SMES单元由一个置于低温环境的超导线圈组成,低温是由包含液氮或者液氦容器的深冷设备提供的。功率变换/调节系统将SMES单元与交流电力系统相连接,并且可以根据电力系统的需要对储能线圈进行充放电。通常使用两种功率变换系统将储能线圈与交流电力系统相连:一种是电流源型变流器;另一种是电压源型变流器。
和其他的储能技术相比,目前SMES仍很昂贵,除了超导体本身的费用外,维持低温所需要的费用也相当可观。然而,如果将SMES线圈与现有的柔性交流输电装置(FACTS)相结合可以降低变流单元的费用,这部分费用一般在整个SMES成本中占最大份额。已有的研究结果表明,对输配电应用而言,微型(<0.1MW•h)和中型(0.1~100MW•h)SMES系统可能更为经济。使用高温超导体可以降储能系统对于低温和制冷条件要求,从而使SMES的成本进一步降低。目前,在世界范围内有许多SMES工程正在进行或者处于研制阶段。
5 超级电容器储能
电容是电力系统中广泛应用的一种设备。与常规电容器相比,超级电容器具有更高的介电常数、更大的表面积或者更高的耐压能力。例如,陶瓷超级电容器具有相当高的耐压水平(大约1kV)和绝缘强度,这使它们成为未来储能应用的很好候选方案。
目前,超级电容大多用于高峰值功率、低容量的场合。由于能在充满电的浮充状态下正常工作十年以上,因此超级电容器可以在电压跌落和瞬态干扰期间提高供电水平。超级电容器安装简单,体积小,并可在各种环境下运行(热、冷和潮湿),现在已经可为低功率水平的应用提供商业服务。
6 压缩空气储能
压缩空气储能不是象电池储能那样的简单储能系统,它是一种调峰用燃气轮机发电厂,对于同样的电力输出,它所消耗的燃气要比常规燃气轮机少40%。这是因为,常规燃气轮机在发电时大约需要消耗输入燃料的2/3进行空气的压缩,而CAES则可利用电网负荷低谷时的廉价电能预先压缩空气,然后根据需要释放储存的能量加上一些燃气进行发电。压缩空气常常储存在合适的地下矿井或者溶岩下的洞穴中。通过溶岩建造这样的洞穴大约需要1年半到两年的时间。
第一个投入商用运行的CAES是1978年建于德国Hundorf的一台290MW机组。美国1991年在Alabama的McIntosh建成了第二台商用CAES,机组功率为110MW,整个建设耗时30个月,耗资6500万美元,这台机组能够在14min之内并网。第三台商业运行CAES,也是目前世界上最大容量的CAES,计划建在Ohio州的Norton,整个电站装机容量为2700MW,共有9台机组,压缩空气储存在一个现有的位于地下2200ft深的石灰石矿井里。