ont-family: sans-serif; font-size: 14px; line-height: 1.75em; text-indent: 2em;">儲能系統(tǒng)往往涉及多種能量、多種設(shè)備、多種物質(zhì)、多個(gè)過程,是隨時(shí)間變化的復(fù)雜能量系統(tǒng),需要多項(xiàng)指標(biāo)來描述它的性能。常用的評價(jià)指標(biāo)有儲能密度、儲能功率、蓄能效率以及儲能價(jià)格、對環(huán)境的影響等。
argin: 5px 0px; line-height: 1.75em; font-size: 14px; font-family: sans-serif; text-indent: 2em;">任務(wù)與作用
由于人們所需的能源都具有很強(qiáng)的時(shí)間性和空間性,為了合理利用能源并提高能量的利用率,需要使用一種裝置,把一段時(shí)期內(nèi)暫時(shí)不用的多余能量通過某種方式收集并儲存起來,在使用高峰時(shí)再提取使用,或者運(yùn)往能量緊缺的地方再使用,這種方法就是能量存儲。
能量儲存系統(tǒng)的基本任務(wù)是克服在能量供應(yīng)和需求之間的時(shí)間性或者局部性的差異。產(chǎn)生這種差異有兩種情況,一種是由于能量需求量的突然變化引起的,即存在高峰負(fù)荷問題,采用儲能方法可以在負(fù)荷變化率增高時(shí)起到調(diào)節(jié)或者緩沖的作用。由于一個(gè)儲能系統(tǒng)的投資費(fèi)用相對要比建設(shè)一座高峰負(fù)荷廠低,盡管儲能裝置會有儲存損失,但由于儲存的能量是來自工廠的多余能量或新能源,所以它還是能夠降低燃料費(fèi)用的。另一種是由于一次能源和能源轉(zhuǎn)換裝置之類的原因引起的,則儲能系統(tǒng)(裝置)的任務(wù)則是使能源產(chǎn)量均衡,即不但要削減能源輸出量的高峰,還要填補(bǔ)輸出量的低谷(即填谷)。
例如,太陽能熱利用系統(tǒng)中,需要設(shè)置儲能器。太陽能熱利用的工作原
太陽能熱利用的工作原理
理如圖所示,熱流離開集熱器后入儲能器,然后經(jīng)過熱能轉(zhuǎn)換器供給熱機(jī)。在沒有太陽光期問,冷流體直接經(jīng)過儲能器,提取存儲的熱量并傳給熱機(jī)工作。
所以,能源儲存系統(tǒng)可以儲存多余的熱能、動能、電能、位能、化學(xué)能等,改變能量的輸出容量、輸出地點(diǎn)、輸出時(shí)間等。
儲能系統(tǒng)要求
對于不同應(yīng)用目的有各自的儲能要求,但歸納起來,一個(gè)良好的儲能系統(tǒng)共有的特性如下。
①單位容積所儲存的能量(容積儲熱密度)高,即系統(tǒng)盡可能儲存多的能量。如高能電池,由于其能量密度比普通電池要大,使用壽命也較長,深受消費(fèi)者歡迎。
②具有良好的負(fù)荷調(diào)節(jié)性能。能源儲能系統(tǒng)在使用時(shí),需要根據(jù)用能一方的要求調(diào)節(jié)其釋放能量的大小,負(fù)荷調(diào)節(jié)性能的好壞決定著系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。
③能源儲存效率要高。能量儲存時(shí)離不開能量傳遞和轉(zhuǎn)換技術(shù),所以儲能系統(tǒng)應(yīng)能不需過大的驅(qū)動力而以最大的速率接收和釋放能量。同時(shí)盡可能降低能量存儲過程中的泄漏、蒸發(fā)、摩擦等損耗,保持較高的能源儲存效率。
④系統(tǒng)成本低、長期運(yùn)行可靠。如果能源儲存裝置在經(jīng)濟(jì)上不合理,就不可能得到推廣應(yīng)用。
儲能技術(shù)方法儲能主要包括熱能、動能、電能、電磁能、化學(xué)能等能量的存儲,
儲能技術(shù)方法
儲能技術(shù)方法見表1.5。目前儲能技術(shù)的研究、開發(fā)與應(yīng)用主要是以儲存熱能、電能為主,廣泛應(yīng)用于太陽能利用、電力的“移峰填谷”、廢熱和余熱的回收以及工業(yè)與民用建筑和空調(diào)的節(jié)能等領(lǐng)域。
(1)熱能存儲技術(shù)
熱能存儲就是把一個(gè)時(shí)期內(nèi)暫時(shí)不需要的多余熱量通過某種方
三種熱能存儲的比較
法儲存起來,等到需要時(shí)再提取使用。包括顯熱儲能技術(shù)、潛熱儲能技術(shù)、化學(xué)反應(yīng)熱儲能技術(shù)三種,三種熱能存儲的比較見表1.6。
顯熱儲能技術(shù)是通過加熱儲能介質(zhì)提高其溫度,而將熱能儲存其中。常用的顯熱儲能材料有水、土壤和巖石等。在溫度變化相同的條件下,如果不考慮熱損失,那么單位體積的儲熱量水最大,土壤其次,巖石最小。世界上已有不少國家都對這些儲熱材料進(jìn)行了試驗(yàn)和應(yīng)用。就目前來說,這是一種技術(shù)比較成熟、效率比較高、成本又比較低的儲能方法。
潛熱儲能技術(shù)是利用儲能介質(zhì)液相與固相之間的相變時(shí)產(chǎn)生的熔解熱將熱能儲存起來的。目前實(shí)際應(yīng)用的潛熱儲能介質(zhì),有十水硫酸鈉(化學(xué)式是Na2S04·10H20)、五水硫代硫酸鈉(化學(xué)式是Na2S04·5H20)和六水氯化鈣(化學(xué)式是CaCl2·6H20)等。該技術(shù)的特點(diǎn)是在低溫下儲能,具有較高的儲能量密度,可在一定的相變溫度下取出熱量,但是儲能媒介物價(jià)格昂貴,容易腐蝕,有的介質(zhì)還可能產(chǎn)生分解反應(yīng),儲存裝置也較顯熱型復(fù)雜,技術(shù)難度較大。
化學(xué)能存儲技術(shù)利用能量將化學(xué)物質(zhì)分解后分別儲存能量,分解后的物質(zhì)再化合時(shí),即可放出儲存的熱能。可以利用可逆分解反應(yīng)、有機(jī)可逆反應(yīng)和氫化物化學(xué)反應(yīng)三種技術(shù)實(shí)現(xiàn),其中氫化物化學(xué)反應(yīng)技術(shù)是最有發(fā)展?jié)摿Φ?,國?nèi)外都正在進(jìn)行深入的研究,如果能夠取得突破性的成功,就將為解決能源短缺的問題提供良好的途徑。
(2)電能存儲技術(shù)
工業(yè)上已應(yīng)用的電能存儲技術(shù)主要有三種,分別為水力儲能技術(shù)、壓縮空氣儲能技術(shù)、飛輪儲能技術(shù)。水力儲能技術(shù)是目前最古老的、技術(shù)最成熟的、設(shè)備容量最大的商業(yè)化技術(shù),全世界已有約500座水力儲能電站,其中容量超過1000MW的有35座。水力儲能系統(tǒng)一般有兩個(gè)大的儲水庫,一個(gè)處于較低位置,另外一個(gè)則位于較高的提升位置。在用電低峰期,將水從位置較低的水庫送到位置高的儲水庫中去儲存起來。當(dāng)需要電能時(shí),可以借助高位水庫水流的勢能推動水能機(jī)發(fā)電。
壓縮空氣儲能是在用電低峰期將空氣加壓輸送到地下鹽礦、廢棄的石礦、地下儲水層等。當(dāng)用電負(fù)荷較大時(shí),壓縮空氣就可與燃料燃燒,產(chǎn)生高溫、高壓燃?xì)?,?qū)動燃?xì)廨啓C(jī)做功產(chǎn)生電能。目前應(yīng)用的機(jī)組設(shè)備容量已達(dá)到幾百兆瓦。如裝機(jī)容量為290MW的德國芬道爾夫電站1980年就已投入使用。
飛輪儲能發(fā)電技術(shù)是一種新型技術(shù),它與電力網(wǎng)連接實(shí)現(xiàn)
飛輪儲能發(fā)電系統(tǒng)
電能的轉(zhuǎn)換。飛輪儲能發(fā)電系統(tǒng)如圖1.12所示,該系統(tǒng)主要由電機(jī)、飛輪、電力電子變換器等設(shè)備組成。飛輪儲能的基本原理就是在電力富裕條件下,將電力系統(tǒng)中的電能轉(zhuǎn)換成飛輪運(yùn)動的動能。而當(dāng)電力系統(tǒng)電能不足時(shí),再將飛輪運(yùn)動的動能轉(zhuǎn)換成電能,供電力用戶使用。與其他儲能技術(shù)相比,飛輪儲能技術(shù)具有效率高(80%~90%)、成本低、無污染、儲能迅速、技術(shù)可靠等優(yōu)點(diǎn),受到日本、美國、德國研究工作者的關(guān)注。如日本沖繩電力公司開發(fā)了210MJ的飛輪儲能系統(tǒng);德國1996年研制了儲能5MW·h/100MW·h的超導(dǎo)磁懸浮儲能飛輪儲能電站,系統(tǒng)效率達(dá)96%。
開發(fā)進(jìn)展
美國大規(guī)格鋰離子(Li-ion)可充電電池和能源儲存系統(tǒng)(ESS)的制造商、設(shè)計(jì)商和開發(fā)商國際電池(International Battery)公司于2010年11月1日宣布,推出lBexus-24V-4.1kW·h鋰離子能源儲存系統(tǒng),可很好地適用于太陽能和其他可再生能源的儲存。Ibexus產(chǎn)品家族第一款為新的八電池24V ESS模塊,已供充電能量儲存需求用于不同的項(xiàng)目,IB24V 008 ESS為4.1kW·h系統(tǒng),含有八個(gè)160Ah鋰離子磷酸鹽電池呈串聯(lián)排列。該電池系統(tǒng)符合接觸器、電池變換和熱管理控制標(biāo)準(zhǔn)。對于易用的通訊,系統(tǒng)包括RS232、RS485、CANbus、Modbus或Ethernet通訊和數(shù)據(jù)記錄功能。電池管理系統(tǒng)(BMS)可使電池性能最大化、提高安全和監(jiān)控水平/平衡各個(gè)電池。
陶氏化學(xué)公司于2010年11月2日宣布,將開展新的業(yè)務(wù),制造先進(jìn)電池材料,以用于能量儲存工業(yè)。初步重點(diǎn)致力于汽車市場。陶氏化學(xué)公司將出售這些先進(jìn)材料,這些先進(jìn)材料將可用于可充電的鋰離子電池制造,以生產(chǎn)可長時(shí)間工作、提高電力和長工作壽命的電池。能量儲存工業(yè)中改進(jìn)的電池性能是可大大提升該工業(yè)的產(chǎn)品性能和動態(tài)性能的關(guān)鍵需求,因此,可為電池化學(xué)材料的解決方案創(chuàng)造大的發(fā)展機(jī)遇一陶氏化學(xué)公司承諾為滿足能量儲存工業(yè)短期和中期的需求,將實(shí)施綜合的和多方位的商業(yè)化材料發(fā)展戰(zhàn)略。
美國Contour能量系統(tǒng)(Contour Energy Systems)公司于2010年11月2日宣布,與CalTeeh和CNRS公司合作,開發(fā)出新的氟基電池化學(xué)、納米材料化學(xué)和制造工藝,應(yīng)用于鋰離子電池能量儲存系統(tǒng),這種專有的鋰離子電池氟化生產(chǎn)工藝和氟化多層的碳納米材料已申請專利(US 7794880)。這些技術(shù)將產(chǎn)生長期持久的便攜式電力解決方案,與傳統(tǒng)的鋰電池相比,具有較大的電力和能量密度。這一技術(shù)初步已在美國加利福尼亞技術(shù)研究院CNRS公司、法國國家科學(xué)研究中心完成開發(fā),Contour能量系統(tǒng)公司在世界上擁有技術(shù)許司權(quán),涉及先進(jìn)電池和電化學(xué)系統(tǒng)技術(shù)。氟化制造工藝是Contour能量系統(tǒng)公司的氟化碳電泄獨(dú)有的特征工藝。這一專有的工藝將氟引人多層碳納米材料中,與傳統(tǒng)的氟化碳材料相比可提供完全不同的分子結(jié)構(gòu)。這種新的結(jié)構(gòu)與使用新的多層碳納米材料相結(jié)合,比現(xiàn)有類翌的電池具有很大的優(yōu)點(diǎn),包括大大增加了能量和電力密度、可在苛刻條件下可靠地操作、翅長自身壽命和防止過熱,所有這些可優(yōu)化應(yīng)用于一些特定的應(yīng)用中。
國際電池公司(International Battery)于2010年11月15日宣布,接受美國賓夕法尼亞能源開發(fā)局(PEDA)80萬美元的資助,開發(fā)、設(shè)計(jì)、制造和試驗(yàn)800kW·h的大型能量儲存系統(tǒng)(BESS),擴(kuò)大到1MW。這使國際電池公司擁有迄今為止最大的電池系統(tǒng),業(yè)已完成的能量儲存系統(tǒng)將驗(yàn)證采用大格式鋰電池的優(yōu)點(diǎn),它可應(yīng)用于可再生能源集成和智能電網(wǎng)支持。該儲存系統(tǒng)采用國際電池公司的大格式鋰電池和電池管理系統(tǒng)(BMS)(變換器)以及控制/通訊系統(tǒng)構(gòu)成,800kW·h系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)工作已在進(jìn)行中,將于201 1年第二季度進(jìn)行測試。該公司設(shè)置BESS用于與可再生能源和智能電網(wǎng)進(jìn)行集成二該電池組裝采用水基工藝,代替常用的使用大量有機(jī)溶劑化學(xué)品。
韓國SK能源公司與中國臺灣臺塑集團(tuán)于2010年12月29日簽約,建立開發(fā)同定式鋰離子能量儲存系統(tǒng)戰(zhàn)略合作伙伴,臺塑集團(tuán)是臺灣最大的公司和亞洲最大的私營石化公司。按照簽署的諒解備忘錄,由臺塑集團(tuán)開發(fā)和生產(chǎn)的陰極將應(yīng)用于由SK能源公司生產(chǎn)的能量儲存系統(tǒng)(ESS)。兩家公司將合作完成這項(xiàng)工作。能量儲存系統(tǒng)(ESS)是一種大型電池,與電動汽車現(xiàn)用的電池相比,可儲存高達(dá)1000多倍的能量SK能源公司表示,與臺塑集團(tuán)合作將有助于開發(fā)安全的能量儲存系統(tǒng)(ESS),也將有助于使ESS進(jìn)入中國市場,中國現(xiàn)是世界新能源和可再生能源最大的市場.
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