新能源發(fā)電的儲(chǔ)能技術(shù)
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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)
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