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新能源储能技术
作者:东润环能市场部   发布日期:2010-11-12 13:28   

 

    由于风能、太阳能、海洋能等多种新能源发电受到气候和天气影响,发电功率难以保证平稳,而电力系统要求是供需一致,电能消耗和发电量相等,一旦这平衡遭到破坏,轻则电能质量恶化,造成频率和电压不稳,重则引发停电事故,为了解决这一问题,在风力发电、太阳能光伏发电或者太阳能热发电等新能源发电设备中都配备有储能装置,在电力充沛时,多余电力可以储存起来,在晚上、弱风或者超大风发电机组停运或者停运机组过多,发电量不足的时候释放出来以满足负荷需求。

    目前全球储能技术主要有物理储能(如抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等)、化学储能(如钠硫电池、液流电池、铅酸电池、镍镉电池、超级电容器等)和电磁储能(如超导电磁储能等)三大类。

    东润环能在储能系统技术领域和应用领域始终与国内外科研机构和企业保持着紧密的联系,包括钠硫电池领域的领先者日本NGK公司、中国科学院上海硅酸盐研究所,超导储能领域的领先者美国Bruker ETS公司、美国超导公司、中国科学院电工所以及磁悬浮飞轮储能领域的领先者美国Active Power公司。

钠硫电池:

    电池通常是由正极、负极、电解质、隔膜和外壳等几部分组成。一般常规二次电池如铅酸电池、镉镍电池等都是由固体电极和液体电解质构成,而钠硫电池则与之相反,它是由熔融液态电极和固体电解质组成的,构成其负极的活性物质是熔融金属钠,正极的活性物质是硫和多硫化钠熔盐,由于硫是绝缘体,所以硫一般是填充在导电的多孔的炭或石墨毡里,固体电解质兼隔膜的是一种专门传导钠离子被称为Al2O3的陶瓷材料,外壳则一般用不锈钢等金属材料。

    钠硫电池具有许多特色之处:一个是比能量(即电池单位质量或单位体积所具有的有效电能量)高。其理论比能量为760Wh/Kg,实际已大于100Wh/Kg,是铅酸电池的3-4倍;另一个是可大电流、高功率放电。其放电电流密度一般可达200-300mA/cm2,并瞬时间可放出其3倍的固有能量;再一个是充放电效率高。由于采用固体电解质,所以没有通常采用液体电解质二次电池的那种自放电及副反应,充放电电流效率几乎100%。钠硫电池工作温度在300-350℃,电池工作时需要一定的加热保温,采用高性能的真空绝热保温技术,可有效地解决这一问题。

    钠硫电池作为固定场合下(如电站储能)应用,越来越显示其优越性。如日本东京电力公司(TEPCO)和NGK公司合作开发钠硫电池作为储能电池,其应用目标瞄准电站负荷调平(即起削峰平谷作用,将夜晚多余的电存储在电池里,到白天用电高峰时再从电池中释放出来)、UPS应急电源及瞬间补偿电源等,目前已建成世界上最大规模的储能钠硫电池装置功率达8MW。 

超导储能系统:

    超导储能系统(SMES)是利用超导线圈将电磁能直接储存起来,需要时再将电磁能返回电网或其它负载的一种电力设施,它具有反应速度快、转换效率高的优点。它可以广泛用于电能质量的改善、能量管理、提高大电网的稳定性。

    我国电网的覆盖面积大,结构薄弱,各种一次能源的分布与负荷的密度极不均匀,而电源远离负荷中心,装机容量与输电跨度比过小,对电网互联的安全和稳定运行带来不利影响。随着太阳能、风能等新兴发电技术和电源企业的兴起,电网互联的安全稳定运行将受到更大的挑战。

    在改善电能质量方面,超导储能系统能够对配电系统进行有功功率的快速调节,这是以往任何的常规设备不能胜任的。其次,随着分布式发电和大型电网平行发展格局的形成,超导储能系统可以作为快速功率补偿系统,用于能量管理和应对瞬态电能质量事故。此外,利用超导储能系统的断流和限流功能,可以取代超导限流器,并与系统内的其它元件实现最优化的运行和控制。这样不但简化了电网结构,降低了超导装置的总体造价,还实现了系统升级。

    以上这些功能和特点使得超导储能系统具有广阔的应用前景,它可以广泛地应用于发电厂、变电站和重要用户,在输/配电系统的动态管理、电能质量管理及提高电网暂态稳定性和紧急电力事故应变等方面具有极大的应用价值。 

磁悬浮飞轮储能系统:

    磁悬浮飞轮储能技术是以高速旋转的飞轮铁芯作为机械能量储存的介质,飞轮等器件被密闭在一个真空容器内,大大减少了风阻,同时为了减少运转时的损耗,提高飞轮的转速和飞轮储能装置的效率,在飞轮储能装置内部使用磁悬浮技术对飞轮加以控制,并利用电动机/发电机和能量转换控制系统来控制电能的输入和输出。

    在市电正常的情况下,磁悬浮飞轮储能装置相当于一台电动机,其将外界输入的电能,通过电力电子装置驱动飞轮转动,由此将电能转化为飞轮转动的动能(机械能)储存起来,在正常待机时,使飞轮的转速达到7700转/每分钟。在市电异常或停电的情况下,磁悬浮飞轮储能装置相当于一台发电机,当外界需要电能时,飞轮转动的动能转化为电能,再通过电力电子装置变成不同负载所需要的不同频率、不同电压等级的电能,输出到外部负载,以满足不同负载的需求。一旦市电恢复正常,则立即对磁悬浮飞轮储能装置进行“充电”,使飞轮的转速达到7700转/每分钟。

    免蓄电池磁悬浮飞轮储能UPS电源系统是一种采用磁悬浮飞轮储能技术,在线互动式的UPS电源系统。它能够提供电压控制、停电保护以及瞬间断电保护等等功能,提供良好的稳定的电源,能在关键负载、电网电压下降、波动或停电情况下进行相应的保护。

    与传统蓄电池式UPS电源系统相比,飞轮储能UPS电源系统有着很多优势。这些优势包括:节省空间、安装成本低廉、节约运转耗电量、不使用空调系统、不使用危害环境的蓄电池、减少施加在机房上的结构重量、不存在与发电机的兼容性问题、可靠性更高,无需支付更换蓄电池的巨大费用等等。

    随着使用者对UPS可靠性、可用性、环保性等要求的不断提高,这种技术更先进、高可靠、高品质、节能减排、高效低耗、绿色环保的最新一代免蓄电池磁悬浮飞轮储能UPS产品必将在中国通信运营商、大型数据(物流)中心、石油石化、银行、政府、医疗、电子、大型工矿企业、民航、军队等行业得到广泛和大量的应用。


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