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储能技术有哪几种各自的特点是什么?

admin 储能电池 2020-06-22 11 0 储能技术

  是通过装置或物理介质将能量储存起来以便以后需要时利用的技术。储能技术按照储存介质进行分类,可以分为机械类储能、电气类储能、电化学类储能、热储能和化学类储能。

  电网低谷时利用过剩电力将作为液态能量的水从低标高的水库抽到高标高的水库,电网峰荷时高标高水库中的水回流到下水库推动水轮机发电机发电。

  目前,抽水蓄能机组在一个国家总装机容量中所占比重的世界平均水平为3%左右。截至2012年底,全世界储能装置总容量为128GW,其中抽水蓄能为127GW,占99%。截至2012年年底,我国共有抽水蓄能电站34座,其中,投运26座,投运容量2064.5万千瓦约占全国总装机容量11.4亿千瓦的1.8% 。(另在建8座,在建容量894万千瓦)

  在一个飞轮储能系统中,电能用于将一个放在真空外壳内的转子即一个大质量的由固体材料制成的圆柱体加速(达几万转/分钟),从而将电能以动能形式储存起来 (利用大转轮所储存的惯性能量)。

  飞轮储能多用于工业和UPS中,适用于配电系统运行,以进行频率调节, 可用作一个不带蓄电池的 UPS,当供电电源故障时,快速转移电源,维持小系统的短时间频率稳定,以电能质量 (供电中断、电压波动等)。

  在我国刚刚开始在配电系统中安装使用。电科院电力电子研究所曾为306医院安装了一套容量为250kVA, 磁悬浮轴承的飞轮储能系统,能运行15秒,2008年投运。

  压缩空气储能采用空气作为能量的载体,大型的压缩空气储能利用过剩电力将空气压缩并储存在一个地下的结构(如地下洞穴),当需要时再将压缩空气与天然气混合,燃烧膨胀以推动燃气轮机发电。

  至今, 只有和美国有投运的压缩空气储能站。 Hundorf 站于1978年投运, 压缩功率60MW,发电功率290MW(后经提高到321MW), 压缩时间/发电时间=4,2小时连续运行,启动过上万次,启动可靠率达97%。此外,正在建造绝热型压缩空气储能电站,尚未投运美国Mcintosh, Alabama阿拉巴马州, 1991年投运, 110MW,压缩时间/发电时间=1.6,如连续输出 100MW 可维持26小时,曾因地质不稳定而发生过坍塌事故。此外,美国正在建设几座大型的压缩空气储能电站,尚未投运。

  近来压缩空气储能的研究和开发热度在不断上升,国家电网公司已立项研究10MW压缩空气储能,项目负责人大学卢强院士。

  根据电化学双电层理论研制而成的,又称双电层电容器,两电荷层的距离非常小(一般0.5mm以下),采用特殊电极结构,使电极表面积成万倍的增加,从而产生极大的电容量。

  超级电容器储能开发已有50多年的历史,近二十年来技术进步很快,使它的电容量与传统电容相比大大增加,达到几千法拉的量级,而且比功率密度可达到传统电容的十倍。超级电容器储能将电能直接储存在电场中,量形式转换,充放电时间快,适合用于改善电能质量。由于能量密度较低,适合与其他储能手段联合使用。

  超导储能系统是由一个用超导材料制成的、放在一个低温容器(cryogenic vessel) (杜瓦Dewar )中的线圈、功率调节系统(PCS)和低温制冷系统等组成。能量以超导线圈中循环流动的直流电流方式储存在中。

  超导储能适合用于提高电能质量,增加系统阻尼,改善系统稳定性能,特别是用于低频功率振荡。但是由于其格昂贵和复杂,虽然已有商业性的低温和高温超导储能产品可用,在电网中应用很少,大多是试验性的。SMES 在电力系统中的应用取决于超导技术的发展 (特别是材料、低成本、制冷、电力电子等方面技术的发展)。

  电化学类储能主要包括各种二次电池,有铅酸电池、锂离子电池、钠硫电池和液流电池等,这些电池多数技术上比较成熟,近年来成为关注的重点,并且还获得许多实际应用。

  铅酸电池是世界上应用最广泛的电池之一。铅酸电池内的阳极(PbO2)及阴极(Pb)浸到电解液(稀硫酸)中,两极间会产生2V的电势,这就是铅酸电池的原理。经由充放电,则极及电解液即会发生如下的变化:

  铅酸电池常常用于电力系统的事故电源或备用电源,以往大多数型光伏发电系统配备此类电池。目前有逐渐被其他电池(如锂离子电池)替代的趋势。

  锂离子电池实际上是一个锂离子浓差电池,正负电极由两种不同的锂离子嵌入化合物构。充电时,Li+从正极脱嵌经过电解质嵌入负极,此时负极处于富锂态,正极处于贫锂态;放电时则相反,Li+从负极脱嵌,经过电解质嵌入正极,正极处于富锂态,负极处于贫锂态。

  由于锂离子电池在电动汽车、计算机、手机等便携式和移动设备上的应用,所以它目前几乎已成为世界上应用最为广泛的电池。锂离子电池的能量密度和功率密度都较高,这是它能得到广泛应用和关注的主要原因。它的技术发展很快,近年来,大规模生产和多场合应用使其价格急速下降,因而在电力系统中的应用也越来越多。锂离子电池技术仍然在不断地开发中,目前的研究集中在进一步提高它的使用寿命和安全性,降低成本、以及新的正、负极材料的开发上。

  钠硫电池的阳极由液态的硫组成,阴极由液态的钠组成,中间隔有陶瓷材料的贝塔铝管。电池的运行温度需保持在300℃以上,以使电极处于熔融状态。

  日本的NGK公司是世界上唯一能制造出高性能的钠硫电池的厂家。目前采用50kW的模块,可由多个50kW的模块组成MW级的大容量的电池组件。在日本、、法国、美国等地已建有约200多处此类储能电站,主要用于负荷调平、移峰、改善电能质量和可再生能源发电,电池价格仍然较高。

  在液流电池中,能量储存在溶解于液态电解质的电活性中,而液态电解质储存在电池外部的罐中,用泵将储存在罐中的电解质打入电池堆栈,并通过电极和薄膜,将电能为化学能,或将化学能为电能。

  液流电池有多个体系,其中全钒氧化还原液流电池(vanadium redox flow battery, VRFB)最受关注。这种电池技术最早为新南威尔士大学发明,后技术转让给的VRB公司。在2010年以后被中国的普能公司收购,中国的普能公司的产品在国内外一些试点工程项目中获得了应用。电池的功率和能量是不相关的,储存的能量取决于储存罐的大小,因而可以储存长达数小时至数天的能量,容量也可达MW级,适合于应用在电力系统中。

  在一个热储能系统中,热能被储存在隔热容器的媒质中,以后需要时可以回电能,也可直接利用而不再回电能。

  热储能有许多不同的技术,可进一步分为显热储存(sensible heat storage)和潜热储存(latent heat storage)等。显热储存方式中,用于储热的媒质可以是液态的水,热水可直接使用,也可用于房间的取暖等,运行中热水的温度是有变化的。而潜热储存是通过相变材料( Phase Change Materials, PCMs)来完成的,该相变材料即为储存热能的媒质。

  由于热储能储存的热量可以很大,所以在可再生能源发电的利用上会有一定的作用。熔融盐常常作为一种相变材料,用于集热式太阳能热发电站中。此外,还有许多其他种类的储热技术正在开发中,它们有许多不同的作用。

  利用待弃掉的风电制氢,通过电解水,将水分解为氢气和氧气,从而获得氢。以后可直接用氢作为能量的载体,再将氢与二氧化碳反应成为合成天然气(甲烷),以合成天然气作为另一种二次能量载体。

  将氢与二氧化碳合成为甲烷的过程也被称作为P2G技术(power to gas)。 热衷于推动此项技术,已有示范项目在投入运行。以天然气为燃料的热电联产或冷、热、电联产系统已成为分布式发电和微电网的重要组成部分,在智能配电网中发挥着重要的作用,氢和合成天然气为分布式发电提供了充足的燃料。

  储能技术种类繁多,他们的特点各异。实际应用时,要根据各种储能技术的特点以及对优缺点进行综合比较来选择适当的技术。供选择的主要特征包括:①能量密度 (kWh or MWh);②功率密度 (kW or MW);③响应时间(-ms, -s, -minute);④储能效率 (充放电效率);⑤设备寿命 (年)或充放电次数;⑥技术成熟度;⑦经济因素 (投资成本、运行和费用);⑧安全和方面的考虑。

  在实际工程项目中,要根据储能技术的上述特征,应用的目的和需求,来选择其种类、安装地点、容量以及各种技术的配合,还要考虑用户的经济承受能力。

  上述放电时间短的,常常是功率型的,一般可用作UPS和提高电能质量。中等放电时间的,可用于电源转接。较长或特长时间的,一般是能量型的,可用于系统的能量管理。目前应用最广泛的大型抽水蓄能可以解决天级的储能要求,要满足周和月级的储能需求要依靠其他种类储能手段,如氢和合成天然气。

  不同储能技术的储能容量能量和放电时间的比较示于图,可以看出不同的储能技术处于图中不同的。

  ② 应急能量要求:在这些应用中,贮存的能量可用几秒到几分钟,从一个电源切换到另一个电源时,以电能的连续性。

  ③ 系统能量管理要求:在这些应用中,储能系统用于发电和消耗之间的去耦及同步。典型的应用是负载平衡,这意味着在非高峰时储存能量(能量成本低),并在高峰时段使用存储的能量(能量较高的成本)。

  储能的效率和寿命(循环的最大数)是两个重要参数,因为它们影响到存储的成本。下图给出不同存储技术相对于效率和寿命的特点。

  投资成本是一个重要的经济参数,影响能源生产的总成本。每个循环的成本可能是评估能量存储系统成本的最佳方式。下图给出投资的主要组分,考虑到耐用性和效率。

  存储系统的体积很重要,首先,它可能被安装在一个受的或昂贵的空间,例如在城市地区。其次,体积增加,则需要更多的材料和更大的施工现场,从而增加了系统的总成本。

  储能即能量的储存。根据能量存储形式的不同,广义储能包括电储能、热储能和氢储能三类。电储能是最主要的储能方式,按照存储原理的不同又分为电化学储能和物理储能两种技术类型:其中电化学储能技术主要包括铅蓄电池、锂离子电池、钠硫电池、液流电池和超级电容器;物理储能技术主要包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能和超导储能。

  莱茵TÜV是一家全球性的第三方检测认证机构,成立于1872年,总部位于科隆。我们在大中华区乃至全球新能源领域拥有领先的检测认证和技术评估能力,TÜV莱茵以2PfG 2511/09.14和VDE-AR-E 2510-50:2017为依据,可为储能系统提供全面的安全评估。下图为TÜV莱茵为符合要求的储能系统提供的测试认证标志。

  抽水蓄能是目前最为成熟的电力储能技术,装机量最大,占全部国内储能累计装机的99%,但受地理选址和建设施工的局限,抽水蓄能的未来发展空间有限。而压缩空气储能、飞轮储能以及电化学储能技术则是未来高增长的领域,技术的多样性和灵活性将对我们电力系统的优化和智能化发展起到重要作用。抽水蓄能之外的主流储能技术包括:

  同其他储能技术相比,压缩空气储能系统具有容量大、工作时间长、充放电循环次数多、寿命长等优点。压缩空气储能技术有良好的商业运行项目,可以实现大规模电网级应用,但其缺点是效率相对较低、建站条件也较为苛刻,传统压缩空气储能技术对化石燃料也存在依赖。为了解决传统压缩空气储能的一些问题,先进绝热压缩空气储能技术、液化空气储能技术、超临界压缩空气储能技术、与可再生能源耦合的压缩空气储能技术等已成为现阶段国内外研发的重点方向和领域。

  飞轮储能技术,特别是高速飞轮储能系统,具有功率密度高、寿命长、可实时监测系统荷电状态、对温度不等优点,缺点是存在严重的自放电现象。此外,在能量型应用时,飞轮储能价格昂贵,一定程度上了其在能量型应用领域的发展。

  传统铅蓄电池具有免性、优越的高低温性能、耐过充和优越的充电接受能力、电池一致性高等特点。铅炭电池是从传统的铅蓄电池演进出来的新技术,它是在传统铅蓄电池的负极中加入了活性炭,与传统的铅蓄电池相比,铅炭电池有以下特点:

  钠硫电池具有能量密度高、功率特性好、循环寿命长等优点,已发展成为大规模兆瓦级化学储能技术中性能最成熟,并且已经实现商业化运行的一类技术。但目前,制造成本、长期运行的可靠性、规模化成套技术能力仍然是钠硫电池规模化应用的主要瓶颈问题。

  液流电池和通常以固体作电极的普通蓄电池不同,液流电池的活性物质是具有流动性的液体电解质溶液,由于大量的电解质溶液可以存储在外部并通过泵输送到电池内反应,因此相对于普通蓄电池来说,液流电池可以灵活配置功率和容量,其规模可以大幅提升。全钒液流电池和锌溴液流电池是目前已经在电力储能中得到大规模应用的两种液流电池技术。其中全钒液流电池的寿命长,循环次数可达10,000次以上,但能量密度和功率密度与其他电池相比要低;相比全钒液流电池,锌溴液流电池则具有能量密度高、成本更低等优势,但也存在因电极反应产生络合物而引起自放电率高的问题。

  超级电容器具有充放电速度快、功率密度高、循环寿命长、充放电效率高、操作安全等优点,是优秀的功率型储能系统,适合用于提供调频服务、改善电能质量。但由于其能量密度相对较低,故在应用中可与其他储能技术联合使用。

  目前,储能技术主要以锂离子电池、铅蓄电池、钠硫电池和液流电池为主,这些技术在可再生能源并网、分布式发电及微网领域已实现兆瓦级的示范应用,同时在调频辅助服务、电力输配、电动汽车等领域也在进行应用示范。

  预计在2016-2020年期间,技术上将继续以锂离子电池、铅蓄电池、钠硫电池和液流电池应用为主,在各自适用领域内最大化地发挥其应用价值;与此同时,开展超临界压缩空气储能、飞轮储能、超级电容的示范及商业化应用。

  2020年之后,锂离子电池、铅蓄电池、钠硫电池和液流电池基本实现商业化应用,同时开发出性能更优的新一代储能技术,并逐渐向产业化方向发展。

  根据中关村储能产业技术联盟(CNESA)的项目数据库,截至2017年底,全球已投运储能项目累计装机规模为175.4GW,与2016年累计装机规模相比,年增长率达到3.9%,增速平稳。总规模中,抽水蓄能装机占比最大,为96%,占据了绝大部分的市场份额。尽管如此,我们认为相比抽水储能来说,电化学储能技术线较多且受地理条件和资源条件的较小,虽然现阶段其装机规模不大,但开发增速较快,发展潜力大。

  截止到2017年底,电化学储能项目累计装机规模为2926.6MW,占已投运储能总规模的1.7%,较2016年的电化学储能累计装机增长了45%。

  储能系统的评价指标包含安全性、经济性、可靠性、高效性、易操作性等方面。其中,安全性是其最重要的指标,包括电气安全、电池安全、功能安全、运输安全、电磁兼容、环保、并网接口等。以下简单介绍几个方面:

  随着储能技术的不断进步,单个储能系统的容量不断提升,与此同时,系统电压也由过去的安全低压系统(≤60 Vd.c.)逐步提升,达到1000Va.c.和1500Vd.c.,系统电压的提升为储能系统在成本、效率等方面带了诸多优势,但是也使得电气安全的问题日益凸显。

  锂离子的活跃性很高,导致锂离子电池易燃易爆。而储能系统具有容量大、电压高等特点,为保障储能系统的电池安全性,通常我们会在在电芯及电池系统的设计、制造和品控等方面结合大量的测试来验证其安全性。

  由于储能产品的特殊性,其安全性需要结合多项安全功能来实现,包括电压功能、电流功能、温度功能、通信检测功能、并网接口功能,并离网切换功能等。

  储能系统包含大量的电子元器件,因此在工作过程中会存在电磁兼容的问题。储能系统应具有在一定电磁中能够正常工作(抗扰度)并且不对该中的任何事物构成不能承受的电磁(发射)的能力。

  自从关注本问题后,就一直从前天停电停到今天·····说好的供电可靠性其实就是个概率问题······

  储能系统在微电网中市场其实蛮大的,不仅可以提高所谓的供电可靠性,且对于电网稳定性和电能质量都会有很大的提高。

  现阶段微电网中可利用的储能装置主要包括蓄电池储能、超导储能、飞轮储能、超级电容器储能等形式,让我们慢慢的荡起双桨来扒一扒储能那些事。

  1、首先谈谈当今微网中应用广泛的蓄电池吧。蓄电池储能可以解决系统高峰负荷时的电能需求,也可用蓄电池储能来协助无功补偿装置,有利于电压波动和闪变。然而蓄电池的充电电压不能太高,要求充电器具有稳压和限压功能。蓄电池的充电电流不能过大,要求充电器具有稳流和限流功能,所以它的充电回也比较复杂。另外充电时间长,充放电次数仅数百次,因此了使用寿命,维修费用高。如果过度充电或短容易爆炸,不如其他储能方式安全。当然蓄电池中含有重金属,所以其成本还是比较高的。

  尽管铅酸蓄电池还有不少缺点,但是目前能够商业化运用的主要还是铅酸蓄电池,它具有几个比较显著的优点:成本低廉,原材料丰富,制造技术成熟,能够实现大规模生产。但是铅酸蓄电池体积

  锂离子电池是近年来兴起的新型高能量二次电池,由日本的索尼公司在1992 年率先推出。其工作

  电压高、体积小、储能密度高、无污染、循环寿命长。但是锂离子电池要想大规模生产还有一定难度,因为它特殊的包装和内部的过充电电造成了锂离子电池的高成本。

  超导储能系统(SMES)利用由超导体制成的线圈,将电网供电励磁产生的能量储存起来,在需要时再将储存的能量送回电网或直接给负荷供电。SMES 与其他储能技术相比,由于可以长期无

  损耗储存能量,能量返回效率很高;并且能量的速度快,通常只需几秒钟,因此采用SMES 可使电网电压、频率、有功和无功功率容易调节。但是,超导体由于价格太高,造成了一次性投资太大。随着高温超导和电力电子技术的发展促进了超导储能装置在电力系统中的应用,在20 世纪90 年代已被应用于风力发电系统和光伏发电系统。SMES 快速的功率吞吐能力和较为灵活的四象限调节能力,使得它可以有效地电气量的波动,提高系统的阻尼。

  飞轮储能技术是一种机械储能方式。早在20世纪50 年代就有人提出利用高速旋转的飞轮来储存能量,并应用于电动汽车的构想。但是直到80年代,随着磁悬浮技术、高强度碳素纤维和现代电力电子技术的新进展,使得飞轮储能才真正得到应用。

  飞轮储能具有效率高、建设周期短、寿命长、高储能量等优点,并且充电快捷,充放电次数无限,对无污染。但是,飞轮储能的费用相对其他储能方式要昂贵得多,飞轮储能的原理下图所示。当飞轮存储能量时,电动机带动飞轮旋转加速,飞轮将电能储存为机械能;当外部负载需要能量时,飞轮带动发电机旋转,将动能变换为电能, 并通过电力电子装置对输出电能进行频率、电压的变换,满足负载的需求。

  耐压能力和更大的存储容量,又保持了传统电容器能量快的特点,逐渐在储能领域中被接受。根据储能原理的不同,可以把超级电容器分为双电层电容器和电化学电容器。

  超级电容器作为一种新兴的储能元件,它与其他储能方式比较起来有很多的优势。超级电容器与蓄电池比较具有功率密度大、充放电循环寿命长、充放电效率高、充放电速率快、高低温性能好、能量储存寿命长等特点。与飞轮储能和超导储能相比,它在工作过程中没有运动部件,工作少,相应的可靠性非常高。这样的特点使得它在应用于微电网中有一定优势。在边远的缺电地区,太阳能和风能是最方便的能源,作为这两种电能的储能系统,蓄电池有使用寿命短、有污染的弱点,超导储能和飞轮储能成本太高,超级电容器成为较为理想的储能装置。目前,超级电容器已经不断应

  从蓄电池和超级电容器的特点来看,两者在技术性能上有很强的互补性。蓄电池的能量密度大,但功率密度小,充放电效率低,循环寿命短,对充放电过程,大功率充放电和频繁充放电的适应

  性不强。而超级电容器则相反,其功率密度大,充放电效率高,循环寿命长,非常适应于大功率充放电和循环充放电的场合,但能量密度与蓄电池相比偏低,还不适宜于大规模的电力储能。如果将超级电容器与蓄电池混合使用,使蓄电池能量密度大和超级电容器功率密度大、循环寿命长等特点相结合,无疑会大大提高储能装置的性能。

  在微电网系统中,除了以上几种储能方式外,还有可能用到抽水储能、压缩空气储能等。抽水储能在集中方式中用得较多,并且主要是用来调峰。压缩空气储能是将空气压缩到高压容器中,它是一

  上表为各种储能方式性能比较。从上表 可以看出,现阶段由于技术和成本的原因,铅酸蓄电池的优势还比较明显,但是从长远考虑,随着其他储能方式价格的下降、技术的成熟和环保要求的逐渐提高,其他储能以及混合储能将会在微电网中得到更加广泛的运用。

  抽水储能电站投入运行时必须配备上、下游两个水库(上、下池),负荷低谷时段抽水储能设备工作在电动机状态,将下游水库的水抽到上游水库保存,负荷高峰时抽水储能设备工作于发电机的态,利用储存在上游水库中的水发电。按上水库有无天然径流汇入分为纯抽水、混合抽水和调水式抽水蓄能电站,建站地点力求水头高、发电库容大、渗漏小、压力输水管道短、距离负荷中心近。抽水储能电站可以按照一定容量建造,储存能量的时间可以从几小时到几天,综合效率70%~85%之间。抽水储能是在电力系统中应用最为广泛的一种储能技术,其主要应用领域包括调峰填谷、调频、调相、紧急事故备用、黑启动和提供系统的备用容量,还可以提高系统中火电站和核电站的运行效率。

  压缩空气储能电站(compressed air energystorage,CAES)是一种调峰用燃气轮机发电厂,主要利用电网负荷低谷时的剩余电力压缩空气,并将其储藏在典型压力7.5 MPa 的高压密封设施内,在

  用电高峰出来驱动燃气轮机发电。在燃气轮机发电过程中,燃料的2/3 用于空气压缩,其燃料消耗可以减少1/3,所消耗的燃气要比常规燃气轮机少40%,同时可以降低投资费用、减少排放。CAES建设投资和发电成本均低于抽水蓄能电站,但其能量密度低,并受岩层等地形条件的。CAES 储气库漏气开裂可能性极小,安全系数高,寿命长,可以冷启动、黑启动,响应速度快,主要用于峰谷电能回收调节、平衡负荷、频率调制、分布式储能和发电系统备用。

  目前,地下储气站采用报废矿井、沉降在海底的储气罐、山洞、过期油气井和新建储气井等多种模式,其中最理想的是水封恒压储气站,能保持输出恒压气体,从而保障燃气轮机稳定运行。100 MW级燃气轮机技术成熟,利用渠氏超导热管技术可使系统换能效率达到90%。大容量化和复合发电化将进一步降低成本。随着分布式能量系统的发展以及减小储气库容积和提高储气压力至10~14 MPa 的需要,8~12 MW 微型压缩空气蓄能系统(micro-CAES)已成为人们关注的热点。

  储能即能量的存储。指通过特定的装臵或物理介质将能量存储起来以便在需要时利用。根据能量存储方式的不同,储能可以分为机械储能、电气储能、电化学储能、热储能和化学储能五大类。从能量的方式看,除热储能外,大部分储能最终以电能形式。

  储能深刻地改变了电力的生产、消费方式。电力作为一种特殊的商品,本身无法直接储存,发电、输电、配电、用电同步进行,做到实时平衡,没有中间的存储环节。储能的出现和广泛应用,实现了电能在时间上的转移,从而深刻地改变了电力的生产、消费方式,是电力市场的一次性突破。

  不同储能技术成熟度与成本差异较大。抽水蓄能目前商业化应用最为成熟,作为调峰、调频和备用电源广泛应用于电网侧,主要优点是技术成熟度高、功率和容量较大、成本低,但主要缺点在于受地形制约较大、能量密度较低、总投资较高、投资回收期较长等。以锂离子电池为代表的电化学储能整体处于示范和部署阶段,成本仍具备较大下降空间。合成天然气、氢能、压缩空气储能、超导储能、超级电容储能、飞轮储能等仍处于研发阶段。

  电化学储能指的是以锂电池为代表的各类二次电池储能。相比抽水蓄能等机械储能,电化学储能受地形等因素影响较小,可灵活运用于发电侧、输配电侧和用电侧。相比电磁储能,电化学储能的技术更为成熟、成本更低,商业化应用范围更广。同时,随着近年来成本的快速下降、商业化应用逐渐成熟,电化学储能的优势愈发明显,开始逐渐成为储能新增装机的主流,且未来仍有较大的成本下降空间,发展前景广阔。

  电化学储能近年来发展迅速,整体占比仍然较低。据中关村储能产业技术联盟(CNESA)统计,截至2018年底,全球累计已投运储能项目181GW,同比增长3.19%,其中电化学储能累计装机6.625GW,同比增长126.4%,截至2018年底电化学储能占全部储能累计装机的3.7%,是抽水蓄能以外累计装机规模最大的技术线。

  各类电化学储能技术中,锂离子电池累计规模最大,是最主流的电化学储能技术线。根据CNESA数据,截至2018年底,全球锂电池储能累计装机5.71GW,占电化学储能累计装机的86.3%。锂电池在储能的应用上,以磷酸铁锂电池为主流。

  随着新能源汽车的发展,动力电池产业链也逐渐成熟,动力电池企业产能不断扩张,一定程度上出现了产能过剩,带动锂电池价格不断下降。2010-2018年,锂电池PACK价格由1160美元/kWh下降至176美元/kWh(约1.2元/Wh),降幅达85%。展望未来,锂电池特别是磷酸铁锂电池产能压力继续存在,价格具备进一步下行空间。

  除电池成本外,由BMS(电池管理系统)、PCS(储能变流器)和施工成本构成的BOS成本也在快速下降。根据麦肯锡数据,2012年至2017年,储能系统中电池以外的成本(BOS成本)由1500美元/MWh下降至351美元/MWh,平均每年降幅超过25%。

  业内一般认为,1.5元/wh的系统成本是储能经济性的拐点,特别是对于能量型的应用如峰谷套利、新能源配套等。由于电池成本和BOS成本的不断下降,储能系统成本已经突破这一成本线,经济性拐点已经开始出现。

  据CNESA预测,到2019年底,中国电化学储能累计装机1.89GW,2020年底累计装机2.83GW,到2023年底累计装机19.3GW。根据BNEF的预测,到2040年,全球储能累计装机(不含抽水蓄能)将达到近1095GW/2850GWh,对应投资6620亿美元。我们认为,抽水蓄能以外的电力储能,特别是容量型储能,未来将以电化学储能为主。

  锂离子电池的阴极材料为锂金属氧化物,锂离子电池的阴极材料为锂金属氧化物,具有高效率、高能量密度的特点,并具有放电电压稳定、工作温度范围宽、储存寿命长、无记忆效应及无污染性等优点。大容量锂电池储能电站正在逐渐兴起。

  锂电池的储能密度很高,可达到100W•h/kg,是铅酸电池的3~5倍; 输出电压高( 单体工作电压在3.2 V以上) , 约等于3只镍镉或镍氢充电电池的电压, 能量效率可以达到90%以上, 高低温适应性强, 可以在–20~60 ℃的下使用。

  铅酸电池具有技术成熟, 价格便宜, 安全性能相对可靠的优点, 但其循环寿命较短, 不可深度放电, 运行和费用高, 而且制造过程中和废弃处理时存在严重的污染。 针对提高铅酸电池比功率和深放电时循环寿命, 开展新型铅酸电池和应用研究是铅酸电池技术发展的重要方向。 例如, 新型铅碳超级电池, 是使用少量铅的铅酸电池技术, 由一个不平衡的超级电容器和一个铅酸电池在其内部组成的单体电池, 与传统的铅酸电池相比, 具有更短的充电时间和更长的使用寿命。

  硫电池是美国福特(Ford)公司于1967年首先发明的, 至今已有40多年的历史。钠硫电池主要是由正极、 负极、 电解质、 隔膜和外壳等组成。负极的活性物质是熔融金属钠,正极的活性物质是硫和钠硫化物熔盐,由于硫是绝缘体,所以一般是将其填充在导电多孔的炭或石墨毡里,具有良好钠离子传导性能的β-Al2O3同时起到固体电解质兼隔膜的双重作用,固体电解质只传导Na+,而对电子是绝缘体,外壳则一般用不锈钢等金属材料。

  液流电池的活性物质可溶解分装在两大储存中,溶液流经液流电池,在离子交换膜两侧的电极上分别发生还原与氧化反应。此化学反应为可逆的,因此可达到多次充放电的能力。此系统之储能容量由储存槽中的电解液容积决定,而输出功率取决于电池的反应面积。由于两者可以设计,因此系统设计的灵活性大而且受设置场地小。液流电池已有全钒、 钒溴、 多硫化钠/溴等多个体系,液流电池电化学极化小,其中全钒液流电池具有能量效率高、 蓄电容量大、 能够100%深度放电、 可实现快速充放电,寿命长等优点,全钒液流电池已经实现商业化运作,能够有效平滑风能发电功率。在日本运营的容量为4 MW的全钒液流电池为当地32 MW的风电场提供储能,并已运行27万次循环,世界上还没有任何其他储能技术能够实现这一要求.

  蓄电池将电能转换为正负电极的化学能存 储起来,它不仅不需要燃烧化石燃料,而且具有对负荷反应快、 容易同多种电站组合及能够增加电力系统的稳定性等优点。同时,建造蓄电池设备不需要特殊的地理条件,建设周期短,而且进行扩容(模块化)方便等,因此较适合作为电力系统储能设备。但是,目前的蓄电池技术仍存在价格昂贵、使用寿命短、量密度低和废弃物化学污染难于消除等缺点。目前全球电池储能总装机为451 MW.。

  抽水蓄能电站通常由上水库、下水库和输水及发电系统组成,上下水库之间存在一定的落差。在电力负荷低谷时段把下水库的水抽到上水库内,以水力势能的形式蓄能;在负荷高峰时段,再从上水库放水至下水库进行发电,将水力势能转换为电能。抽水蓄能技术相对成熟,设备寿命可达30~40年,功率和储能容量规模可以非常大,仅受水库库容的,通常在100~2000MW之间。抽水蓄能在电力系统中可以起到调峰填谷、调频、调相、紧急事故备用、黑启动和为系统提供备用容量等多重作用。抽水蓄能的最大局限性是受地理条件的,必须具有合适建造上下水库的地理条件。抽水蓄能电站的关键技术主要包括抽水蓄能电站主要参数的选择、工程地质技术问题以及抽水蓄能机组技术等。

  压缩空气储能系统是基于燃气轮机技术发展起来的一种能量存储系统,其工作原理是:当电力系统的用电处于低谷时,利用富余电量驱动空气压缩机,把能量以高压空气的形式存储起来;当用电负荷处于高峰时,将储气空间内的高压空气出来,驱动发电机发电。自1949年stallaval提出利用地下洞穴实现压缩空气储能以来,国内外学者围绕压缩空气储能发电技术开展了大量的研究和实践工作,目前已有2座大型电站分别在和美国投入商业运行,积累了大量成熟的运行经验。近年来,关于压缩空气储能系统的研究和开发一直非常活跃,先后出现了多种形式的压缩空气储能系统。根据压缩空气储能系统的热源不同及应用规模,可以分为:①传统使用天然气和利用地下洞穴100MW级及以上;②不使用天然气和地下洞穴的新型压缩空气储能系统,单台机组规模通常在10MW级及以下。根据压缩空气储能系统是否同其他热力循环系统耦合,可以将其分为压缩空气储能—燃气轮机耦合系统、压缩空气储能—燃气蒸汽联合循环耦合系统、压缩空气储能—内燃机耦合系统、压缩空气储能—制冷循环耦合系统等。总体来说,目前传统使用天然气并利用地下洞穴的压缩空气储能技术已经比较成熟,效率可达70%,但存在对特殊地理条件和化石燃料的依赖问题。其他几种压缩空气储能技术尚处于研究、实验室样机示范发展阶段,目前的主要问题是储能效率较低、能量密度低,其关键技术主要包括压缩机、膨胀机、储气设备等。

  飞轮储能的基本原理是把电能转换成旋转体(飞轮)的动能进行存储。在储能阶段,通过电动机拖动飞轮,使飞轮本体加速到一定的转速,将电能为动能;在能量阶段,飞轮减速,电动机作发电机运行,将动能为电能。

  飞轮储能具有功率密度很高、能量转换效率高、使用寿命长、对友好等优点,缺点主要是储能能量密度低、自放电率较高。

  目前,中小容量的飞轮储能系统已实现商品化,大容量的飞轮储能系统也已进入工业试运行阶段。飞轮储能的关键部件包括高速、高储能密度飞轮,高可靠性、长寿命、低损耗轴承,高速电机及其控制系统等。

  熔融盐蓄热储能是利用熔融盐使用温区大、比热容高、换热性能好等特点,通过传热工质和换热器加热熔融盐将热量存储起来,需要时再通过换热器、传热工质和动力泵等设备将存储的热量取出以供使用的储能方法。熔融盐蓄热储能主要应用在太阳能热发电系统中。由于中国太阳能资源丰富的西部地区受地理条件、气候特征的,存在低温下的熔融盐工质保温等技术难题,因此熔融盐蓄热储能的发展和应用具有相当大的不确定性,主要问题包括熔融盐工质的选用和熔融盐蓄热关键设备的制造。

  超导磁储能系统是利用超导线圈通过变流器将电网能量以电磁能的形式存储起来,需要时再通过变流器将存储的能量转换并馈送给电网或其他电力装置的储能系统。超导磁储能系统主要组成单元包括超导储能磁体、低温系统、电力电子变流系统和系统。超导磁储能系统是一种利用超导体(线圈)直接存储电磁能的系统,在超导状态下超导线圈无焦耳热损耗,其电流密度比一般常规线个数量级,因此具有响应速度快、转换效率高(不小于95%)、功率密度高等优点,可以实现与电力系统的实时大容量能量交换和功率补偿。超导磁储能系统不仅可用于解决电网瞬间断电对用电设备的影响,而且可用于降低和消除电网的低频功率振荡,改善电网的电压和频率特性,进行功率因数的调节,实现输配电系统的动态管理和电能质量管理,提高电网应对紧急事故和稳定性的能力。

  超级电容器是近年来受到国内外研究人员广泛关注的一种新型储能元件。按照储能原理可以分为双电层电容器和法拉第准电容器两大类, 其中, 后者目前通常被称作电化学电容器。

  双电层电容器的基本原理是利用电极和电解质之间形成的界面双电层来存储电能。当电极和电解质溶液接触时, 由于库伦力、 间力或者原子间力的作用, 使固液界面出现稳定的、 符号相反的两层电荷, 称为界面双电层。双电层电容器的储能是通过使电解质溶液进行电化学极化来实现的, 因此, 这种电容器工作时并没有发生电化学反应。

  法拉第准电容器是在电极表面或体相中的二维或准二维空间上,进行电活性物质欠电位沉积,产生化学吸脱或氧化还原反应,产生与电极充电电位有关的电容。对于法拉第准电容器,其存储电荷不仅包括存储在双电层上的电荷,而且包括电解质溶液中离子在电极活性物质中由于氧化还原反应而存储于电极中的电荷。超级电容器具有充放电速度快、功率密度高、循环使用寿命长、友好、工作温度范围宽等优点。这种电池目前的主要问题是能量密度低、成本高。关键技术主要包括电极材料及电解质溶液关键材料技术、电压均衡技术等。

  但是除了真正的电池以外,此类不应包括电解电容器和超级电容器,因为电解电容器的电解液主要起导电作用,介质其实是氧化层;超级电容器的介质是利用了级的金属表面特性。电能实际是存于很薄的介质中而不是电解液中。

  、抽水蓄能、把胖子送进电梯去了33层(他迟早要下来),等等都是调度、调节势能的储能方式。

  我只说这么多了,因为我认为其余的也许不重要。比如:把你喂饱了,然后你有力气搬砖。这究竟该不该单独划分一种储能方式呢,真的不好说清楚。

  小优的亲切感完全来源于柴储一体临电解决方案噻(当然,储能技术的范畴是广大的,柴储一体临电解决方案仅仅是其中的一个小小组成!)~~

  这柴储一体临电解决方案,其实就是柴油机+储能系统。。。。它是最新的电化学储能及控制技术的应用——在负荷较低时柴油机给储能系统充电,负荷较高时储能系统放电补充(因为储能系统也得吃饱“食物”了,才能有“能量”工作哈——临时供电)。。。。至于在使用柴油机的基础上嫁接进储能系统,可以使得柴油机通过储能系统进行实时调节响应,有效解决效率低,系统带载能力差及供电可靠性问题,同时极大的减少了化石能源能耗,降低施工运营成本(优势还是挺实在的哈)。。。。。

  虽然现在国家都在大力提倡发展新能源。。。不过,小优觉得在一年半载内大范围实现新能源发电目测还是有点困难滴(传统电力系统还得继续加油哈)。。。。

  这柴储一体临电解决方案,作为储能系统在传统临时供电领域——柴油机发电的一种升级版本。。。。。也算是目前储能技术在临时供电方面较为成功落地的案例吧。。。。使得传统临时供电摇身一变,成为智能临时供电啰~~~

  基本上最直接的办法就是电化学电池,抽水或者压缩空气这类办法,效率相对太低,或者太麻烦。 电化学储能也是美国日本这么多年研究的重点。

  目前能够看得到希望,未来可以大幅度降低电池储能成本的,只有一些实验室级或者中试级别的技术了。

  目前的储能技术虽然各有优势,但也存在缺陷,化学储能容量有限,且污染;提水储能和空气压缩储能,投资大,且须二次转换,效能低;电子储能技术还不成熟,我觉得还可以使用固体蓄能,虽然飞轮储能属固体储能,但蓄能时间短,仅适用短时间储能,利用固体位能的变化储能,很有优势,请关注“一种高效固体蓄能器”专利。

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