時間:2023-09-05 17:34:29來源:鉅大LARGE
儲能技術(shù)發(fā)展是保障清潔能源大規(guī)模發(fā)展和電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行的關(guān)鍵。儲能技術(shù)可以在電力系統(tǒng)中增加電能存儲環(huán)節(jié),使得電力實時平衡的“剛性”電力系統(tǒng)變得更加“柔性”,特別是平抑大規(guī)模清潔能源發(fā)電接入電網(wǎng)帶來的波動性,提高電網(wǎng)運行的安全性、經(jīng)濟性、靈活性。儲能技術(shù)一般分為熱儲能和電儲能,未來應(yīng)用于全球能源互聯(lián)網(wǎng)的主要是電儲能。
電儲能技術(shù)主要分為物理儲能、電化學儲能和電磁儲能等三大類。
物理儲能
抽水蓄能是目前最為成熟的儲能技術(shù),儲能成本較低,已經(jīng)實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。目前世界上抽水蓄能機組總裝機容量超過1億千瓦,日本、美國和中國的裝機規(guī)模處于前三位。全球水電資源豐富,通過合理利用地形,可以建設(shè)較大容量的抽水蓄能機組,更好地保障電網(wǎng)供電安全。
壓縮空氣儲能是利用電力系統(tǒng)低谷時的剩余電量,帶動空氣壓縮機,將空氣壓入大容量儲氣室,即將電能轉(zhuǎn)化成可存儲的壓縮空氣勢能,當系統(tǒng)發(fā)電容量不足時,將壓縮空氣與油或天然氣混合燃燒,推動燃氣輪機做功發(fā)電,滿足系統(tǒng)調(diào)峰需要。壓縮空氣儲能具有容量大、使用壽命長、經(jīng)濟性好等優(yōu)點,但發(fā)電時需要消耗化石能源,產(chǎn)生污染和碳排放。
電化學儲能
電化學儲能是目前最前沿的儲能技術(shù)。近年來,鈉硫電池、液流電池和鋰離子電池儲能等電化學儲能技術(shù)發(fā)展較快,發(fā)展?jié)摿薮螅瑧?yīng)用前景廣闊,有望率先進入商業(yè)化發(fā)展階段。未來需要在電池材料、制造工藝、系統(tǒng)集成及運行維護等方面實現(xiàn)技術(shù)突破,降低制造和運行成本。
鉛酸電池已有140多年的歷史,技術(shù)成熟、價格低廉、安全性高,是最成熟的電池儲能技術(shù),目前占據(jù)電池市場半數(shù)以上的份額,主要用于電動自行車。但鉛酸電池能量密度低、質(zhì)量大、材料有毒,不適于電網(wǎng)儲能。
鈉硫電池能量密度高,便于模塊化制造、運輸與安裝,適用于特殊負荷應(yīng)急供電。
液流電池容量大,電解液可回收,循環(huán)壽命長,可分別設(shè)計容量和功率。
鋰離子電池是以含鋰離子的化合物作正極,以碳材料為負極的電池。鋰離子電池循環(huán)性能優(yōu)越,使用壽命長,不含有毒有害物質(zhì),被稱為綠色電池。目前,鋰離子電池廣泛應(yīng)用于手機、筆記本電腦、電動車等領(lǐng)域,但單次充放電循環(huán)的成本超過1元/千瓦時,應(yīng)用于電力系統(tǒng)及大規(guī)模儲能還缺乏經(jīng)濟性。
金屬空氣電池是用金屬燃料代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃料電池中的氫能源而形成的一種新型燃料電池,具有無毒、無污染、放電電壓平穩(wěn)、能量密度大、內(nèi)阻小、使用壽命長、價格相對較低、工藝技術(shù)要求不高等諸多優(yōu)點。金屬空氣電池原材料廉價豐富,可以再生利用,有望成為新一代綠色儲能電池。
電磁儲能
超級電容器是20世紀七八十年代發(fā)展起來的通過極化電解質(zhì)儲能的電化學元件,儲能過程并不發(fā)生化學反應(yīng),因為儲能過程可逆,超級電容器可以反復充放電數(shù)十萬次。超級電容器功率密度高、充放電時間短、循環(huán)壽命長、工作溫度范圍寬,但儲能容量低,不適用于電網(wǎng)大規(guī)模儲能。
超導電磁儲能是利用超導體電阻為零的特性制成的儲能裝置,具有瞬時功率大、質(zhì)量輕、體積小、無損耗、反應(yīng)快等優(yōu)點,可用于提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性、改善供電品質(zhì)。但超導電磁儲能能量密度低、容量有限,且受制于超導材料技術(shù),未來前景尚不明朗。
發(fā)展方向和前景
大型能量型儲能可用于全球能源互聯(lián)網(wǎng)調(diào)峰填谷。抽水蓄能、壓縮空氣儲能等大型的、可長時間儲能的設(shè)施,可用于大電網(wǎng)調(diào)峰。液流電池儲能量大、循環(huán)次數(shù)多、壽命長,可作為電網(wǎng)調(diào)峰儲能裝置的補充。氫儲能可用于存儲富余的風能和太陽能,為燃料電池汽車提供動力。
大型功率型儲能可用于平抑大規(guī)模清潔能源的波動性。超級電容器、超導電磁儲能、飛輪儲能、鈉硫電池等功率型儲能設(shè)備主要與大規(guī)??稍偕茉绰?lián)合運行,可迅速對風電、光伏發(fā)電的出力做出反應(yīng),平抑可再生能源波動,保障電網(wǎng)實時運行安全。
小型儲能電池可用于電動汽車。鋰電池、新型鉛酸電池、金屬空氣電池等儲能設(shè)備,能量和功率密度較高,但電池同一性較差,難以組成大容量電池組,不適用大型電站,主要用于電動汽車。隨著電池使用壽命的延長和成本的降低,儲能電池可滿足電動汽車大規(guī)模發(fā)展需要。未來,電動汽車儲能電池接入全球能源互聯(lián)網(wǎng),通過合理安排充電時間,輔助電網(wǎng)調(diào)峰,實現(xiàn)低谷充電、高峰放電。
儲能技術(shù)進步關(guān)鍵在于材料技術(shù)突破。隨著儲能新材料的不斷創(chuàng)新發(fā)展,在儲能元件延長使用壽命、提高能量密度、縮短充電時間和降低成本等方面有望取得重要突破。
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