储能技术在坚强智能电网建设中的作用(2)

2 􀀁 储能技术原理与常用的储能方式

2. 1 􀀁 储能技术的原理与特点

由储能元件组成的储能装置和由电力电子器件组成的电网接入装置成为储能系统的两大部分。储能装置主要实现能量的储存、释放或快速功率交换。电网接入装置实现储能装置与电网之间的能量双向传递与转换, 实现电力调峰、能源优化、提高供电可靠性和电力系统稳定性等功能[ 6􀀁7] 。储能系统的容量范围比较宽, 从几十千瓦到几百兆瓦; 放电时间跨度大, 从毫秒级到小时级; 应用范围广, 贯穿整个发电、输电、配电、用电系统; 大规模电力储能技术的研究和应用才刚起步, 是一个全新的课题, 也是国内外研究的一个热点领域。

2. 2 􀀁 常用的储能方式

目前, 储能技术主要有物理储能( 如抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等) 、化学储能( 如各类蓄电池、可再生燃料电池、液流电池、超级电容器等) 和电磁储能( 如超导电磁储能等) 等[ 6] 。

1) 物理储能中最成熟、应用最普遍的是抽水蓄能, 主要用于电力系统的调峰、填谷、调频、调相、紧急事故备用等。抽水蓄能的释放时间可以从几个小时到几天, 其能量转换效率在70%~ 85% 。抽水蓄能电站的建设周期长且受地形限制, 当电站距离用电区域较远时输电损耗较大。压缩空气储能早在1978 年就实现了应用, 但由于受地形、地质条件制约, 没有大规模推广。飞轮储能利用电动机带动飞轮高速旋转, 将电能转化为机械能存储起来, 在需要时飞轮带动发电机发电。飞轮储能的特点是寿命长、无污染、维护量小, 但能量密度较低, 可作为蓄电池系统的补充[ 8] 。

2) 化学储能种类比较多, 技术发展水平和应用前景也各不相同:

( 1) 蓄电池储能是目前最成熟、最可靠的储能技术, 根据所使用化学物质的不同, 可以分为铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、钠硫电池等。铅酸电池具有技术成熟, 可制成大容量存储系统, 单位能量成本和系统成本低, 安全可靠和再利用性好等特点, 也是目前最实用的储能系统,已在小型风力发电、光伏发电系统以及中小型分布式发电系统中获得广泛应用, 但因铅是重金属污染源, 铅酸电池不是未来的发展趋势。锂离子、钠硫、镍氢电池等先进蓄电池成本较高, 大容量储能技术还不成熟, 产品的性能目前尚无法满足储能的要求, 其经济性也无法实现商业化运营。

( 2) 大规模可再生燃料电池投资大、价格高,循环转换效率较低, 目前尚不宜作为商业化的储能系统。

( 3) 液流储能电池具有能量转换效率较高,运行、维护费用低等优点, 是高效、大规模并网发电储能、调节的首选技术之一。液流储能技术在美国、德国、日本和英国等发达国家已有示范性应用, 我国目前尚处于研究开发阶段。

( 4) 超级电容器是20 世纪80 年代兴起的一种新型储能器件, 由于使用特殊材料制作电极和电解质, 这种电容器的存储容量是普通电容器的20~ 1 000倍, 同时又保持了传统电容器释放能量速度快的优点, 目前已经不断应用于高山气象站、边防哨所等电源供应场合[ 9􀀁11] 。

3) 超导电磁储能利用超导体制成线圈储存磁场能量, 功率输送时无需能源形式的转换, 具有响应速度快、转换效率高、比容量/ 比功率大等优点, 可以充分满足输配电网电压支撑、功率补偿、频率调节, 提高电网稳定性和功率输送能力的要求。和其他储能技术相比, 超导电磁储能仍很昂贵, 除了超导体本身的费用外, 维持系统低温导致维修频率提高以及产生的费用也相当可观。目前, 在世界范围内有许多超导电磁储能工程正在运行或者处于研制阶段。各种储能技术的发展程度、系统规模及应用环节比较如图1 所示。各种储能技术综合比较如表1 所示 , 表1 中U PS 为不间断电源。