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淺談儲能

2012-08-07 來源:《風能》 瀏覽數:4972


  對于儲能,尤其是這種間歇性的能源,目前存在以下儲存方式。
  拉平負荷方式。電力負荷隨地點、晝夜、季節不同而變化,有時一周內都不完全相同,例如周末,這給電網供電和管理都帶來不少問題。通常情況是,電網根據負荷大小,采用燃煤、燃油帶基本負荷的大容量汽輪發電機組, 以此滿足盡可能多的需要。不過這種方式缺乏靈活性,起動時間需要30 分鐘~ 60 分鐘。此外,電網要具備運行儲備能力,以便系統能在適度時間如10 分鐘內,補充因發電機事故或其他供電干擾影響造成的電量缺口。使用起動快的燃氣輪機調峰也是一種辦法。
  降低能源需要量變化幅度的方式。改變負荷時間是最簡單的辦法。通常是不同時間段采用不同電價。例如,晚上用電給水加熱,熱水再用于采暖。削峰填谷在電能富裕和電價低的時侯抽水蓄能,這是目前使用最多的方法,其功率可達百萬千瓦,另外還有使用儲存壓縮空氣的。
  移動設備能源儲存方式。與傳統的大規模儲能要求不同,中小規模的電子設備現在隨處可見,電動車也方興未艾。這些電子設備的特點是重量輕,不能與固定電源長期相聯以及使用期間并非總是連續不斷。這些特征促進了多種電池的迅速發展。
  建筑物溫度調節方式。建筑物是用能大戶,做好這方面的熱能儲存意義重大。
  儲存燃料方式。儲能還可以通過儲存燃料的方式解決,如木材、煤、原油等可存于罐、堆場,不過這種方式儲存的量都不大。
  總之,能源儲存的方式要根據使用能源的要求來決定。有時一種能源的儲存方式也可以靈活改變。例如用機械能將水泵送到高處,水再靠重力流下來帶動水輪機發電,用飛輪儲起機械能再發電等等。
  儲能技術
  從上述可知,儲能的范圍很大,技術方法也很多。儲能的原則應該是有條件時盡量儲存品質較高的電能、機械能;條件不具備時則儲存品質低的熱能。這主要是因為前者大部分可轉化為電,后者卻受卡諾循環限制造成發電效率低。關于儲能技術,大體有以下幾個類別:
  (一)電池儲能。電池是古老的發明,甚至早于發電技術,不僅品種類別繁多,發展也很快?,F在用于小功率的電池雖已十分普遍,但所占世界總儲能量的份額還不足0.5%,因為這些電池單個容量小,如鉛酸電池、鈉硫電池、鋰離子電池等。目前有一種前景不錯的新型電池叫流體電池,我國大連化學物理研究所在這方面的開發效果良好,其單個功率可達2千瓦,有望在不久的將來承擔大容量儲能。這種電池的反應物能從電極隔格流出流入儲罐。由于儲罐體積可以設計得很大,所以電池可以大容量儲電。
 ?。ǘ╇娙輧δ堋3夒娙萜鞯拈_發,容量可達法拉級。但目前主要還是用于儀表電源、脈沖設備等,還沒出現大規模儲能使用的產品。
 ?。ㄈ┏瑢δ?。超導儲能主要是利用其快速響應和瞬時功率大的特點,可以保證電網品質。電流通過線圈產生磁場,能量就儲于線圈的磁導體中。之所以用超導體,是因為超導材料無電阻可以不產生熱。但這需要深冷環境耗能,而且也還未出現大規模儲能使用的產品。
 ?。ㄋ模┏樗畠δ?。目前已有百萬千瓦級抽水蓄能電站,抽水蓄能電站占了現有世界儲電容量的99.9%,處于絕對的壟斷地位,抽水儲能也是當前唯一實用的大規模儲能技術。其不足之處是占地太大(美國一座30 吉瓦時的電站,兩個水池便占地3.32 平方公里),而且對地形地貌有相當要求。日本地形在這方面有優勢,因此使用也較多。我國在使用抽水儲能時需要考慮本國地少人多的現況。
 ?。ㄎ澹嚎s空氣儲能。壓縮空氣儲能是很有前景的儲能方法之一,它的能量密度較大,為2 千瓦時/ 立方米(抽水蓄能為0.3 千瓦時/ 立方米),也有可能達到數十萬千瓦的儲能等級,不過也需要很大容積,如果能利用廢坑道、廢鹽礦等會較好。但是據我國相關單位在內蒙古等地的調查,很少有合適的地址。中科院工程熱物理所擬儲存液態空氣,這樣可大大減少需用容積。此外,英國有一個方案是將高壓氣體打入罐中,罐中放石礫,第一個罐石礫被加熱到550℃,氣體再膨脹進入第二罐,石礫溫度為-160℃。這樣把溫差儲存起來,為以后的熱機發電所用。雖然這只是儲熱,但占地面積僅為上述美國同容量儲能電站的1/300。一個儲電容量達到16 兆瓦時的設備,只需兩個高和直徑均為7 米的罐子。
  抽水儲能和壓縮空氣儲能都容易遇到用地問題。實際上,我們可以不以產能地點需靠近儲能地點為必要條件,在有容積的地方建廠即可,發揮電網作用,將平時多余的電能送到儲能設備處,這種方法至少勝過大量棄風棄能。
  (六)飛輪儲能。由于響應速度快,飛輪儲能很適于電網出現故障時保證供電品質。一個600 千克的飛輪,直徑0.5 米,3000 轉/ 分,功率是26 千瓦;現在已有功率為100 千瓦的飛輪;正在研究安裝的200 臺,儲能20 兆瓦。未來的發展發向是實現飛輪在真空中旋轉,使其軸承無摩擦力,轉數為每分鐘10 萬轉以上。美國計劃在未來五年內研發出功率為1 兆瓦的飛輪。
  (七)化學儲能。化學儲能屬于儲熱,現已有儲能功率為數萬千瓦的成功實例?;瘜W除能的優勢是除催化劑外,物質沒有消耗;功率等級與現在可再生能源功率接近。在高級的儲能技術尚未商品化前,不失為一種可用的技術。高溫化學反應的儲熱系統主要原理如下:

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