編者按：近年來(lái)大熱的儲(chǔ)能本身不是新興的技術(shù)，但從產(chǎn)業(yè)角度來(lái)說(shuō)卻是剛剛出現(xiàn)，正處在起步階段。下面讓我們來(lái)了解一幾種比較典型的儲(chǔ)能方式。
儲(chǔ)能主要是指電能的儲(chǔ)存。儲(chǔ)能又是石油油藏中的一個(gè)名詞，代表儲(chǔ)層儲(chǔ)存油氣的能力。儲(chǔ)能本身不是新興的技術(shù)，但從產(chǎn)業(yè)角度來(lái)說(shuō)卻是剛剛出現(xiàn)，正處在起步階段。
從狹義上講，針對(duì)電能的存儲(chǔ)，儲(chǔ)能是指利用化學(xué)或者物理的方法將產(chǎn)生的能量存儲(chǔ)起來(lái)并在需要時(shí)釋放的一系列技術(shù)和措施。
本文將針對(duì)目前12種比較典型的儲(chǔ)能方式進(jìn)行介紹，供大家參考。
一 、機(jī)械類(lèi)儲(chǔ)能
機(jī)械類(lèi)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、抽水蓄能
電網(wǎng)低谷時(shí)利用過(guò)剩電力將作為液態(tài)能量媒體的水從低標(biāo)高的水庫(kù)抽到高標(biāo)高的水庫(kù)，電網(wǎng)峰荷時(shí)高標(biāo)高水庫(kù)中的水回流到下水庫(kù)推動(dòng)水輪機(jī)發(fā)電機(jī)發(fā)電。
目前，抽水蓄能機(jī)組在一個(gè)國(guó)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2016年年底，全國(guó)抽水蓄能電站機(jī)組容量為5032.5萬(wàn)千瓦，運(yùn)行容量2338.5萬(wàn)千瓦，在建容量2694萬(wàn)千瓦，約占全國(guó)總裝機(jī)容量16.5億千瓦的3% 。(另在建8座，在建容量894萬(wàn)千瓦)
2、飛輪儲(chǔ)能
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(wàn)轉(zhuǎn)/分鐘)，從而將電能以動(dòng)能形式儲(chǔ)存起來(lái)(利用大轉(zhuǎn)輪所儲(chǔ)存的慣性能量)。
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(guó)剛剛開(kāi)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)。
3、壓縮空氣儲(chǔ)能
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(guò)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。
至今, 只有德國(guó)和美國(guó)有投運(yùn)的壓縮空氣儲(chǔ)能站。德國(guó) 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(guò)上萬(wàn)次，啟動(dòng)可靠率達(dá)97%。
此外，德國(guó)正在建造絕熱型壓縮空氣儲(chǔ)能電站，尚未投運(yùn)美國(guó)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(guò)坍塌事故。此外，美國(guó)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(lái)壓縮空氣儲(chǔ)能的研究和開(kāi)發(fā)熱度在不斷上升，國(guó)家電網(wǎng)公司已立項(xiàng)研究10MW壓縮空氣儲(chǔ)能。
二、 電氣類(lèi)儲(chǔ)能
電氣類(lèi)儲(chǔ)能的應(yīng)用形式只有超級(jí)電容器儲(chǔ)能和超導(dǎo)儲(chǔ)能。
1、超級(jí)電容器儲(chǔ)能
根據(jù)電化學(xué)雙電層理論研制而成的，又稱(chēng)雙電層電容器，兩電荷層的距離非常小(一般0.5mm以下)，采用特殊電極結(jié)構(gòu)，使電極表面積成萬(wàn)倍的增加，從而產(chǎn)生極大的電容量。
超級(jí)電容器儲(chǔ)能開(kāi)發(fā)已有50多年的歷史，近二十年來(lái)技術(shù)進(jìn)步很快，使它的電容量與傳統(tǒng)電容相比大大增加，達(dá)到幾千法拉的量級(jí)，而且比功率密度可達(dá)到傳統(tǒng)電容的十倍。
超級(jí)電容器儲(chǔ)能將電能直接儲(chǔ)存在電場(chǎng)中，無(wú)能量形式轉(zhuǎn)換，充放電時(shí)間快，適合用于改善電能質(zhì)量。由于能量密度較低，適合與其他儲(chǔ)能手段聯(lián)合使用。
2、超導(dǎo)儲(chǔ)能
超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)是由一個(gè)用超導(dǎo)材料制成的、放在一個(gè)低溫容器(cryogenic vessel) (杜瓦Dewar )中的線圈、功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)(PCS)和低溫制冷系統(tǒng)等組成。
能量以超導(dǎo)線圈中循環(huán)流動(dòng)的直流電流方式儲(chǔ)存在磁場(chǎng)中。
超導(dǎo)儲(chǔ)能適合用于提高電能質(zhì)量，增加系統(tǒng)阻尼，改善系統(tǒng)穩(wěn)定性能，特別是用于抑制低頻功率振蕩。
但是由于其格昂貴和維護(hù)復(fù)雜，雖然已有商業(yè)性的低溫和高溫超導(dǎo)儲(chǔ)能產(chǎn)品可用，在電網(wǎng)中應(yīng)用很少，大多是試驗(yàn)性的。SMES 在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用取決于超導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展 (特別是材料、低成本、制冷、電力電子等方面技術(shù)的發(fā)展)。
三、 電化學(xué)類(lèi)儲(chǔ)能
電化學(xué)類(lèi)儲(chǔ)能主要包括各種二次電池，有鉛酸電池、鋰離子電池、鈉硫電池和液流電池等，這些電池多數(shù)技術(shù)上比較成熟，近年來(lái)成為關(guān)注的重點(diǎn)，并且還獲得許多實(shí)際應(yīng)用。
1、鉛酸電池
鉛酸電池是世界上應(yīng)用最廣泛的電池之一。鉛酸電池內(nèi)的陽(yáng)極(PbO2)及陰極(Pb)浸到電解液(稀硫酸)中，兩極間會(huì)產(chǎn)生2V的電勢(shì)，這就是鉛酸電池的原理。
鉛酸電池常常用于電力系統(tǒng)的事故電源或備用電源，以往大多數(shù)獨(dú)立型光伏發(fā)電系統(tǒng)配備此類(lèi)電池。目前有逐漸被其他電池(如鋰離子電池)替代的趨勢(shì)。
2、鋰離子電池
鋰離子電池實(shí)際上是一個(gè)鋰離子濃差電池，正負(fù)電極由兩種不同的鋰離子嵌入化合物構(gòu)。
充電時(shí)，Li+從正極脫嵌經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入負(fù)極，此時(shí)負(fù)極處于富鋰態(tài)，正極處于貧鋰態(tài);放電時(shí)則相反，Li+從負(fù)極脫嵌，經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入正極，正極處于富鋰態(tài)，負(fù)極處于貧鋰態(tài)。
由于鋰離子電池在電動(dòng)汽車(chē)、計(jì)算機(jī)、手機(jī)等便攜式和移動(dòng)設(shè)備上的應(yīng)用，所以它目前幾乎已成為世界上應(yīng)用最為廣泛的電池。
鋰離子電池的能量密度和功率密度都較高，這是它能得到廣泛應(yīng)用和關(guān)注的主要原因。
它的技術(shù)發(fā)展很快，近年來(lái)，大規(guī)模生產(chǎn)和多場(chǎng)合應(yīng)用使其價(jià)格急速下降，因而在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用也越來(lái)越多。
鋰離子電池技術(shù)仍然在不斷地開(kāi)發(fā)中，目前的研究集中在進(jìn)一步提高它的使用壽命和安全性，降低成本、以及新的正、負(fù)極材料的開(kāi)發(fā)上。
3、鈉硫電池
鈉硫電池的陽(yáng)極由液態(tài)的硫組成，陰極由液態(tài)的鈉組成，中間隔有陶瓷材料的貝塔鋁管。電池的運(yùn)行溫度需保持在300℃以上，以使電極處于熔融狀態(tài)。
日本的NGK公司是世界上唯一能制造出高性能的鈉硫電池的廠家。目前采用50kW的模塊，可由多個(gè)50kW的模塊組成MW級(jí)的大容量的電池組件。
在日本、德國(guó)、法國(guó)、美國(guó)等地已建有約200多處此類(lèi)儲(chǔ)能電站，主要用于負(fù)荷調(diào)平、移峰、改善電能質(zhì)量和可再生能源發(fā)電，電池價(jià)格仍然較高。
4 、全釩液流電池
在液流電池中，能量?jī)?chǔ)存在溶解于液態(tài)電解質(zhì)的電活性物種中，而液態(tài)電解質(zhì)儲(chǔ)存在電池外部的罐中，用泵將儲(chǔ)存在罐中的電解質(zhì)打入電池堆棧，并通過(guò)電極和薄膜，將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，或?qū)⒒瘜W(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。
液流電池有多個(gè)體系，其中全釩氧化還原液流電池(vanadium redox flow battery, VRFB)最受關(guān)注。
這種電池技術(shù)最早為澳大利亞新南威爾士大學(xué)發(fā)明，后技術(shù)轉(zhuǎn)讓給加拿大的VRB公司。
在2010年以后被中國(guó)的普能公司收購(gòu)，中國(guó)的普能公司的產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)外一些試點(diǎn)工程項(xiàng)目中獲得了應(yīng)用。
電池的功率和能量是不相關(guān)的，儲(chǔ)存的能量取決于儲(chǔ)存罐的大小，因而可以儲(chǔ)存長(zhǎng)達(dá)數(shù)小時(shí)至數(shù)天的能量，容量也可達(dá)MW級(jí)，適合于應(yīng)用在電力系統(tǒng)中。
四、熱儲(chǔ)能
在一個(gè)熱儲(chǔ)能系統(tǒng)中，熱能被儲(chǔ)存在隔熱容器的媒質(zhì)中，以后需要時(shí)可以被轉(zhuǎn)化回電能，也可直接利用而不再轉(zhuǎn)化回電能。
熱儲(chǔ)能有許多不同的技術(shù)，可進(jìn)一步分為顯熱儲(chǔ)存(sensible heat storage)和潛熱儲(chǔ)存(latent heat storage)等。
顯熱儲(chǔ)存方式中，用于儲(chǔ)熱的媒質(zhì)可以是液態(tài)的水，熱水可直接使用，也可用于房間的取暖等，運(yùn)行中熱水的溫度是有變化的。
而潛熱儲(chǔ)存是通過(guò)相變材料( Phase Change Materials, PCMs)來(lái)完成的，該相變材料即為儲(chǔ)存熱能的媒質(zhì)。
由于熱儲(chǔ)能儲(chǔ)存的熱量可以很大，所以在可再生能源發(fā)電的利用上會(huì)有一定的作用。熔融鹽常常作為一種相變材料，用于集熱式太陽(yáng)能熱發(fā)電站中。此外，還有許多其他種類(lèi)的儲(chǔ)熱技術(shù)正在開(kāi)發(fā)中，它們有許多不同的作用。
五、化學(xué)類(lèi)儲(chǔ)能
化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)（CSS）通過(guò)系統(tǒng)中化合物的化學(xué)反應(yīng)來(lái)儲(chǔ)存和釋放能量?；瘜W(xué)類(lèi)儲(chǔ)能主要是指利用氫或合成天然氣作為二次能源的載體。
燃料電池
燃料電池是一種典型的化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)，可將化學(xué)能的燃料不斷轉(zhuǎn)換為電能。燃料電池與電化學(xué)電池之間的主要區(qū)別就是他們提供電能的方式。 在燃料電池中，燃料和氧化劑由外部提供 ，并且這些部件集成在電池內(nèi)部（金屬 - 空氣電池除外）。燃料電池的優(yōu)勢(shì)在于只要向其供應(yīng)活性物質(zhì)就可以發(fā)電。燃料電池效率在40%-85％范圍內(nèi)。
燃料電池是繼水力發(fā)電、熱能發(fā)電和原子能發(fā)電之后的第四種發(fā)電技術(shù)。由于燃料電池是通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)把燃料的化學(xué)能中的吉布斯自由能部分轉(zhuǎn)換成電能，不受卡諾循環(huán)效應(yīng)的限制，因此效率高; 另外，燃料電池用氫氣和氧氣作為同時(shí)沒(méi)有機(jī)械傳動(dòng)部件，故沒(méi)有噪原料聲污染，排放物只有純凈水。由此可見(jiàn)，從節(jié)約能源和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的角度來(lái)看，燃料電池是最有發(fā)展前途的發(fā)電技術(shù)。
水氫機(jī)
水氫機(jī)是采用催化重整及純化多項(xiàng)技術(shù)從醇水中獲得高純氫，通過(guò)質(zhì)子膜系統(tǒng)產(chǎn)生電、熱等多種能源的裝置。
水氫機(jī)利用催化重整技術(shù)，將甲醇水作為原料制氫直接發(fā)電，從根本上解決了儲(chǔ)氫和運(yùn)輸?shù)陌踩y題。實(shí)現(xiàn)可移動(dòng)的電力供應(yīng)，具有安全環(huán)保，發(fā)電效率高，來(lái)料方便等特點(diǎn)。化學(xué)公式如下：制氫：CH3OH + H2O → CO2 + 3H2 發(fā)電：2H2 + O2 → 2H2O + 電。水氫機(jī)制氫發(fā)電的過(guò)程也被稱(chēng)作為水氫技術(shù)，廣東合即得能源科技有限公司熱衷于推動(dòng)此項(xiàng)技術(shù)，并已有示范項(xiàng)目在基站投入運(yùn)行。水氫機(jī)既可成為分布式發(fā)電和微電網(wǎng)的重要組成部分，還可以在新能源汽車(chē)行業(yè)發(fā)揮重要的作用。
甲醇可以通過(guò)傳統(tǒng)化石能源清潔化生產(chǎn)制得，也可以通過(guò)太陽(yáng)能、風(fēng)能等間歇式可再生能源轉(zhuǎn)換獲得，還可以利用農(nóng)作物秸稈、動(dòng)物糞便和有機(jī)物發(fā)酵獲得，是可再生以及重復(fù)利用，轉(zhuǎn)換氫能的優(yōu)選媒介，也是實(shí)現(xiàn)國(guó)家中長(zhǎng)期儲(chǔ)能的大宗化工原料。未來(lái)可以直接用空氣中的二氧化碳或工廠排放的二氧化碳生產(chǎn)甲醇。
水氫機(jī)的普遍使用，將改善電力系統(tǒng)的整體運(yùn)營(yíng)效率。水氫發(fā)電技術(shù)通過(guò)在發(fā)、供、用各環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)配合，減少系統(tǒng)冗余和備用，提高電力系統(tǒng)設(shè)備利用率。同時(shí)，延長(zhǎng)升級(jí)改造的周期，從而降低投資和用電價(jià)格。
原標(biāo)題：資料 | 幾種電力儲(chǔ)能方式簡(jiǎn)析
掃描關(guān)注微信
寧德時(shí)代吳凱...
天合光能陳奕...
劉巖: 追光行...
黃震院士：大...