(chǔ)能雙向變流器2)2010年，河南分布式光伏發(fā)電及微網(wǎng)運(yùn)行控制試點(diǎn)工程200kW/250kWh項(xiàng)目結(jié)合河南財(cái)政稅務(wù)高等專科學(xué)校校園屋頂太陽能光電建筑應(yīng)用項(xiàng)目開展3)2010年，東莞松山湖工業(yè)園儲(chǔ)能系1MW*2h廣東省東莞市松山湖國家高科技園區(qū)4)2011年，福建高科技園區(qū)儲(chǔ)能系統(tǒng)1MW/2MWh寧德新能源科技園區(qū)5)2011年，江蘇常州天合金太陽工程中2MW屋頂電站100kW*2h6)2011年，

8、國家風(fēng)光儲(chǔ)輸示范工程(一期)國家風(fēng)光儲(chǔ)輸示范工程是財(cái)政部、科技部、國家能源局及國家電網(wǎng)公司聯(lián)合推出的金太陽工程首個(gè)重點(diǎn)項(xiàng)目，是國家電網(wǎng)公司建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)首批重點(diǎn)工程，是目前世界上規(guī)模最大的集風(fēng)電、光伏發(fā)電、儲(chǔ)能及輸電工程四位一體的可再生能源項(xiàng)目。工程以技術(shù)先進(jìn)性、科技創(chuàng)新性、經(jīng)濟(jì)合理性、項(xiàng)目示范性為標(biāo)準(zhǔn)，以風(fēng)光發(fā)電控制和儲(chǔ)能系統(tǒng)集成技術(shù)為重點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)新能源發(fā)電的平滑輸出、計(jì)劃跟蹤、削峰填谷和調(diào)頻等控制目標(biāo)，解決新能源大規(guī)模并網(wǎng)的技術(shù)難題。7)2012年，福建安溪移動(dòng)式儲(chǔ)能電站福建不同地區(qū)均有季節(jié)性用電負(fù)荷存在，比如安溪、漳州、龍巖等地因制茶、電烤煙、電烤花生的用電需要存在著大量季節(jié)性負(fù)荷。尤其

9、是安溪，每年春、暑、秋三季制茶時(shí)期電網(wǎng)負(fù)荷猛增，最大負(fù)荷是平時(shí)的12倍，形成罕見的尖峰負(fù)荷，導(dǎo)致局部區(qū)域、局部時(shí)段出現(xiàn)低電壓現(xiàn)象。而在非制茶季節(jié)，用電僅為普通照明用電，變壓器幾近空載運(yùn)行，用電負(fù)載率低，設(shè)備利用率低，供電效率低。針對這種負(fù)載率低的用電負(fù)荷，福建省電力有限公司組織福建省電力科學(xué)研究院開展移動(dòng)式電池儲(chǔ)能裝置開發(fā)及其在季節(jié)性負(fù)荷側(cè)的應(yīng)用示范研究，實(shí)施移動(dòng)式儲(chǔ)能電站的示范工程。8)比亞迪坪山總部1MW固定式儲(chǔ)能電站項(xiàng)目9)上海電力公司南匯航頭站120KW鎳氫電池10)上海電力公司漕溪站100KW鈉硫電池儲(chǔ)能示范項(xiàng)目當(dāng)前，我國面臨全球范圍內(nèi)氣候變暖、能源短缺、傳統(tǒng)電網(wǎng)智能化程度低、運(yùn)行效

10、率低等諸多亟待解決的問題，積極開發(fā)新能源和儲(chǔ)能技術(shù)，減少人類對化石能源的依賴，已成為業(yè)界和科技界研究的熱門課題。隨著能源存儲(chǔ)系統(tǒng)的幫助，過多的可再生能源可以在電力需求低時(shí)保留下來，并用于用電需求高的時(shí)候。據(jù)估計(jì)，可再生能源的利用率可以從30%提高到60%，預(yù)計(jì)將減少一半的電力生產(chǎn)成本。同時(shí)，從能源存儲(chǔ)裝置中產(chǎn)生的再生電力是非常穩(wěn)定、連續(xù)的，所以不需要更多的煤炭來維持電網(wǎng)的穩(wěn)定性。作為地球上最輕的元素，氫具有最高的能源密度，可以通過電將水分解產(chǎn)生。如果水電解槽與風(fēng)力發(fā)電或太陽能電池板集成，氫氣作為能量儲(chǔ)存的媒介可由多余的風(fēng)力、太陽能發(fā)電產(chǎn)生，即通過制氫設(shè)備將水電解形成氫氣，并與質(zhì)子交換膜(PEM)燃料電池集成發(fā)電。在風(fēng)力或太陽能混合發(fā)電、制氫系統(tǒng)方案得到應(yīng)用后，現(xiàn)存問題都可以有效地解決，但這種方法的問題是，傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)電解制氫過程中需要穩(wěn)定的電流和電壓。伴隨我國新能源產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，儲(chǔ)能技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的發(fā)展日漸成為各方關(guān)注的