新能源發(fā)電的儲(chǔ)能技術(shù)

標(biāo)簽：新能源發(fā)電 儲(chǔ)能技術(shù)

摘要：結(jié)合國(guó)內(nèi)外各種新能源發(fā)電狀況，介紹目前應(yīng)用于新能源發(fā)電系統(tǒng)中的各種儲(chǔ)能技術(shù)。

由于風(fēng)能、太陽(yáng)能、海洋能等多種新能源發(fā)電受到氣候和天氣影響，發(fā)電功率難以保證平穩(wěn)，而我們知道電力系統(tǒng)要求是供需一致，電能消耗和發(fā)電量相等，一旦這平衡遭到破壞，輕則電能質(zhì)量惡化，造成頻率和電壓不穩(wěn)，重則引發(fā)停電事故，為了解決這一問題，在風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能光伏發(fā)電或者太陽(yáng)能熱發(fā)電等新能源發(fā)電設(shè)備中都配備有儲(chǔ)能裝置，在電力充沛時(shí)，多余電力可以儲(chǔ)存起來(lái)，在晚上、弱風(fēng)或者超大風(fēng)發(fā)電機(jī)組停運(yùn)或者停運(yùn)機(jī)組過多，發(fā)電量不足的時(shí)候釋放出來(lái)以滿足負(fù)荷需求。

1 蓄電池

蓄電池有著漫長(zhǎng)的歷史。鉛酸蓄電池是最老也是最成熟的，可組成蓄電池組來(lái)提高容量，優(yōu)點(diǎn)是成本低，缺點(diǎn)是電池壽命比較短。此后各種新型蓄電池相繼研發(fā)成功，并逐漸應(yīng)用于電力系統(tǒng)中。蓄電池儲(chǔ)能得到廣泛應(yīng)用。風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能光伏發(fā)電中，由于發(fā)電受季節(jié)、氣候影響大，發(fā)電功率隨機(jī)性大，蓄電池是必備的儲(chǔ)能裝置。

2 抽水儲(chǔ)能電站

在電力系統(tǒng)中，用抽水儲(chǔ)能電站來(lái)大規(guī)模解決負(fù)荷峰谷差。在技術(shù)上成熟可靠，容量?jī)H受到水庫(kù)容量的限制。抽水儲(chǔ)能是電力系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的一種儲(chǔ)能技術(shù)。抽水儲(chǔ)能必須具有上下水庫(kù)，利用電力系統(tǒng)中多余的電能、把下水庫(kù)(下池)的水抽到上水庫(kù)(上池)內(nèi)，以位能的的方式蓄能;現(xiàn)在抽水儲(chǔ)能電站的能量轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)提高到了75%以上。

除蓄電池和抽水儲(chǔ)能電站這些儲(chǔ)能方式，新發(fā)展起來(lái)的有超導(dǎo)儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能、超級(jí)電容器儲(chǔ)能、氫儲(chǔ)能等。

3 超導(dǎo)儲(chǔ)能

超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)(SMES)利用由超導(dǎo)線制成的線圈，將電網(wǎng)供電勵(lì)磁產(chǎn)生的磁場(chǎng)能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，在需要的時(shí)候再將儲(chǔ)存的電能釋放回電網(wǎng)或作為它用，超導(dǎo)儲(chǔ)能主要受到運(yùn)行環(huán)境的影響，即使是高溫超導(dǎo)體也需要運(yùn)行在液氮的溫度下，目前技術(shù)還有待突破。文獻(xiàn)[1]建立了超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置在暫態(tài)電壓穩(wěn)定性分析中的簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型，仿真結(jié)果表明，超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置安裝在動(dòng)態(tài)負(fù)荷處，采用無(wú)功-電壓控制方式能夠有效地提高系統(tǒng)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性。

4 飛輪儲(chǔ)能

飛輪儲(chǔ)能是一個(gè)被人們普遍看好的大規(guī)模儲(chǔ)能手段，主要源于三個(gè)技術(shù)點(diǎn)的突破，一是高溫超導(dǎo)磁懸浮方面的發(fā)展，使磁懸浮軸承成為可能，這樣可以讓摩擦阻力減到很小，能很好地實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能供能;二是高強(qiáng)度材料的出現(xiàn)，使飛輪能以更高的速度旋轉(zhuǎn)，儲(chǔ)存更多的能量;三是電力電子技術(shù)的進(jìn)步，使能量轉(zhuǎn)換，頻率控制能滿足電力系統(tǒng)穩(wěn)定安全運(yùn)行的要求。文獻(xiàn)[2]驗(yàn)證了飛輪儲(chǔ)能裝置的有效性，可以對(duì)電壓和波形質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)視和控制。文獻(xiàn)[3]提出了用于電力系統(tǒng)的飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)基本構(gòu)成方式，并采用四階龍格庫(kù)塔方法對(duì)其進(jìn)行了仿真計(jì)算。成功進(jìn)行了飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)加速儲(chǔ)能實(shí)驗(yàn)以及飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)與電力系統(tǒng)同步運(yùn)行控制試驗(yàn)，為研制大容量飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。

5 超級(jí)電容器儲(chǔ)能

超級(jí)電容器(super capacitor)，又叫雙電層電容器(Electrical Doule Layer Capacitor)、黃金電容、法拉電容，通過極化電解質(zhì)來(lái)儲(chǔ)能。它是一種電化學(xué)元件，但在其儲(chǔ)能的過程并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這種儲(chǔ)能過程是可逆的，也正因此超級(jí)電容器可以反復(fù)充放電數(shù)十萬(wàn)次。超級(jí)電容器可以被視為懸浮在電解質(zhì)中的兩個(gè)無(wú)反應(yīng)活性的多孔電極板，在極板上加電，正極板吸引電解質(zhì)中的負(fù)離子，負(fù)極板吸引正離子，實(shí)際上形成兩個(gè)容性存儲(chǔ)層，被分離開的正離子在負(fù)極板附近，負(fù)離子在正極板附近。

超級(jí)電容器是建立在德國(guó)物理學(xué)家亥姆霍茲提出的界面雙電層理論基礎(chǔ)上的一種全新的電容器。眾所周知，插入電解質(zhì)溶液中的金屬電極表面與液面兩側(cè)會(huì)出現(xiàn)符號(hào)間產(chǎn)生電位差。那么，如果在電解液中同時(shí)插入兩個(gè)電極，并在其間施加一個(gè)小于電解質(zhì)溶液分解電壓的電壓，這時(shí)電解液中的正、負(fù)離子在電場(chǎng)的作用下會(huì)迅速向兩極運(yùn)動(dòng)，并分別在上下兩電極的表面形成緊密的電荷層，即雙電層，它所形成的雙電層和傳統(tǒng)電容器中的電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生的極化電荷相似，從而產(chǎn)生電容相反的過剩電荷，從而使相效應(yīng)，緊密的雙電層近似于平板電容器，但是，由于緊密的電荷層間距比普通電容器電荷層間的距離更小得多，因而具有比普通電容器更大的容量。

超級(jí)電容器與常規(guī)電容器相比，具有更高的介電常數(shù)，技術(shù)難點(diǎn)在于耐壓能力仍然不夠高，雖然說(shuō)比起常規(guī)電容器，超級(jí)電容器的耐壓水平要高很多，但是仍然不夠高，目前即使是陶瓷超級(jí)電容器的耐壓水平最高也只能承受1 kV左右，我們知道電容器儲(chǔ)存的能量E = CV2/2。如果能解決耐壓能力這一技術(shù)難點(diǎn)，超級(jí)電容器的容量將大大提高。文獻(xiàn)[4]闡述了超級(jí)電容器的原理、分類和性能特點(diǎn)，并講述了其在電力系統(tǒng)和在其它方面的應(yīng)用。目前超級(jí)電容器用在小電器上比較多，如用作電動(dòng)玩具等小運(yùn)動(dòng)器件的電源，或用作計(jì)算機(jī)等耗電量比較小的器件的后備電源。

6 氫儲(chǔ)能

氫儲(chǔ)能在電力供過于求的時(shí)候采用電解水的方式獲得氫，然后低溫液態(tài)存儲(chǔ)起來(lái)，在需要的時(shí)候通過燃燒產(chǎn)生能量，氫也是燃料電池的主要燃料之一。目前氫能的生產(chǎn)成本是汽油的4～6倍，其運(yùn)輸、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)化過程的成本也都較化石能源高。有人提出利用太陽(yáng)能，風(fēng)能和水能發(fā)電電解水，真正實(shí)現(xiàn)新能源產(chǎn)生新能源，并達(dá)到儲(chǔ)存能量效果，真正實(shí)現(xiàn)“清潔能源的可持續(xù)利用”。

7 結(jié)束語(yǔ)

本文綜述了各種儲(chǔ)能技術(shù)在新能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用。成本過高是限制它們大量推廣應(yīng)用的瓶頸，因此通過技術(shù)革新降低成本將是今后新儲(chǔ)能技術(shù)的重要研究方向。

參考文獻(xiàn)

[1] 周雙喜，吳畏，吳俊玲，安寧，超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置用于改善暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的研究[J]. 電網(wǎng)技術(shù);2004，28(8)：1～5.

[2] 于希娟，袁清芳. 飛輪儲(chǔ)能技術(shù)及其在配電網(wǎng)中的應(yīng)用[J].電世界，2006，47(11)：10～11.

[3] 張建成，陳志業(yè). 飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)及其運(yùn)行控制技術(shù)研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2003，23(3)：108～111.

[4] 張步涵，王云玲，曾杰. 超級(jí)電容器儲(chǔ)能技術(shù)及其應(yīng)用[J].水電能源科學(xué)，2006，24(5)：50～52.

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