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淺談基于非物理儲能原理的電儲能技術

2022-01-21

目前，各種電儲能技術大體可分為以下3類:物理儲能(如抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等),電化學儲能(如鋰離子電池、鉛炭電池、鈉硫電池、全釩液流電池等)和電磁儲能(如超導電磁儲能、超級電容器等)。

今天簡單介紹基于非物理儲能的電儲能技術。

（1）電化學儲能

目前的電力系統中已大量采用用各種技術成熟的可充放電電池系統作為電化學儲能體系，目前常用儲能電池技術體系主要包括四大類：鋰離子電池、鉛炭電池、液流電池、鈉硫電池。

其中，鋰離子電池和鉛蓄電池因為產業化基礎好，具有明顯的成本優勢，因此仍是目前電化學儲能市場的首選。根據相關統計,國內電化學儲能項目應用集中在用戶側，隨著風力發電、光伏發電的爆發式增長,引入電池儲能系統有利于提升風電、光伏利用率，增大收益。由于風力、光伏發電的高峰期與用戶用電的高峰期在時間上是錯開的，因此引入儲能系統,可明顯提升用戶收益；分布式燃氣發電系統同樣可以引入電池作為儲電裝置,削峰填谷,改善系統穩定性;增加備用,增加系統抗干擾力;功率支撐,改善系統供能穩定性。從系統發電側到用戶用電側,電池系統可以平滑負荷,減小對備用容量的需求,提高收益;實現不同發電方式之間的耦合；系統故障時,可幫助重啟系統,恢復正常運行;改善功率分布,保證用戶的供電質量;作為應急和備用,解決短時間的供電短缺;即插即用,及時進行能量補充。

（2）電磁儲能

2.1超導電磁技術

超導電磁儲能原理是工作時把能量存儲在流過超導線圈的直流電流產生的磁場中，其特點是效率高(>97%)、響應快(ms級)、無污染等,在超導狀態下線圈的電阻可以不計,因此能耗非常小，可以用來進行長期無損耗的儲能。但是超導線圈需要在溫度極低的液體中工作,因此成本太高,同時也會增加系統的復雜性。目前在電力系統中的應用主要用于提高系統的暫態穩定性,改善電能質量和風電、光電等隨機性強的間歇式新能源并網特性。

2.2超級電容器

超級電容器的原理是依據雙電層原理直接存儲電能，介于常規電容器和電池之間,其充放電可逆性非常好,優于電池,可進行數十萬次的反復充放電循環。針對超級電容器響應快、循環壽命長的特點，和電池能量密度高、循環壽命短的特點,將二者結合形成混合儲能系統,取長補短。在風電、光伏發電系統中,一般使用超級電容器優先充放電，同時充當“功率緩沖器”,平抑尖峰及往復性風電功率波動,延長蓄電池的使用壽命；能量密度大的蓄電池,作為系統中的主要能量來源，用于平抑風電功率的長期穩態波動,調節超級電容器荷電狀態,從而快速響應風電功率的下次波動。這樣的混合搭配既避免了單獨采用蓄電池儲能造成的功率超額配置,又避免單獨采用超級電容器儲能所引起的成本增加,有效降低了儲能系統的投資成本。