储能技术的原理与常用储能方式

来源:【TRD拓尔德】 发布日期:2021-04-20 分享 加入收藏 关注:50

1.储能技术的原理与特点

由储能元件组成的储能装置和由电力电子器件组成的电网接入装置成为储能系统的两大部分。储能装置重要实现能量的储存、释放或快速功率交换。电网接入装置实现储能装置与电网之间的能量双向传递与转换,实现电力调峰、能源优化、提高供电可靠性和电力系统稳定性等功能。


储能系统的容量范围比较宽,从几十千瓦到几百兆瓦;放电时间跨度大,从毫秒级到小时级;应用范围广,贯穿整个发电、输电、配电、用电系统;大规模电力储能技术的研究和应用才刚起步,是一个全新的课题,也是国内外研究的一个热点领域。


2.常用的储能方式

目前,储能技术重要有物理储能(如抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等)、化学储能(如各类蓄电池、可再生燃料动力电池、液流电池、超级电容器等)和电磁储能(如超导电磁储能等)等。


1)物理储能中最成熟、应用最普遍的是抽水蓄能,重要用于电力系统的调峰、填谷、调频、调相、紧急事故备用等。抽水蓄能的释放时间可以从几个小时到几天,其能量转换效率在70%~85%。抽水蓄能电站的建设周期长且受地形限制,当电站距离用电区域较远时输电损耗较大。压缩空气储能早在1978年就实现了应用,但由于受地形、地质条件制约,没有大规模推广。飞轮储能利用电动机带动飞轮高速旋转,将电能转化为机械能存储起来,在要时飞轮带动发电机发电。飞轮储能的特点是寿命长、无污染、维护量小,但能量密度较低,可作为蓄电池系统的补充。


2)化学储能种类比较多,技术发展水平和应用前景也各不相同:

(1)蓄电池储能是目前最成熟、最可靠的储能技术,根据所使用化学物质的不同,可以分为铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、钠硫电池等。铅酸电池具有技术成熟,可制成大容量存储系统,单位能量成本和系统成本低,安全可靠和再利用性好等特点,也是目前最实用的储能系统,已在小型风力发电、光伏发电系统以及中小型分布式发电系统中获得广泛应用,但因铅是重金属污染源,铅酸电池不是未来的发展趋势。锂离子、钠硫、镍氢电池等先进蓄电池成本较高,大容量储能技术还不成熟,产品的性能目前尚无法满足储能的要求,其经济性也无法实现商业化运营。

(2)大规模可再生燃料动力电池投资大、价格高,循环转换效率较低,目前尚不宜作为商业化的储能系统。

(3)液流储能电池具有能量转换效率较高,运行、维护费用低等优点,是高效、大规模并网发电储能、调节的技术之一。液流储能技术在美国、德国、日本和英国等发达国家已有示范性应用,我国目前尚处于研究开发阶段。

(4)超级电容器是20世纪80年代兴起的一种新型储能器件,由于使用特殊材料制作电极和电解质,这种电容器的存储容量是普通电容器的20~1000倍,同时又保持了传统电容器释放能量速度快的优点,目前已经不断应用于高山气象站、边防哨所等电源供应场合。


3)超导电磁储能利用超导体制成线圈储存磁场能量,功率输送时无需能源形式的转换,具有响应速度快、转换效率高、比容量/比功率大等优点,可以充分满足输配电网电压支撑、功率补偿、频率调节,提高电网稳定性和功率输送能力的要求。和其他储能技术相比,超导电磁储能仍很昂贵,除了超导体本身的费用外,维持系统低温导致维修频率提高以及出现的费用也相当可观。目前,在世界范围内有许多超导电磁储能工程正在运行或者处于研制阶段。


各种储能技术的发展程度、系统规模及应用环节比较如图1所示。各种储能技术综合比较如表1所示,表1中UPS为不间断电源。


储能产业的发展前景

由于我国的能源中心和电力负荷中心距离跨度大,电力系统一直遵循着大电网、大电机的发展方向,按照集中输配电模式运行,随着可再生能源发电的飞速发展和社会对电能质量要求的不断提高,储能技术应用前景广阔。国家电网公司近期确定的智能电网重点投资领域中包括了大量储能应用领域,如发电领域的风力发电和光伏发电中应用储能技术项目,配电领域储能技术,电动汽车充放电技术等。


储能技术重要的应用方向有:①风力发电与光伏发电互补系统组成的局域网,用于偏远地区供电、厂及办公楼供电;②通信系统中作为不间断电源和应急电能系统;③风力发电和光伏发电系统的并网电能质量调整;④作为大规模电力存储和负荷调峰手段;⑤电动汽车储能装置;(作为国家重要部门的大型后备电源等。


随着储能技术的不断进步,安全性好、效率高、清洁环保、寿命长、成本低、能量密度大的储能技术将不断涌现,必将带动整个电力行业产业链的快速发展,创造巨大的经济效益和社会效益。


促进大容量储能产业发展的政策建议


1)将储能与新能源发展同步规划。按照实现整个电力系统安全运行和效率最优的原则,在规划新能源发电和电网输送线路的同时,应提出相应的储能解决方法,明确储能发展的规模和建设区域等。

2)执行峰谷电价和储能电价政策。峰谷电价在不同地区可有所差别,但应尽量为电网削峰填谷和吸引储能投资创造更大空间。

3)规范新能源发电技术要求与并网管理。国家应出台有关新能源并网的强制性技术标准,建立强制并网认证和检测制度。执行新能源发电出力短时间预测报告制度,提高短时间预测能力和水平。电网公司对符合入网要求的电能应及时全额接收,对电能质量差、发电预测误差大的新能源发电可选择性接收,并建立相应的惩罚机制。

4)鼓励投资主体多元化。在理顺投资回报机制、规范入网技术要求的前提下,应鼓励发电商、电网公司、用户端、第三方独立储能公司等任何有条件的投资方投资建设储能装置。

5)加紧安排多个储能示范项目。通过执行若干个储能示范项目为储能公司供应重要的工程实践机会,为未来大规模应用储能技术积累技术数据和运行相关经验。在示范项目中,要结合考虑各类储能技术的性能,在全面评价基础上,根据具体用途选用合适的储能技术。早期的示范项目可先与风力发电、光伏发电相结合,探索应用于风力发电和光伏发电的储能技术。

6)加大对大容量储能技术的研发投入,鼓励储能技术多元化发展。储能技术的研究应超前于需求发展,不能等到出现瓶颈的时候再考虑加大投入,另外需进一步加大对储能技术基础研究的投入,鼓励原始创新,掌握自主知识产权。应将大规模储能技术研究及其产业化应用列入国家科技重大专项。由于目前还没有任何一项储能技术完全胜任各种应用领域的要求,因此在重点扶持液流电池、锂离子电池等关键技术的同时,也应鼓励和支持其他储能技术发展。


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