因為可再生能源發(fā)電的間隙性和易變性,,及其滲透率的不斷提高,,對電網(wǎng)的正常運行 和調(diào)度有一定程度的沖擊,為了盡可能利用更多的可再生能源和提高電網(wǎng)運行的可靠性和效率,,各種儲能技術(shù)得到快速發(fā)展,。
電能儲存技術(shù)分為五大類:機械儲能、電氣類儲能技術(shù),、電化學(xué)類儲能技術(shù),、熱儲能 技術(shù)以及化學(xué)類儲能技術(shù)。目前世界電網(wǎng)中電能儲存容量占比最高的是抽水蓄能,,其總裝機容量規(guī)模達到了127GW,,占總儲能容量的99%,其次是壓縮空氣儲 能,,總裝機容量為440MW,,排名第三的是鈉硫電池,總?cè)萘恳?guī)模為316MW,。
1,、機械儲能
機械儲能主要包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能和飛輪儲能等,,其中抽水蓄能需要將電網(wǎng) 低谷時利用過剩電力作為液態(tài)能量媒體的水從地勢低的水庫抽到地勢高的水庫,,電網(wǎng)峰荷時高地勢水庫中的水回流到下水庫推動水輪機發(fā)電機發(fā)電,所以,,抽水蓄能 對地勢環(huán)境有一定的依賴,,效率一般在 65%-75%,最高可達到 80%-85%,,但它具有日調(diào)節(jié)能力,,適合配合核電站、大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電,、超大規(guī)模太陽能光伏發(fā)電等,。
2、電氣儲能
電氣類儲能技術(shù)主要包括了超級電容器儲能和超導(dǎo)儲能,,其中超級電容器儲能因為其能量密度低等特點,,一般適合和其他儲能手段聯(lián)合使用,可以在微電網(wǎng)中和儲能蓄電池結(jié)合使用,,也可用于電動汽車的啟動加速等;超導(dǎo)儲能目前大多是試驗性的,,技術(shù)還需要進 一步突破,。
3、電化學(xué)儲能
電化學(xué)儲能主要包括鉛酸電池,、鋰離子電池,、鈉硫電池和液流電池等等。
?。?)鉛酸電池目前在世界上應(yīng)用最廣泛,,循環(huán)壽命可達 1000 次左右,效率能達到 80%-90%,,性價比高,,常用于電力系統(tǒng)的事故電源或備用電源,但如果深度,、快速大功率放電時,,可用容量會下降。其特點是能量密度低,,壽命短,。鉛酸電池 今年通過將具有超級活性的炭材料添加到鉛酸電池的負極板上,能將其循環(huán)壽命提高很多,。
?。?)鋰電池主要應(yīng)用于便攜式的移動設(shè)備中,其效率可達 95%以上,,放電時間可達 數(shù)小時,,循環(huán)次數(shù)可達 5000 次或更多,響應(yīng)快速,,他是電池中能量最高的實用性電池,,近年來技術(shù)也在不斷進行升級,正負極材料也有多種應(yīng)用,,但存在價格高(4 元/wh),、過充會導(dǎo)致發(fā)熱、燃燒等安全性問題,,需要進行充電保護。隨著國內(nèi)外對于鋰電的研發(fā),,其性能不斷提升,,成本也在較大幅度下降,未來有望更廣泛應(yīng) 用,。
?。?)鈉硫電池,陽極由液體硫組成,,陰極由液態(tài)鈉組成,,中間有陶瓷材料的貝塔鋁管隔離,,電池運營溫度需要保持在 300 攝氏度以上,以保障電極處于熔融狀態(tài),,循環(huán)周期 可達到 4500 次,,放電時間 6-7 小時,周期往返效率 75%,,能量密度高,,響應(yīng)時間快。目 前在日本,、德國,、法國、美國等地已建有 200 多處此類儲能電站,,主要用于負荷調(diào)平,,移 峰和改善電能質(zhì)量。但因為使用液態(tài)鈉,,運行于高溫下,,容易燃燒。
?。?)液流電池的能連儲存在溶解于液態(tài)電解質(zhì)的電活性物種中,,而液態(tài)電解質(zhì)儲存在電池外部的罐中,用泵將儲存在罐中的電解質(zhì)打入電池堆棧,,并通過電極 和薄膜,,將電能轉(zhuǎn)化為電化學(xué)能,或?qū)㈦娀瘜W(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,。電池的功率和能量是不相關(guān)的,,儲存的能量取決于儲存罐的大小,因而可以儲存長達數(shù)小時至數(shù)天的能 量,,容量可達 MW 級,。這個電池有多個體系,如鐵鉻體系,,鋅溴體系,、多硫化鈉溴體系以及全釩體系,其中全釩氧 化還原液流電池最受關(guān)注,,是主要的技術(shù)發(fā)展方向,,其特點是技術(shù)成熟,壽命長,,循環(huán)次數(shù)可超過一萬次以上,,但能量密度和功率密度比鋰電池要低,響應(yīng)時間也不 快。
4,、熱儲能
熱儲能系統(tǒng)中,,熱能被儲存在隔熱容器的媒介中,需要的時候轉(zhuǎn)化回電能,,也可直接 利用而不再轉(zhuǎn)化回電能,。熱儲能又分為顯熱儲能和潛熱儲能。熱儲能儲存的熱量可以很大,,所以可利用在可再生能源發(fā)電上,。
5、化學(xué)類儲能
化學(xué)類儲能是利用氫或合成天然氣作為二次能源的載體,,利用多余的電制氫,,可以直 接用氫作為能量的載體,也可以將其與二氧化碳反應(yīng)成為合成天然氣(甲烷),,因為氫或 者甲烷作為能量載體可儲存的能量很大,,可達 TWh 級,而且儲存的時間也很長,,氫或者 合成天然氣除了可用于發(fā)電外,,還有其他利用方式如交通等。德國熱衷于推動此項技術(shù),,并有示范項目投入運行,。化學(xué)類儲能的缺點是它的全周期效率較低,,制氫效 率僅 40%,,合 成天然氣的效率不到 35%。
五類電能儲存技術(shù)中,,一般會根據(jù)各種儲能技術(shù)的特點,,進行綜合比較來選擇適當(dāng)?shù)?技術(shù),可供選擇的指標(biāo)主要包括:能量密度,、功率密度,、響應(yīng)時間、儲能效率,、設(shè)備壽命 (年)或充放電次數(shù),、技術(shù)成熟度、經(jīng)濟因素(投資成本,、運行和維護費用)以及安全和 環(huán)境方面的考慮,,再根據(jù)應(yīng)用的目的和需求,選擇儲能種類,、安裝地點、容量以及各種技術(shù)的配合。在這五類儲能方式中,,其中電化學(xué)儲能的電池發(fā)展非常迅速,。