新能源發(fā)電的儲能技術(shù)

標簽：新能源發(fā)電 儲能技術(shù)

摘要：結(jié)合國內(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)中的各種儲能技術(shù)。

由于風能、太陽能、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，在風力發(fā)電、太陽能光伏發(fā)電或者太陽能熱發(fā)電等新能源發(fā)電設(shè)備中都配備有儲能裝置，在電力充沛時，多余電力可以儲存起來，在晚上、弱風或者超大風發(fā)電機組停運或者停運機組過多，發(fā)電量不足的時候釋放出來以滿足負荷需求。

1 蓄電池

蓄電池有著漫長的歷史。鉛酸蓄電池是最老也是最成熟的，可組成蓄電池組來提高容量，優(yōu)點是成本低，缺點是電池壽命比較短。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。蓄電池儲能得到廣泛應(yīng)用。風力發(fā)電、太陽能光伏發(fā)電中，由于發(fā)電受季節(jié)、氣候影響大，發(fā)電功率隨機性大，蓄電池是必備的儲能裝置。

2 抽水儲能電站

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

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

3 超導(dǎo)儲能

超導(dǎo)儲能系統(tǒng)(SMES)利用由超導(dǎo)線制成的線圈，將電網(wǎng)供電勵磁產(chǎn)生的磁場能量儲存起來，在需要的時候再將儲存的電能釋放回電網(wǎng)或作為它用，超導(dǎo)儲能主要受到運行環(huán)境的影響，即使是高溫超導(dǎo)體也需要運行在液氮的溫度下，目前技術(shù)還有待突破。文獻[1]建立了超導(dǎo)儲能裝置在暫態(tài)電壓穩(wěn)定性分析中的簡化數(shù)學模型，仿真結(jié)果表明，超導(dǎo)儲能裝置安裝在動態(tài)負荷處，采用無功-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 飛輪儲能

飛輪儲能是一個被人們普遍看好的大規(guī)模儲能手段，主要源于三個技術(shù)點的突破，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，能很好地實現(xiàn)儲能供能;二是高強度材料的出現(xiàn)，使飛輪能以更高的速度旋轉(zhuǎn)，儲存更多的能量;三是電力電子技術(shù)的進步，使能量轉(zhuǎn)換，頻率控制能滿足電力系統(tǒng)穩(wěn)定安全運行的要求。文獻[2]驗證了飛輪儲能裝置的有效性，可以對電壓和波形質(zhì)量進行嚴格的監(jiān)視和控制。文獻[3]提出了用于電力系統(tǒng)的飛輪儲能系統(tǒng)基本構(gòu)成方式，并采用四階龍格庫塔方法對其進行了仿真計算。成功進行了飛輪儲能系統(tǒng)加速儲能實驗以及飛輪儲能系統(tǒng)與電力系統(tǒng)同步運行控制試驗，為研制大容量飛輪儲能系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。

5 超級電容器儲能

超級電容器(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)來儲能。它是一種電化學元件，但在其儲能的過程并不發(fā)生化學反應(yīng)，這種儲能過程是可逆的，也正因此超級電容器可以反復(fù)充放電數(shù)十萬次。超級電容器可以被視為懸浮在電解質(zhì)中的兩個無反應(yīng)活性的多孔電極板，在極板上加電，正極板吸引電解質(zhì)中的負離子，負極板吸引正離子，實際上形成兩個容性存儲層，被分離開的正離子在負極板附近，負離子在正極板附近。

超級電容器是建立在德國物理學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)會出現(xiàn)符號間產(chǎn)生電位差。那么，如果在電解液中同時插入兩個電極，并在其間施加一個小于電解質(zhì)溶液分解電壓的電壓，這時電解液中的正、負離子在電場的作用下會迅速向兩極運動，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)難點在于耐壓能力仍然不夠高，雖然說比起常規(guī)電容器，超級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，我們知道電容器儲存的能量E = CV2/2。如果能解決耐壓能力這一技術(shù)難點，超級電容器的容量將大大提高。文獻[4]闡述了超級電容器的原理、分類和性能特點，并講述了其在電力系統(tǒng)和在其它方面的應(yīng)用。目前超級電容器用在小電器上比較多，如用作電動玩具等小運動器件的電源，或用作計算機等耗電量比較小的器件的后備電源。

6 氫儲能

氫儲能在電力供過于求的時候采用電解水的方式獲得氫，然后低溫液態(tài)存儲起來，在需要的時候通過燃燒產(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，其運輸、存儲、轉(zhuǎn)化過程的成本也都較化石能源高。有人提出利用太陽能，風能和水能發(fā)電電解水，真正實現(xiàn)新能源產(chǎn)生新能源，并達到儲存能量效果，真正實現(xiàn)“清潔能源的可持續(xù)利用”。

7 結(jié)束語

本文綜述了各種儲能技術(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能技術(shù)的重要研究方向。

參考文獻

[1] 周雙喜，吳畏，吳俊玲，安寧，超導(dǎo)儲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). 飛輪儲能系統(tǒng)及其運行控制技術(shù)研究[J].中國電機工程學報，2003，23(3)：108～111.

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

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