间歇性可再生能源发电中的储能技术研究

张淼

摘要：可再生能源发电是一种新型技术，但仍面临电力时断时续、电源不平衡等问题。储能技术是解决这一问题最有效的办法。它分析了各种储能系统并解释了主要的工作原理、优点和缺点。

关键词：间歇性;可再生能源;发电;储能技术

一、抽水储能

抽水发电厂是自1920年代以来使用的最古老的储能技术。泵送蓄能应有的上、下蓄水池，低电负荷时由上下池水库泵送企业文化内涵池蓄水，使电力转换成重力势能储存，在尖峰时期则由上池蓄水泄量发电能。抽水蓄能电厂又称为可逆泵水轮机，能够利用一个汽轮机组共同完成抽水与发电。它也可以用泵抽水，用水轮机发电。采用这种方法，水力发电厂就能够在几分钟内将运行方式和抽水模式之间转换。抽水储能技术是在供电系统中使用最为普遍的储能技术。目前全国大约还有三百多个抽水蓄能系统正在运营中，总装机容量已经达到了九十GW，约占全球总装机容量的3%。可以建造任何容量（20兆瓦到2100兆瓦）。能量转换效率大约在70%到80%之间，这取决于电厂的大小、上层和低层之间的高低差以及使用的涡轮。抽水蓄能的主要应用范围涉及负荷管理、能源管理、频率控制和提供系统备份能力、响应时长及其所需地形因素的可行性。

二、压缩空气储能

CAES使用非高峰电力将空气压缩到容器中以进行能量存储。电能用途在低供电负载期间压缩空气，于废弃矿井、已沉没的海底贮气罐、溶洞、过期石油井以及新增的贮气井中对空气实施高压密闭，压缩空气供给动力。在电网系统高峰负荷时期，释放能量以驱动汽轮机生产。要使风电场在完全没有风的状况下顺利工作，电力公司就需要按照实际规模储备电能，而采用更大电池则显然是不切实际的。一个解决方案，就是使用风能压缩空气或将它储藏于容器内或地底洞中，进而使用所储存的压缩空气来驱动发电厂。空气加压储能发电厂的设计容量限制范围是二十MW。使用三百五十MW，电能转化效率大约为百分之七十三至百分之七十九。

三、蓄电池储能

电池储能也称为“BESS”，代表电池储能系统。由一节或多节单节电池组成。每个单体包含固体或液体电解质以及阳极和阴极。在非高峰时段，电池被充电，单个电池引起化学反应，最后能量转化为化学能并储存。电池在耗电量达到峰值时放电，化学能转化为电能进入系统。电池容量从不到100瓦到几兆瓦不等。能量的转化利用率大约在百分之六十至百分之八十，具体取决于循环周期以及所采用的电化学形式。各种形式的电池用于各种的工业装置。适合于动力设备的能源动力电池种类一般有铅酸电池、镍镉电池、钠硫电池、锂离子电池，还有碱式能源动力电池。北京普能世纪科技有限公司在中国生产的钒电池市场前景广阔。正式名字为金属钒氧化还原燃料电池（VRB），一个采用金属钒的氧化还原燃料电池储能体系。钒电池的能量以化学能的形态，贮存于不同价钒离子溶液的硫酸电解质之中，其闭环中质子转移膜就成为了动力电池组的隔膜。电化学反应平行地发生于双电极反应过程表面，输出电流被收集并经由双电极板传递，使贮存于溶剂中的化学物质能转换为能量。这些可逆的化学反应过程，使得钒电池可以迅速完成充满、释放，以及重新充电。电池广泛应用于发电、输电、配电和家庭用户等电力系统的各个方面。

四、飞轮储能

飞轮储能设备，是一个进行机电能源变换的储能设备，它主要是由飞轮、电动机/发电机以及能源电子三部分所构成，它突破了传统化学电池的束缚，直接通过物理方式贮存电能。利用电动/发电双向电机，使高速飞轮的电量与机械动力互相转化存储，并利用调制频率、换到、恒压和各类负载接口实现存储。储存的能量能力，和飞轮的质量与速度的平方数成正比。

在储能过程中，电能由功率转换器转换以驱动电机。电机通过推动飞轮加速转动。翼轮以空气动力的形式贮存电能，从而实现了把机械能储存为能量的过程，在高速运动的翼轮体内贮存电能后，电动机保持匀速，直到接受了电能释放的控制信息后，在电能释放时，高速运动的翼轮驱动电机产生能量。适合负载的电流和电压通过功率转换器输出，实现将机械能电能转化的能量释放过程。整个飞轮储能体系，完成了能量的输送、储存与传递流程。

五、超导磁储能

SMES由放在低温环境中的零点五超导技术输入线圈所组成，低温则由装有液氦的低温装置或液氦容器进行。超导线圈用来给电网供应或储存电网中形成的磁场电能，或在必要时候把所储存的能量释放回电网或进行其他用途。放电期间导线冷至-269C，然后电流逐渐消失。这样，就能够传导大电流而没有产生热损失。这种技术非常有吸引力，因为超导线圈中没有电阻损耗。

六、氢储能

成本最低的储能方式是以化学能的形式储存能量，因为储存化学能的成本低。在这种情况下，电网更关注存储的能量总量而不是效率。通常情况下，氢能源储存系统包含一个电解槽单元。并使用非峰值电压产生氢。随后，氢气被压缩并保存在储能体系中。有需求时，使用电池把在氢气中储存的化学能转换成能量。氢气储存成本低廉，并且它以液体而不是压缩空气的形式储存。这是通过冷却到非常低的温度（约-453°F）来实现的。当压缩气体可以储存在储罐或地下蓄水池中时。低温液体可以以氢化合物或其他化学形式储存。储氢的能量转换效率约为60%至85%，具体取决于电解槽-燃料电池的工作压力和整体效率。

结束语

风能和太阳能等可再生能源发电是间歇性的，会在最需要或不需要的时候产生大量电力。电力调频中频率波动发生频率较高，调峰难度较大。储能技術的开发和应用，将有助于解决风能和太阳能发电的瓶颈问题，减少了对供电线路容量支持的要求，以减轻了供电调峰压力。同时，它也有助于减少风电价格和太阳能市场的波动，从而改善能源品质，并减少了独立电力系统的运行成本和碳。这将是未来智慧电网的关键组成部分。

参考文献：

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