蓄能技术在电力供应链中的应用

蓄能技术在电力供应链中的应用

0蓄能技术的市场蓄水能力是指通过介质或设备将能量存储到所需的时间。一般来说，蓄能主要是指能源蓄能。蓄能技术的市场或经济价值可在电力供应链中的四个主要方面得到体现:发电、输电配电、供能服务和可再生能源储存。美国发电输电和配电系统已规划的一个超过15a的工程可以带来1000×108多美元的经济价值。1电池储能系统按照能量储存方式,蓄能可分为物理蓄能、化学蓄能、电磁蓄能三类,其中物理蓄能主要包括抽水蓄能、压缩空气蓄能、飞轮蓄能等,化学蓄能主要包括铅酸电池、锂离子电池、钠硫电池、液流电池等,电磁蓄能主要包括超级电容器蓄能、超导蓄能。目前储能技术中最成熟的是抽水蓄能,它主要用于电力系统削峰、填谷、调频、紧急事故备用等;化学蓄能是目前技术进步最快的蓄能技术,其中钠硫、液流及锂离子电池技术在安全性、能源转换效率和经济性等方面取得重大突破,产业化条件日趋成熟,在电动汽车等领域广泛应用;近年来超导蓄能、超级电容器技术也取得了很大进步。1.1特征类型及特点a)压缩空气蓄能是基于燃气轮机技术的储能系统,在电力负荷低谷期将电能用于压空气,将空气高压密封在报废矿井、沉降的海底蓄气罐、山洞、过期油气井或新建储气井中,在电力负荷高峰期释放压缩空气推动燃气轮机发电的蓄能方式。压缩空气蓄能的一大缺陷在于效率较低。据悉,德国的压缩空气储能工厂,效率只有42%。储能效率低的原因在于空气受到压缩时温度会升高,空气释放膨胀的过程中温度会降低。现有的压缩空气蓄能系统在压缩空气过程中一部分能量以热能的形式散失,在膨胀之前就必须要重新加热。通常以天然气作为加热空气的热源。这就导致蓄能效率降低,温室气体排放量增加;b)抽水蓄能技术是指在电力负荷低谷期将水从下水库抽到上水库,将电能转化成水势能储存起来,在电力负荷高峰期,释放上水库中的水发电。抽水蓄能电站是目前最常用的大规模储能技术,主要用于电力系统削峰填谷、调频调相和紧急事故备用等。抽水蓄能电站具有技术成熟、效率高、容量大、储能周期不受限制等优点。但抽水蓄能电站需要合适的地理条件建造水库和水坝,建设周期长、初期投资巨大等缺点。通常抽水蓄能电站按照有无天然径流分为两类:(a)纯抽水蓄能电站,上水库没有或只有很少的天然径流,水体上、下水库间循环使用,主要承担调峰填谷、事故备用等任务,而不承担常规发电等任务;(b)混合式抽水蓄能电站,上水库有天然径流,既利用天然径流承担常规发电和水能综合利用等任务,又承担调峰填谷、事故备用等任务;c)超级电容器,也称电化学电容器,是介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置,其结构和电池的结构类似,主要包括双电极、电解质、集流体和隔离物四个部分,具有功率密度高、循环寿命长、低温性能好、安全、可靠和环境友好等优点。但由于电介质耐压低,存在漏电流,储存能量和保持时间受到限制。目前,超级电容器主要是基于多孔炭电极/电解液界面的双电层电容,或金属氧化物或导电聚合物产生的准电容来实现能量的储存。超级电容器可广泛应用于电动汽车、不间断电源、通讯和航空航天等领域。其优越的性能和广阔的应用前景引起了世界各国的关注,一些国家还建立了专门的国家管理机构,如美国的USABC、日本的SUN、俄罗斯的REVA等。目前,进一步提高超级电容的能量密度和功率密度,是超级电容技术的主要发展趋势;d)超导蓄能是一种无需经过能量转换而直接储存电能的方式,它将电流导入电感线圈,由于线圈由超导体制成,理论上电流可以无损失地不断循环,直到导出。目前,超导线圈采用的材料主要有铌钛(NbT)i和铌三锡(Nb3Sn)超导材料、铋系和钇钡铜氧(YBCO)高温超导材料等,这些材料的共同特点是需要运行在液氦或液氮的低温条件下才能保持超导特性。因此,目前一个典型的超导磁蓄能装置包括超导磁体单元、低温恒温以及电源转换系统等。超导磁蓄能具有能量转换效率高(可达95%)、毫秒级响应速度、大功率和大容量系统、寿命长等特点,但与其它技术相比,超导蓄能系统的超导材料及维持低温的费用较高。未来要实现超导磁蓄能的大规模应用,仍需在发展适合液氮温区运行的MJ级系统的超导体,解决高场磁体绕组力学支撑问题,与柔性输电技术结合,进一步降低投资和运行成本,分布式超导磁储能及其有效控制和保护策略等方面开展研究。1.2现有蓄能技术的优点现有各蓄能技术优缺点比较见表1。2建立了油气压蓄能发电控制系统由于现有蓄能技术无论是物理蓄能还是化学蓄能或电磁蓄能都还存在这样或那样的缺点,或成本高或容量小,或适应场合有限。因此在应用上有很大的局限性。致力于能源科学研究的机构除了着力研究如何改进完善现有蓄能技术,也在不断地探求新的蓄能技术。开辟新途径。近年,在物理蓄能家族中,又添一值得关注的新成员———油压蓄能发电机组,这是由广州南洋理工职业学院能源设备研究所已获得的实用新型专利。它克服了现有蓄能发电系统的一些缺点,弥补了某些不足。现将此实用新型简单介绍如下:油压蓄能发电机组,它不仅是能将电能储存并发电,而且可将其它能量如化学能,畜力转化为电能(但加压系统不同)。这里只介绍其蓄能功能。作为蓄能用途的油压蓄能发电机组其结构、工作原理及其特点大致如下。2.1回油池和蓄能缸氧基压池此实用新型由三大部分组成:a)加压系统(由高压油泵及回油池等组成);b)蓄能系统(由蓄能缸与重力活塞等组成);c)发电系统(由油马达和发电机等组成)(见图1)。只要重力活塞处于由高压油托起的状态,蓄油缸里的油压始终恒定,因此输出的电压恒定。蓄能缸和回油池均采用钢筋混凝土结构,圆形或矩形或其它形状,两者有一定的落差即可。重力活塞采用灌铅圆钢柱,其上可另加载重物,以增大蓄能密度减小蓄能缸占地面积。1个蓄能缸上可安装多个重力活塞。活塞与缸之间以静密封代替动密封,完全杜绝漏油现象。蓄能介质只需部分为压力油其余为水,全部为水也无妨。由加压系统蓄能系统将电能转化为势能并储存,然后由发电系统将势能转化为电能。2.2应急电源系统a)油压蓄能发电机组虽然与抽水蓄能发电系统类似,但它克服了抽水蓄能发电系统依赖水源、介质蒸发损耗大、需要高落差的地理位置且占地面积大等缺点。油压蓄能发电机组可以建造大型蓄能发电站,也可以在城区附近建造分布式小型蓄能发电站作为应急电源。可减少输电输送成本和电能的损耗;b)与压缩空气蓄能发电系统相比,它克服了压缩空气蓄能发电系统因压缩空气产生高热能、能量释放发电时有衰减、电压不恒定、系统维护困难等缺点。油压蓄能发电机组的能量转换损失小,效率高,输出电压恒定;c)与化学蓄能、电磁蓄能装置相比,它克服了容量小,运行成本高等缺点。油压蓄能发电机组的蓄能容量几近抽水蓄能,可超过压缩空气蓄能容量,然而它的运行成本比压缩空气蓄能低。其缺点与抽水蓄能系统一样,一次性投入成本较高。2.3还可采用风电蓄能、潮砂能蓄能油压蓄能发电机组除了可用于常规的电力系统削峰、填谷或作为应急电源之外,还特别适合风电蓄能、潮汐发电蓄能。因为此蓄能系统发电输出的电压绝对稳定,无论风能、潮汐能的波幅再大也能削平。油压蓄能发电站可大可小,且不受地域限制,可望成为新一代最具商业开发价值的储能发电系统。3蓄能技术的应用蓄能技术在中国应用范围还很小,原因之一是对蓄能