大規(guī)模儲能系統(tǒng)現(xiàn)階段問題及在電網(wǎng)中的應(yīng)用前景
現(xiàn)有的儲能系統(tǒng)主要分為五類：機(jī)械儲能、電氣儲能、電化學(xué)儲能、熱儲能和化學(xué)儲能。目前世界占比最高的是抽水蓄能，其總裝機(jī)容量規(guī)模達(dá)到了127GW，占總儲能容量的99%，其次是壓縮空氣儲能，總裝機(jī)容量為440MW，排名第三的是鈉硫電池，總?cè)萘恳?guī)模為316MW。
1)機(jī)械儲能
機(jī)械儲能主要包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能和飛輪儲能等。
抽水蓄能：將電網(wǎng)低谷時利用過剩電力作為液態(tài)能量媒體的水從地勢低的水庫抽到地勢高的水庫，電網(wǎng)峰荷時高地勢水庫中的水回流到下水庫推動水輪機(jī)發(fā)電機(jī)發(fā)電，效率一般為75%左右，俗稱進(jìn)4出3，具有日調(diào)節(jié)能力，用于調(diào)峰和備用。
不足之處：選址困難，及其依賴地勢;投資周期較大，損耗較高，包括抽蓄損耗+線路損耗;現(xiàn)階段也受中國電價政策的制約，去年中國80%以上的抽蓄都曬太陽，去年八月發(fā)改委出了個關(guān)于抽蓄電價的政策，以后可能會好些，但肯定不是儲能的發(fā)展趨勢。
壓縮空氣儲能(CAES)：壓縮空氣蓄能是利用電力系統(tǒng)負(fù)荷低谷時的剩余電量，由電動機(jī)帶動空氣壓縮機(jī)，將空氣壓入作為儲氣室的密閉大容量地下洞穴，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)電量不足時，將壓縮空氣經(jīng)換熱器與油或天然氣混合燃燒，導(dǎo)入燃?xì)廨啓C(jī)作功發(fā)電。國外研究較多，技術(shù)成熟，我國開始稍晚，好像盧強院士對這方面研究比較多，什么冷電聯(lián)產(chǎn)之類的。
壓縮空氣儲也有調(diào)峰功能，適合用于大規(guī)模風(fēng)場，因為風(fēng)能產(chǎn)生的機(jī)械功可以直接驅(qū)動壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)，減少了中間轉(zhuǎn)換成電的環(huán)節(jié)，從而提高效率。
不足之處：一大缺陷在于效率較低。原因在于空氣受到壓縮時溫度會升高，空氣釋放膨脹的過程中溫度會降低。在壓縮空氣過程中一部分能量以熱能的形式散失，在膨脹之前就必須要重新加熱。通常以天然氣作為加熱空氣的熱源，這就導(dǎo)致蓄能效率降低。還有可以想到的不足就是需要大型儲氣裝置、一定的地質(zhì)條件和依賴燃燒化石燃料。
飛輪儲能：是利用高速旋轉(zhuǎn)的飛輪將能量以動能的形式儲存起來。需要能量時，飛輪減速運行，將存儲的能量釋放出來。飛輪儲能其中的單項技術(shù)國內(nèi)基本都有，難點在于根據(jù)不同的用途開發(fā)不同功能的新產(chǎn)品，因此飛輪儲能電源是一種高技術(shù)產(chǎn)品但原始創(chuàng)新性并不足，這使得它較難獲得國家的科研經(jīng)費支持。
不足之處：能量密度不夠高、自放電率高，如停止充電，能量在幾到幾十個小時內(nèi)就會自行耗盡。只適合于一些細(xì)分市場，比如高品質(zhì)不間斷電源等。
2)電氣儲能
超級電容器儲能：用活性炭多孔電極和電解質(zhì)組成的雙電層結(jié)構(gòu)獲得超大的電容量。與利用化學(xué)反應(yīng)的蓄電池不同，超級電容器的充放電過程始終是物理過程。充電時間短、使用壽命長、溫度特性好、節(jié)約能源和綠色環(huán)保。超級電容沒有太復(fù)雜的東西，就是電容充電，其余就是材料的問題，目前研究的方向是能否做到面積很小，電容更大。超級電容器的發(fā)展還是很快的，目前石墨烯材料為基礎(chǔ)的新型超級電容器，非常火。
Tesla首席執(zhí)行官Elon Musk早在2011年就表示，傳統(tǒng)電動汽車的電池已經(jīng)過時，未來以超級電容器為動力系統(tǒng)的新型汽車將取而代之。
不足之處：和電池相比，其能量密度導(dǎo)致同等重量下儲能量相對較低，直接導(dǎo)致的就是續(xù)航能力差，依賴于新材料的誕生，比如石墨烯。
超導(dǎo)儲能(SMES)：利用超導(dǎo)體的電阻為零特性制成的儲存電能的裝置。超導(dǎo)儲能系統(tǒng)大致包括超導(dǎo)線圈、低溫系統(tǒng)、功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)4大部分。超導(dǎo)材料技術(shù)開發(fā)是超導(dǎo)儲能技術(shù)的重中之重。超導(dǎo)材料大致可分為低溫超導(dǎo)材料、高溫超導(dǎo)材料和室溫超導(dǎo)材料。
不足之處：超導(dǎo)儲能的成本很高(材料和低溫制冷系統(tǒng))，使得它的應(yīng)用受到很大限制。可靠性和經(jīng)濟(jì)性的制約，商業(yè)化應(yīng)用還比較遠(yuǎn)。
3)電化學(xué)儲能
鉛酸電池：是一種電極主要由鉛及其氧化物制成，電解液是硫酸溶液的蓄電池。目前在世界上應(yīng)用廣泛，循環(huán)壽命可達(dá)1000次左右，效率能達(dá)到80%-90%，性價比高，常用于電力系統(tǒng)的事故電源或備用電源。
不足之處：如果深度、快速大功率放電時，可用容量會下降。其特點是能量密度低，壽命短。鉛酸電池今年通過將具有超級活性的炭材料添加到鉛酸電池的負(fù)極板上，將其循環(huán)壽命提高很多。
鋰離子電池：是一類由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。主要應(yīng)用于便攜式的移動設(shè)備中，其效率可達(dá)95%以上，放電時間可達(dá)數(shù)小時，循環(huán)次數(shù)可達(dá)5000次或更多，響應(yīng)快速，是電池中能量最高的實用性電池，目前來說用的最多。近年來技術(shù)也在不斷進(jìn)行升級，正負(fù)極材料也有多種應(yīng)用。
市場上主流的動力鋰電池分為三大類：鈷酸鋰電池、錳酸鋰電池和磷酸鐵鋰電池。前者能量密度高，但是安全性稍差，后者相反，國內(nèi)電動汽車比如比亞迪，目前大多采用磷酸鐵鋰電池。
鋰硫電池也很火，是以硫元素作為正極、金屬鋰作為負(fù)極的一種電池，其理論比能量密度可達(dá)2600wh/kg，實際能量密度可達(dá)450wh/kg。但如何大幅提高該電池的充放電循環(huán)壽命、使用安全性也是很大的問題。
不足之處：存在價格高(4元/wh)、過充導(dǎo)致發(fā)熱、燃燒等安全性問題，需要進(jìn)行充電保護(hù)。
鈉硫電池：是一種以金屬鈉為負(fù)極、硫為正極、陶瓷管為電解質(zhì)隔膜的二次電池。循環(huán)周期可達(dá)到4500次，放電時間6-7小時，周期往返效率75%，能量密度高，響應(yīng)時間快。目前在日本、德國、法國、美國等地已建有200多處此類儲能電站，主要用于負(fù)荷調(diào)平，移峰和改善電能質(zhì)量。
不足之處：因為使用液態(tài)鈉，運行于高溫下，容易燃燒。而且萬一電網(wǎng)沒電了，還需要柴油發(fā)電機(jī)幫助維持高溫，或者幫助滿足電池降溫的條件。
液流電池：利用正負(fù)極電解液分開，各自循環(huán)的一種高性能蓄電池。電池的功率和能量是不相關(guān)的，儲存的能量取決于儲存罐的大小，因而可以儲存長達(dá)數(shù)小時至數(shù)天的能量，容量可達(dá)MW級。這個電池有多個體系，如鐵鉻體系，鋅溴體系、多硫化鈉溴體系以及全釩體系，其中釩電池最火吧。
不足之處：電池體積太大;電池對環(huán)境溫度要求太高;價格貴;系統(tǒng)復(fù)雜。
電池儲能都存在或多或少的環(huán)保問題。
4)熱儲能
熱儲能：熱儲能系統(tǒng)中，熱能被儲存在隔熱容器的媒介中，需要的時候轉(zhuǎn)化回電能，也可直接利用而不再轉(zhuǎn)化回電能。熱儲能又分為顯熱儲能和潛熱儲能。熱儲能儲存的熱量可以很大，所以可利用在可再生能源發(fā)電上。
不足之處：熱儲能要各種高溫化學(xué)熱工質(zhì)，用用場合比較受限。
5)化學(xué)類儲能
化學(xué)類儲能：利用氫或合成天然氣作為二次能源的載體，利用多余的電制氫，可以直接用氫作為能量的載體，也可以將其與二氧化碳反應(yīng)成為合成天然氣(甲烷)，氫或者合成天然氣除了可用于發(fā)電外，還有其他利用方式如交通等。德國熱衷于推動此技術(shù)，并有示范項目投入運行。
不足之處：全周期效率較低，制氫效率僅40%，合成天然氣的效率不到35%。
引用個前人的總結(jié)：
PHS- 抽水蓄能;CAES-壓縮空氣;Lead-Acid:鉛酸電池;NiCd:鎳鎘電池;NaS:鈉硫電池;ZEBRA:鎳氯電池;Li-ion:鋰電池;Fuelcell:燃料電池;Metal-air:金屬空氣電池;VRB:液流電池;ZnbBr:液流電池;PSB:液流電池;SolarFuel: 太陽能燃料電池;SMES:超導(dǎo)儲能;Flywheel:飛輪;Capacitor/Supercapcitor:電容/超級電容;AL-TES:水/冰儲熱/冷系統(tǒng);CES:低溫儲能系統(tǒng);HT-TES：儲熱系統(tǒng)。
總體來說，目前研究發(fā)展主要還是集中于超級電容和電池(鋰電池、液流電池)上。材料領(lǐng)域的突破才是關(guān)鍵。
可靠儲能后的電網(wǎng)會是什么樣
1)支撐實現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)，智能電網(wǎng)。
儲能是智能電網(wǎng)實現(xiàn)能量雙向互動的重要設(shè)備。沒有儲能，完整的智能電網(wǎng)無從談起。
2)利用儲能技術(shù)面對新能源考驗
主要就是平抑、穩(wěn)定風(fēng)能、太陽能等間歇式可再生能源發(fā)電的輸出功率，提高電網(wǎng)接納間歇式可再生能源能力。
3)減小峰谷差，提高設(shè)備利用率
電網(wǎng)企業(yè)在調(diào)峰和供電壓力得到緩解的同時，可獲取更多的高峰負(fù)荷收益。
4)提高電網(wǎng)安全可靠性和電能質(zhì)量
提供應(yīng)急電源;減少因各種暫態(tài)電能質(zhì)量問題造成的損失。
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