2儲(chǔ)能技術(shù)原理與常用的儲(chǔ)能方式

　　2.1儲(chǔ)能技術(shù)的原理與特點(diǎn)

　　由儲(chǔ)能元件組成的儲(chǔ)能裝置和由電力電子器件組成的電網(wǎng)接入裝置成為儲(chǔ)能系統(tǒng)的兩大部分。儲(chǔ)能裝置主要實(shí)現(xiàn)能量的儲(chǔ)存、釋放或快速功率交換。電網(wǎng)接入裝置實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能裝置與電網(wǎng)之間的能量雙向傳遞與轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)電力調(diào)峰、能源優(yōu)化、提高供電可靠性和電力系統(tǒng)穩(wěn)定性等功能。

　　儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量范圍比較寬，從幾十千瓦到幾百兆瓦；放電時(shí)間跨度大，從毫秒級(jí)到小時(shí)級(jí)；應(yīng)用范圍廣，貫穿整個(gè)發(fā)電、輸電、配電、用電系統(tǒng)；大規(guī)模電力儲(chǔ)能技術(shù)的研究和應(yīng)用才剛起步，是一個(gè)全新的課題，也是國(guó)內(nèi)外研究的一個(gè)熱點(diǎn)領(lǐng)域。

　　 2.2常用的儲(chǔ)能方式

　　目前，儲(chǔ)能技術(shù)主要有物理儲(chǔ)能(如抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能等)、化學(xué)儲(chǔ)能(如各類蓄電池、可再生燃料電池、液流電池、超級(jí)電容器等)和電磁儲(chǔ)能(如超導(dǎo)電磁儲(chǔ)能等)等。

　　1)物理儲(chǔ)能中最成熟、應(yīng)用最普遍的是抽水蓄能，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。抽水蓄能的釋放時(shí)間可以從幾個(gè)小時(shí)到幾天，其能量轉(zhuǎn)換效率在70%~85%。抽水蓄能電站的建設(shè)周期長(zhǎng)且受地形限制，當(dāng)電站距離用電區(qū)域較遠(yuǎn)時(shí)輸電損耗較大。壓縮空氣儲(chǔ)能早在1978年就實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用，但由于受地形、地質(zhì)條件制約，沒有大規(guī)模推廣。飛輪儲(chǔ)能利用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)飛輪高速旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能存儲(chǔ)起來(lái)，在需要時(shí)飛輪帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。飛輪儲(chǔ)能的特點(diǎn)是壽命長(zhǎng)、無(wú)污染、維護(hù)量小，但能量密度較低，可作為蓄電池系統(tǒng)的補(bǔ)充。

　    2)化學(xué)儲(chǔ)能種類比較多，技術(shù)發(fā)展水平和應(yīng)用前景也各不相同：

　　(1)蓄電池儲(chǔ)能是目前最成熟、最可靠的儲(chǔ)能技術(shù)，根據(jù)所使用化學(xué)物質(zhì)的不同，可以分為鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池、鈉硫電池等。鉛酸電池具有技術(shù)成熟，可制成大容量存儲(chǔ)系統(tǒng)，單位能量成本和系統(tǒng)成本低，安全可靠和再利用性好等特點(diǎn)，也是目前最實(shí)用的儲(chǔ)能系統(tǒng)，已在小型風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電系統(tǒng)以及中小型分布式發(fā)電系統(tǒng)中獲得廣泛應(yīng)用，但因鉛是重金屬污染源，鉛酸電池不是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。鋰離子、鈉硫、鎳氫電池等先進(jìn)蓄電池成本較高，大容量?jī)?chǔ)能技術(shù)還不成熟，產(chǎn)品的性能目前尚無(wú)法滿足儲(chǔ)能的要求，其經(jīng)濟(jì)性也無(wú)法實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)營(yíng)。

　　(2)大規(guī)模可再生燃料電池投資大、價(jià)格高，循環(huán)轉(zhuǎn)換效率較低，目前尚不宜作為商業(yè)化的儲(chǔ)能系統(tǒng)。

　　(3)液流儲(chǔ)能電池具有能量轉(zhuǎn)換效率較高，運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，是高效、大規(guī)模并網(wǎng)發(fā)電儲(chǔ)能、調(diào)節(jié)的首選技術(shù)之一。液流儲(chǔ)能技術(shù)在美國(guó)、德國(guó)、日本和英國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家已有示范性應(yīng)用，我國(guó)目前尚處于研究開發(fā)階段。

　　(4)超級(jí)電容器是20世紀(jì)80年代興起的一種新型儲(chǔ)能器件，由于使用特殊材料制作電極和電解質(zhì)，這種電容器的存儲(chǔ)容量是普通電容器的20~1000倍，同時(shí)又保持了傳統(tǒng)電容器釋放能量速度快的優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)不斷應(yīng)用于高山氣象站、邊防哨所等電源供應(yīng)場(chǎng)合。

　　3)超導(dǎo)電磁儲(chǔ)能利用超導(dǎo)體制成線圈儲(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、轉(zhuǎn)換效率高、比容量/比功率大等優(yōu)點(diǎn)，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)，提高電網(wǎng)穩(wěn)定性和功率輸送能力的要求。和其他儲(chǔ)能技術(shù)相比，超導(dǎo)電磁儲(chǔ)能仍很昂貴，除了超導(dǎo)體本身的費(fèi)用外，維持系統(tǒng)低溫導(dǎo)致維修頻率提高以及產(chǎn)生的費(fèi)用也相當(dāng)可觀。目前，在世界范圍內(nèi)有許多超導(dǎo)電磁儲(chǔ)能工程正在運(yùn)行或者處于研制階段。

　　各種儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展程度、系統(tǒng)規(guī)模及應(yīng)用環(huán)節(jié)比較如圖1所示。各種儲(chǔ)能技術(shù)綜合比較如表1所示，表1中UPS為不間斷電源。