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智能电网经受新能源大考 六大储能技术欲出

[宁波电工电气协会]发表于 2014-08-05 00:00:00 阅读次数：0 次

 
能源短缺和环境恶化已经成为威胁人类生存的全球化问题，发展新能源是实现人类可持续发展的必由之路。近年来，中国不断加快新能源开发的步伐，新能源发电作为其中之一得到快速发展，成为未来电力发展的主要领域。
新能源发电主要包括太阳能发电、风力发电、生物质能发电、地热发电、潮汐发电等方面。尤其是太阳能发电，也称光伏发电更是得到国家的大力支持和推广。相较于传统能源，如煤、石油等化化石能源，太阳能、风力等新能源具有可再生性，也就是说在合理利用的情况下将最大程度的满足人类可持续发展的需要。同时，这些新能源在发电方面更是具有污染少、储量大的特点，对现在令世界各国都头疼的发电污染和资源匮乏等问题具有十分重要的现实意义。在我国面对各地严重的雾霾问题，太阳能等新能源发电被很多业内人士认为是解决传统能源发电污染的重要出路之一。并希望能过逐步加大对新能源的开发利用来取代传统能源在发电中的主力地位。
然而在新能源发电初步崭露头角的同时，其中存在的一些问题也亟等解决。如新能发电的规划布局问题、行业规范问题、投资力度问题以及电力供应稳定性问题等等。其中新能源发电的电力可靠性问题是本文探讨的重点。
大家都知道，太阳能、风能、潮汐等受到气候条件的影响很大，在条件不足的情况下出现发电中断的现象，使发电出现间歇性。不仅如此，新能源还存在着资源与负荷分布不均的问题，面对电网的全国性联动发展，未来电网中将会出现许多大型的集中式并网的新能源发电场或发电区，可再生能源发电间歇性和难以短时预测的问题将会被放大，给智能电网的安全、稳定、高效运行带来一系列的挑战。这时，大型储能电站成为解决这一问题的有效途径之一。
当然，由于不同的分布式能源发电都有各自的特点，因此在储能技术的应用上也各有不同，在建设储能电站时要注意区分应用。找出其与分布式发电系统的最佳结合方式，提高分布式并网后智能电网的稳定性。下面对经常用到的六种储能技术进行分析：
抽水储运：既然是抽水蓄能电站当然要建在上、下游有水库的地方，在负荷低谷时将下游的水抽到上游水库保存;当负荷高峰时抽水储能设备进入发电机状态，利用储存在上游水库的水发电，实现电力调度的协调。抽水蓄能电站可以按照任意容量建造，储能的释放时长也就分为几小时到几天的不等，通常效率在70%—85%之间。抽水储能在电力系统中是被应用最广泛的一种，主要用在能量管理、频率控制以及提供系统的备用容量方面。适合用于新能源发电中的潮汐发电的间歇性带来的电能不稳定问题。当然，抽水蓄能电站有一个重要制约因素——建设工期长，工程投资较大。
蓄电池储能：铅酸电池是最古老、也是最成熟的蓄电池技术。它是一种低成本的通用储能技术，可用于电能质量调节和UPS等。然而，由于这种蓄电池寿命较短，因此限制了其在能量管理领域中的应用。近年来各中新型的蓄电池被不断开发出来，并在电力系统中得到应用。其中NaS电池具有较高的储能效率(约89%)，同时还具有输出脉冲功率的能力，输出的脉冲功率可在30s内达到连续额定功率值的六倍，这一特性使NaS电池可以同时用于电能质量调节和负荷的削峰填谷调节两种目的，从而提高整体设备的经济性。目前，这种储能技术在日本已有30多处示范工程。而锂离子电池虽然拥有储能密度高的优势，但成本费用居高不下。所有蓄电池中，Metal-air电池结构最为紧凑，成本也是最低的，对环境也没有危害，它最大的缺点就是充电难且效率低。因此，蓄电池储能虽然供电稳定性高，在电能管理方面非常的适合，但技术上仍有待提高。
飞轮储能：现代飞轮储能系统通常由一个圆柱形旋转质量块和通过磁悬浮轴承组成的支撑机构组成。为了保证足够高的储能效率，飞轮系统最好运行于真空度较高的环境中，以减少风阻损耗。飞轮与电动机或者发电机相连，通过某种形式的电力电子装置，可进行飞轮转速的调节，实现储能装置与电网之间的功率交换。飞轮储能一个非常大优点就是几乎不需要运行维护、设备寿命长(20年或者数万次深度充放能量过程)且对环境没有不良的影响。目前已有2kW/6kW?h的飞轮储能系统用于通信设备供电。飞轮储能能够循环使用负荷跟踪性能，因此，在时间容量介于短时间储能和长时间储能之间的场合非常适用
超导磁储能：在20世纪70年代，超导磁储能(简写：SMES)开始作为一种储能技术应用于电力系统。由于具有快速电磁响应特性和很高的储能效率(充/放电效率超过95%)，SMES很快得到了电力工业和军方的注意。SMES在电力系统中的应用包括：负荷均衡、动态稳定、暂态稳定、电压稳定、频率调整、输电能力提高以及电能质量改善等方面。包含液氮或者液氦容器将超导线圈置于低温环境中形成SMES单元。其与交流电力系统相连接，并且可以根据电力系统的需要对储能线圈进行充放电。不过，与其它的储能技术相比，SMES非常的昂贵。当然如果能将SMES线圈与现有的柔性交流输电装置(FACTS)相结合可以降低变流单元的费用，而这部分费用一般在整个SMES成本中占最大份额。目前，在世界范围内有许多SMES工程正在进行或者处于研制阶段。
超级电容器：电容是电力系统中应用广泛的设备，而超级电容器比常规电容器具有更高的介电常数、更大的表面积、更高的耐压力。其中，陶瓷超级电容器具有相当高的耐压水平(大约1kV)和绝缘强度，这使其成为未来储能应用的很好候选方案。通常超级电容器用于高峰值功率、低容量的场合。与其它一些储能装置相比，超级电容器安装简单、体积小，可以在热、冷等各种环境下运行。由于其能在充满电的浮充状态下正常工作十年以上，因此超级电容器可以在电压跌落和瞬态干扰期间提高供电水平。
压缩空气储能：不同于电池储能的简单系统，压缩空气储能是一种调峰用燃气轮机发电厂，同样的电力输出，它所用的燃气要比常规燃气轮机少40%。常规燃气轮机在发电时大约需要消耗输入燃料的2/3进行空气的压缩，而压缩空气储能系统则可利用电网负荷低谷时的廉价电能预先压缩空气，然后根据需要释放储存的能量加上一些燃气进行发电。压缩空气的储存也非常简单，在适合的地下矿井或溶岩下的洞穴即可，建造一般要1年半到两年的时间。
各种储能技术的各有自己不同的特点，在智能电网系统中的应用也各有不同。飞轮储能、超导电磁储能和超级电容器储能适合于需要提供短时较大的脉冲功率场合，如应对电压暂降和瞬时停电、提高用户的用电质量，抑制电力系统低频振荡、提高系统稳定性等;而抽水储能、压缩空气储能和电化学电池储能适合于系统调峰、大型应急电源、可再生能源并入等大规模、大容量的应用场合。储能技术正逐渐成为构建智能、高效、可靠绿色电力系统的一个关键环节，“坚强”智能电网。
当然，储能技术发展离不开政策的支持，如果能同步将储能电站的发展纳入新能源发电和智能电网建设的规划当中，针对目前已有的新能源储输示范项目中出现的问题深入研究，并找出对策，将为更大规模和范围内的电力储能发展提供有力的支持。让储能技术为坚强智能电网保驾护航。

                                                                     来源：中国电器工业网
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