儲(chǔ)能技術(shù)是通過裝置或物理介質(zhì)將能量儲(chǔ)存起來以便以后需要時(shí)利用的技術(shù)。儲(chǔ)能技術(shù)按照儲(chǔ)存介質(zhì)進(jìn)行分類,可以分為機(jī)械類儲(chǔ)能、電氣類儲(chǔ)能、電化學(xué)類儲(chǔ)能、熱儲(chǔ)能和化學(xué)類儲(chǔ)能。
一 機(jī)械類儲(chǔ)能
機(jī)械類儲(chǔ)能的應(yīng)用形式只要有抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能和飛輪儲(chǔ)能。
1.1 抽水蓄能
?。?)基本原理
電網(wǎng)低谷時(shí)利用過剩電力將作為液態(tài)能量媒體的水從低標(biāo)高的水庫抽到高標(biāo)高的水庫,電網(wǎng)峰荷時(shí)高標(biāo)高水庫中的水回流到下水庫推動(dòng)水輪機(jī)發(fā)電機(jī)發(fā)電。
(2)特點(diǎn)
屬于大規(guī)模、集中式能量儲(chǔ)存,技術(shù)相當(dāng)成熟,可用于電網(wǎng)的能量管理和調(diào)峰;
效率一般約為 65%~75% ,最高可達(dá)80%~85%;
負(fù)荷響應(yīng)速度快(10%負(fù)荷變化需10秒鐘),從全停到滿載發(fā)電約5分鐘,從全停到滿載抽水約1分鐘;
具有日調(diào)節(jié)能力,適合于配合核電站、大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電、超大規(guī)模太陽能光伏發(fā)電。
?。?)缺點(diǎn)
需要上池和下池;
廠址的選擇依賴地理?xiàng)l件,有一定的難度和局限性;
與負(fù)荷中心有一定距離,需長距離輸電。
?。?)應(yīng)用
目前,抽水蓄能機(jī)組在一個(gè)國家總裝機(jī)容量中所占比重的世界平均水平為3%左右。截至2012年底,全世界儲(chǔ)能裝置總?cè)萘繛?28GW,其中抽水蓄能為127GW,占99%。截至2012年年底,我國共有抽水蓄能電站34座,其中,投運(yùn)26座,投運(yùn)容量2064.5萬千瓦約占全國總裝機(jī)容量11.4億千瓦的1.8% 。(另在建8座,在建容量894萬千瓦)
1.2 飛輪儲(chǔ)能
?。?)基本原理
在一個(gè)飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)中,電能用于將一個(gè)放在真空外殼內(nèi)的轉(zhuǎn)子即一個(gè)大質(zhì)量的由固體材料制成的圓柱體加速(達(dá)幾萬轉(zhuǎn)/分鐘),從而將電能以動(dòng)能形式儲(chǔ)存起來 (利用大轉(zhuǎn)輪所儲(chǔ)存的慣性能量)。
?。?)優(yōu)點(diǎn)
壽命長(15~30年);
效率高(90%);
少維護(hù)、穩(wěn)定性好;
較高的功率密度;
響應(yīng)速度快(毫秒級(jí))。
(3)缺點(diǎn)
能量密度低,只可持續(xù)幾秒至幾分鐘;
由于軸承的磨損和空氣的阻力,具有一定的自放電。
(4)應(yīng)用
飛輪儲(chǔ)能多用于工業(yè)和UPS中,適用于配電系統(tǒng)運(yùn)行,以進(jìn)行頻率調(diào)節(jié), 可用作一個(gè)不帶蓄電池的 UPS,當(dāng)供電電源故障時(shí),快速轉(zhuǎn)移電源,維持小系統(tǒng)的短時(shí)間頻率穩(wěn)定,以保證電能質(zhì)量 (供電中斷、電壓波動(dòng)等)。
在我國剛剛開始在配電系統(tǒng)中安裝使用。電科院電力電子研究所曾為北京306醫(yī)院安裝了一套容量為250kVA, 磁懸浮軸承的飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng),能運(yùn)行15秒,2008年投運(yùn)。
1.3 壓縮空氣儲(chǔ)能
?。?)基本原理
壓縮空氣儲(chǔ)能采用空氣作為能量的載體,大型的壓縮空氣儲(chǔ)能利用過剩電力將空氣壓縮并儲(chǔ)存在一個(gè)地下的結(jié)構(gòu)(如地下洞穴),當(dāng)需要時(shí)再將壓縮空氣與天然氣混合,燃燒膨脹以推動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電。
?。?)優(yōu)點(diǎn)
有調(diào)峰功能,適合用于大規(guī)模風(fēng)場,因?yàn)轱L(fēng)能產(chǎn)生的機(jī)械功可以直接驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn),減少了中間轉(zhuǎn)換成電的環(huán)節(jié),從而提高效率。
?。?)缺點(diǎn)
需要大的洞穴以存儲(chǔ)壓縮空氣,與地理?xiàng)l件密切相關(guān),適合地點(diǎn)非常有限;
需要燃?xì)廨啓C(jī)配合,并要一定量的燃?xì)庾魅剂?,適合于用作能量管理、負(fù)荷調(diào)平和削峰;
以往開發(fā)的是一種非絕熱(diabatic)的壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)??諝庠趬嚎s時(shí)所釋放的熱,并沒有儲(chǔ)存起來,通過冷卻消散了,而壓縮的空氣在進(jìn)入透平前還需要再加熱。因此全過程效率較低,通常低于50%。
(4)應(yīng)用
至今, 只有德國和美國有投運(yùn)的壓縮空氣儲(chǔ)能站。德國 Hundorf 站于1978年投運(yùn), 壓縮功率60MW,發(fā)電功率290MW(后經(jīng)改造提高到321MW), 壓縮時(shí)間/發(fā)電時(shí)間=4,2小時(shí)連續(xù)運(yùn)行,啟動(dòng)過上萬次,啟動(dòng)可靠率達(dá)97%。此外,德國正在建造絕熱型壓縮空氣儲(chǔ)能電站,尚未投運(yùn)美國Mcintosh, Alabama阿拉巴馬州, 1991年投運(yùn), 110MW,壓縮時(shí)間/發(fā)電時(shí)間=1.6,如連續(xù)輸出 100MW 可維持26小時(shí),曾因地質(zhì)不穩(wěn)定而發(fā)生過坍塌事故。此外,美國正在建設(shè)幾座大型的壓縮空氣儲(chǔ)能電站,尚未投運(yùn)。
近來壓縮空氣儲(chǔ)能的研究和開發(fā)熱度在不斷上升,國家電網(wǎng)公司已立項(xiàng)研究10MW壓縮空氣儲(chǔ)能,項(xiàng)目負(fù)責(zé)人清華大學(xué)盧強(qiáng)院士。