2儲能技術(shù)原理與常用的儲能方式

　　2.1儲能技術(shù)的原理與特點

　　由儲能元件組成的儲能裝置和由電力電子器件組成的電網(wǎng)接入裝置成為儲能系統(tǒng)的兩大部分。儲能裝置主要實現(xiàn)能量的儲存、釋放或快速功率交換。電網(wǎng)接入裝置實現(xiàn)儲能裝置與電網(wǎng)之間的能量雙向傳遞與轉(zhuǎn)換，實現(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；放電時間跨度大，從毫秒級到小時級；應用范圍廣，貫穿整個發(fā)電、輸電、配電、用電系統(tǒng)；大規(guī)模電力儲能技術(shù)的研究和應用才剛起步，是一個全新的課題，也是國內(nèi)外研究的一個熱點領域。

　　 2.2常用的儲能方式

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

　　1)物理儲能中最成熟、應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。抽水蓄能的釋放時間可以從幾個小時到幾天，其能量轉(zhuǎn)換效率在70%~85%。抽水蓄能電站的建設周期長且受地形限制，當電站距離用電區(qū)域較遠時輸電損耗較大。壓縮空氣儲能早在1978年就實現(xiàn)了應用，但由于受地形、地質(zhì)條件制約，沒有大規(guī)模推廣。飛輪儲能利用電動機帶動飛輪高速旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)化為機械能存儲起來，在需要時飛輪帶動發(fā)電機發(fā)電。飛輪儲能的特點是壽命長、無污染、維護量小，但能量密度較低，可作為蓄電池系統(tǒng)的補充。

　    2)化學儲能種類比較多，技術(shù)發(fā)展水平和應用前景也各不相同：

　　(1)蓄電池儲能是目前最成熟、最可靠的儲能技術(shù)，根據(jù)所使用化學物質(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，也是目前最實用的儲能系統(tǒng)，已在小型風力發(fā)電、光伏發(fā)電系統(tǒng)以及中小型分布式發(fā)電系統(tǒng)中獲得廣泛應用，但因鉛是重金屬污染源，鉛酸電池不是未來的發(fā)展趨勢。鋰離子、鈉硫、鎳氫電池等先進蓄電池成本較高，大容量儲能技術(shù)還不成熟，產(chǎn)品的性能目前尚無法滿足儲能的要求，其經(jīng)濟性也無法實現(xiàn)商業(yè)化運營。

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

　　(3)液流儲能電池具有能量轉(zhuǎn)換效率較高，運行、維護費用低等優(yōu)點，是高效、大規(guī)模并網(wǎng)發(fā)電儲能、調(diào)節(jié)的首選技術(shù)之一。液流儲能技術(shù)在美國、德國、日本和英國等發(fā)達國家已有示范性應用，我國目前尚處于研究開發(fā)階段。

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

　　3)超導電磁儲能利用超導體制成線圈儲存磁場能量，功率輸送時無需能源形式的轉(zhuǎn)換，具有響應速度快、轉(zhuǎn)換效率高、比容量/比功率大等優(yōu)點，可以充分滿足輸配電網(wǎng)電壓支撐、功率補償、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。和其他儲能技術(shù)相比，超導電磁儲能仍很昂貴，除了超導體本身的費用外，維持系統(tǒng)低溫導致維修頻率提高以及產(chǎn)生的費用也相當可觀。目前，在世界范圍內(nèi)有許多超導電磁儲能工程正在運行或者處于研制階段。

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