六種電力儲(chǔ)能方式

　　中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：近幾十年來，儲(chǔ)能技術(shù)的研究和發(fā)展一直受到各國能源、交通、電力、電訊等部門的重視。電能可以轉(zhuǎn)換為化學(xué)能、勢(shì)能、動(dòng)能、電磁能等形態(tài)存儲(chǔ)，按照其具體方式主要可分為機(jī)械儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能、化學(xué)儲(chǔ)能三大類型。其中機(jī)械儲(chǔ)能包括抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能和飛輪儲(chǔ)能；電磁儲(chǔ)能包括超導(dǎo)、超級(jí)電容和高能密度電容儲(chǔ)能；電化學(xué)儲(chǔ)能包括鉛酸、鎳氫、鎳鎘、鋰離子、鈉硫和液流等電池儲(chǔ)能。表1介紹了各種電力儲(chǔ)能技術(shù)及其潛在的應(yīng)用領(lǐng)域。下面主要就抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能、超導(dǎo)儲(chǔ)能、超級(jí)電容儲(chǔ)能、電池儲(chǔ)能分別介紹。

　　一、抽水蓄能。抽水蓄能最早于19世紀(jì)90年代在意大利和瑞士得到應(yīng)用，目前，全世界共有超過90GW的抽水蓄能機(jī)組投入運(yùn)行。抽水蓄能電站的最大特點(diǎn)是儲(chǔ)存能量非常大，是電力系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的一種儲(chǔ)能技術(shù)，儲(chǔ)存能量的釋放時(shí)間可以從幾小時(shí)到幾天，其主要應(yīng)用領(lǐng)域包括調(diào)峰填谷、調(diào)頻、調(diào)相、緊急事故備用、黑啟動(dòng)和提供系統(tǒng)的備用容量，還可以提高系統(tǒng)中火電站和核電站的運(yùn)行效率。從技術(shù)層面講，抽水蓄能電站的關(guān)鍵在于如何實(shí)現(xiàn)電能與高水位勢(shì)能間的快速轉(zhuǎn)換，抽水蓄能機(jī)組的設(shè)計(jì)和制造是關(guān)鍵。

　　機(jī)組正向高水頭、高轉(zhuǎn)速、大容量方向發(fā)展，現(xiàn)已接近單級(jí)水泵水輪機(jī)和空氣冷卻發(fā)電電動(dòng)機(jī)制造極限，今后的重點(diǎn)將立足于對(duì)振動(dòng)、空蝕、變形、止水和磁特性的研究，著眼于運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，在水頭變幅不大和供電質(zhì)量要求較高的情況下使用連續(xù)調(diào)速機(jī)組，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)頻率控制。提高機(jī)電設(shè)備靠性和自動(dòng)化水平，建立統(tǒng)一調(diào)度機(jī)制以推廣集中監(jiān)控和無人化管理，并結(jié)合各國國情開展海水和地下式抽水蓄能電站關(guān)鍵技術(shù)的研究。

　　二、壓縮空氣儲(chǔ)能。壓縮空氣儲(chǔ)能電站(CAES)是一種調(diào)峰用燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電廠，主要利用電網(wǎng)負(fù)荷低谷時(shí)的剩余電力壓縮空氣，并將其儲(chǔ)藏在典型壓力7.5MPa的高壓密封設(shè)施內(nèi)，在用電高峰釋放出來驅(qū)動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電。對(duì)于同樣的輸出，它消耗的燃?xì)庖瘸Ｒ?guī)燃?xì)廨啓C(jī)少40%。壓縮空氣儲(chǔ)能電站建設(shè)投資和發(fā)電成本均低于抽水蓄能電站，但其能量密度低，并受巖層等地形條件的限制。壓縮空氣儲(chǔ)能電站可以冷啟動(dòng)、黑啟動(dòng)，響應(yīng)速度快，主要用于峰谷電能回收調(diào)節(jié)、平衡負(fù)荷、頻率調(diào)制、分布式儲(chǔ)能和發(fā)電系統(tǒng)備用。

　　壓縮空氣常常儲(chǔ)存在合適的地下礦井或者巖洞下的洞穴中。第一個(gè)投入商業(yè)運(yùn)行的壓縮空氣儲(chǔ)能是1978年建于德國Hundorf的一臺(tái)290MW機(jī)組。目前美國GE公司正在開發(fā)容量為829MW的更為先進(jìn)的壓縮空氣儲(chǔ)能電站，此外，俄、法、意、盧森堡、以色列和我國也在積極開發(fā)和建設(shè)這種電站。隨著分布式能量系統(tǒng)的發(fā)展以及減小儲(chǔ)氣庫容積和提高儲(chǔ)氣壓力至10-15MPa的需要，8-12MW微型壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)稱為關(guān)注焦點(diǎn)。

　　三、飛輪儲(chǔ)能。大多數(shù)飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)是由一個(gè)圓柱形旋轉(zhuǎn)質(zhì)量塊和通過磁懸浮軸承支撐的機(jī)構(gòu)組成，飛輪系統(tǒng)運(yùn)行于真空度較高的環(huán)境中，飛輪與電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)相連，其特點(diǎn)是沒有摩擦損耗、風(fēng)阻小、壽命長(zhǎng)、對(duì)環(huán)境沒有影響，幾乎不需要維護(hù)。谷值負(fù)荷時(shí)，飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)由工頻電網(wǎng)提供電能，帶動(dòng)飛輪高速旋轉(zhuǎn)，以動(dòng)能的形式儲(chǔ)存能量；峰值負(fù)荷時(shí)，高速旋轉(zhuǎn)的飛輪作為原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)發(fā)電，經(jīng)功率變換器輸出電流和電壓，完成機(jī)械能-電能轉(zhuǎn)換。飛輪具有優(yōu)秀的循環(huán)使用以及負(fù)荷跟蹤性能，它主要用于不間斷電源/應(yīng)急電源、電網(wǎng)調(diào)峰和頻率控制。機(jī)械式飛輪系統(tǒng)已成系列產(chǎn)品。

　　四、超導(dǎo)磁儲(chǔ)能。超導(dǎo)磁儲(chǔ)能系統(tǒng)（superconductingmagneticEnergystorage，SMES）利用超導(dǎo)體制成的線圈儲(chǔ)存磁場(chǎng)能量，由于具有快速電磁響應(yīng)特性和很高的儲(chǔ)能效率。超導(dǎo)磁儲(chǔ)能可以滿足輸配電網(wǎng)電壓支撐、功率補(bǔ)償、頻率調(diào)整、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和功率輸送能力等。和其他儲(chǔ)能技術(shù)相比，目前超導(dǎo)磁儲(chǔ)能仍很昂貴，除了超導(dǎo)本身的費(fèi)用外，維持低溫所需要的費(fèi)用也相當(dāng)可觀。目前，在世界范圍內(nèi)有許多超導(dǎo)磁儲(chǔ)能工程正在進(jìn)行或者處于研制階段。

　　五、超級(jí)電容器儲(chǔ)能。與常規(guī)電容器相比，超級(jí)電容器具有更高的介電常數(shù)、更大的表面積或者更高的耐壓能力。超級(jí)電容器價(jià)格較為昂貴，在電力系統(tǒng)中多用于短時(shí)間、大功率的負(fù)載平滑和電能質(zhì)量高峰值功率場(chǎng)合，如大功率直流電機(jī)的啟動(dòng)支撐、動(dòng)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。超級(jí)電容器歷經(jīng)三代及數(shù)十年的發(fā)展，儲(chǔ)能系統(tǒng)最大儲(chǔ)能量達(dá)到30MJ。目前，基于活性碳雙層電極與鋰離子插入式電極的第四代超級(jí)電容器正在開發(fā)中。

　　六、電池儲(chǔ)能。電池儲(chǔ)能系統(tǒng)主要利用電池正負(fù)極的氧化還原反應(yīng)進(jìn)行充放電。主要包括鉛酸電池、鎳鎘電池、鋰離子電池、鈉硫電池、全礬液流電池等。鉛酸電池目前儲(chǔ)能容量已達(dá)20MW。鉛酸電池在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)為斷路器提供合閘電源，在發(fā)電廠、變電所供電中斷時(shí)發(fā)揮獨(dú)立電源的作用，為繼電保護(hù)裝置、拖動(dòng)電機(jī)、通信、事故照明提供動(dòng)力。但其循環(huán)壽命較短，且在制造過程中存在一定環(huán)境污染。鎳鎘電池效率高、循環(huán)壽命長(zhǎng)，但隨著充放電次數(shù)的增加