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细说储能:能源利用方式变革之支点

导读: 从广义上讲,储能即能量存储,是指通过一种介质或者设备,把一种能量形式用同一种或者转换成另一种能量形式存储起来,基于未来应用需要以特定能量形式释放出来的循环过程。从狭义上讲,针对电能的存储,储能是指利用化学或者物理的方法将产生的能量存储起来并在需要时释放的一系列技术和措施。

  3、备用电源

  储能用于系统的事故备用以防止低频减载,事故备用要求能在系统主力电源出现缺口时,在3~5秒内提供有效出力,它比普通的旋转备用要求有更快的响应。电池储能系统可以提供这样的事故备用,减小主力机组故障时的负荷丢失作为快速备用的储能系统在提供出力时,要求具备保持至少15分钟的满容量输出的能力,以保证备用的同步机组能完成启动、同步、负荷恢复的完整过程。在之后的15分钟,储能系统可以将出力逐步降低到零。作为快速备用时,启动状态要求电池的SOC不低于70%。每次作为快速备用运行之后,储能系统将利用夜间或者负荷低谷期完成充电,达到100%的SOC。

  四、储能的方式

  按照存储方式不同,可包括电磁储能,化学储能以及物理储能三种方式。

  电磁储能包括超导磁能,超级电容储能;化学储能包括锌溴电池、全钒电池、镍氢、锂离子、钠硫铅酸等;物理储能包括抽水蓄能、压缩空气、以及飞轮储能等。

  1、电磁储能

  超导储能:超导储能是利用超导体的电阻为零特性制成的储存电能的装置其不仅可以在超导体电感线圈内无损耗地储存电能,还可以通过电力电子换流器与外部系统快速交换有功和无功功率,用于提高电力系统稳定性、改善供电品质。将一个超导体圆环置于磁场中,降温至圆环材料的临界温度以下,撤去磁场,由于电磁感应,圆环中便有感应电流产生,只要温度保持在临界温度以下,电流便会持续下去。试验表明,这种电流的衰减时间不低于10万年。显然这是一种理想的储能装置,称为超导储能。超导储能的优点很多,主要是功率大、质量轻、体积小、损耗小、反应快等等,因此应用很广。如大功率激光器,需要在瞬时提出数千乃至上万焦耳的能量,这就可有超导储能装置来承担。超导储能还可以用于电网。当大电网中负荷小时,把多余的电能储存起来,负荷大时又把电能送回电网,这样就可以避免用电高峰和低谷时的供求矛盾。这就是超导储能。

  超级电容:超级电容器,又名电化学电容器,双电层电容器、黄金电容、法拉电容,是从上世纪七、八十年代发展起来的通过极化电解质来储能的一种电化学元件。它不同于传统的化学电源,是一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源,主要依靠双电层和氧化还原假电容电荷储存电能。但在其储能的过程并不发生化学反应,这种储能过程是可逆的,也正因此,超级电容器可以反复充放电数十万次。其基本原理和其它种类的双电层电容器一样,都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。超级电容用于储能有如下特点:

  (1)充电速度快,充电10秒~10分钟可达到其额定容量的95%以上;

  (2)循环使用寿命长,深度充放电循环使用次数可达1~50万次,没有“记忆效应”;

  (3)大电流放电能力超强,能量转换效率高,过程损失小,大电流能量循环效率≥90%;

  (4)功率密度高,可达300W/KG~5000W/KG,相当于电池的5~10倍;

  (5)产品原材料构成、生产、使用、储存以及拆解过程均没有污染,是理想的绿色环保电源;

  (6)充放电线路简单,无需充电电池那样的充电电路,安全系数高,长期使用免维护;

  (7)超低温特性好,温度范围宽-40℃~+70℃;

  (8)检测方便,剩余电量可直接读出;

  (9)容量范围通常0.1F--1000F。

  但同时,超级电容因其能力密度较低,多级串联一致性差等问题,限制了其在规模储能的进一步应用。

  锌溴电池:锌溴储能电池是一种新型、高效的电化学储能设备,又被称为氧化还原液流储能电池(FlowRedoxCell)。该储能电池的电解质溶液(储能介质)存储在电池外部的电解液储罐中,电池内部正负极之间由微孔膜分隔成彼此相互独立的两室(正极侧与负极侧),电池工作时正负极电解液由各自的动力泵强制在储液罐和电池构成的闭合回路中进行循环流动。

  近几十年来,锌溴液流电池技术在美国、日本、澳大利亚等国获得了快速的发展。ZBB及PremiumPower公司则围绕锌溴电池的基础研发及商业化开展了大量工作。国内产业化研发起步较晚,当下有3-4家,中科院大连物化所从2008年开始对锌溴电池进行研发工作,在科技部973项目支持下在电池功率密度,循环稳定性,系统集成方面做了全面的研究。安徽美能主要以美国ZBB的EnergyStoreTM技术为基础,进行锌溴电池系统的总装。北京百能汇通在锌溴电池原材料国产化上面做了大量工作。特变电工以检测应用为主,已建成锌溴电池关键材料、单电池、单堆、模块以及储能试验系统等五个检测平台,通过社会合作及自主研发加工,开展了锌溴电池关键材料制作、电堆制作、电池控制系统开发、储能管理系统开发等工作,并实施了南京浦口科技园25kw/100kwh项目,特变电工储能事业部(南京)50kwh工程。

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