储能技术种类和特点

储能技术种类和特点

储能技术是通过装置或物理介质将能量储存起来以便以后需要时利用的技术。储能技术按照储存介质进行分类，可以分为机械类储能、电气类储能、电化学类储能、热储能和化学类储能。

一机械类储能

机械类储能的应用形式只要有抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能。

1.1 抽水蓄能

（1）基本原理

电网低谷时利用过剩电力将作为液态能量媒体的水从低标高的水库抽到高标高的水库，电网峰荷时高标高水库中的水回流到下水库推动水轮机发电机发电。

（2）特点

•属于大规模、集中式能量储存，技术相当成熟，可用于电网的能量管理和调峰；

•效率一般约为 65%~75% ，最高可达80%~85%；

•负荷响应速度快(10%负荷变化需10秒钟)，从全停到满载发电约5分钟，从全停到满载抽水约1分钟；

•具有日调节能力，适合于配合核电站、大规模风力发电、超大规模太阳能光伏发电。

（3）缺点

•需要上池和下池；

•厂址的选择依赖地理条件，有一定的难度和局限性；

•与负荷中心有一定距离，需长距离输电。

（4）应用

目前，抽水蓄能机组在一个国家总装机容量中所占比重的世界平均水平为3%左右。截至2012年底，全世界储能装置总容量为128GW，其中抽水蓄能为

127GW，占99%。截至2012年年底，我国共有抽水蓄能电站34座，其中，投运26座，投运容量2064.5万千瓦约占全国总装机容量11.4亿千瓦的1.8% 。（另在建8座，在建容量894万千瓦）

1.2 飞轮储能

（1）基本原理

在一个飞轮储能系统中，电能用于将一个放在真空外壳内的转子即一个大质量的由固体材料制成的圆柱体加速（达几万转/分钟），从而将电能以动能形式储存起来（利用大转轮所储存的惯性能量）。

（2）优点

•寿命长（15~30年）；

•效率高（90%）；

•少维护、稳定性好；

•较高的功率密度；

•响应速度快（毫秒级）。

（3）缺点

•能量密度低，只可持续几秒至几分钟；

•由于轴承的磨损和空气的阻力，具有一定的自放电。

（4）应用

飞轮储能多用于工业和UPS中，适用于配电系统运行，以进行频率调节, 可用作一个不带蓄电池的 UPS，当供电电源故障时，快速转移电源，维持小系统的短时间频率稳定，以保证电能质量 (供电中断、电压波动等)。

在我国刚刚开始在配电系统中安装使用。电科院电力电子研究所曾为北京306医院安装了一套容量为250kVA, 磁悬浮轴承的飞轮储能系统，能运行15秒，2008年投运。

1.3 压缩空气储能

（1）基本原理

压缩空气储能采用空气作为能量的载体，大型的压缩空气储能利用过剩电力将空气压缩并储存在一个地下的结构（如地下洞穴），当需要时再将压缩空气与天然气混合，燃烧膨胀以推动燃气轮机发电。

（2）优点

•有调峰功能，适合用于大规模风场，因为风能产生的机械功可以直接驱动压缩机旋转，减少了中间转换成电的环节，从而提高效率。

（3）缺点

•需要大的洞穴以存储压缩空气，与地理条件密切相关，适合地点非常有限；

•需要燃气轮机配合，并要一定量的燃气作燃料，适合于用作能量管理、负荷调平和削峰；

•以往开发的是一种非绝热（diabatic）的压缩空气储能技术。空气在压缩时所释放的热，并没有储存起来，通过冷却消散了，而压缩的空气在进入透平前还需要再加热。因此全过程效率较低，通常低于50%。

（4）应用

至今, 只有德国和美国有投运的压缩空气储能站。德国 Hundorf 站于1978年投运, 压缩功率60MW，发电功率290MW（后经改造提高到321MW）, 压缩时间/发电时间=4，2小时连续运行，启动过上万次，启动可靠率达97%。此外，德国正在建造绝热型压缩空气储能电站，尚未投运美国Mcintosh, Alabama阿拉巴马州, 1991年投运, 110MW,压缩时间/发电时间=1.6，如连续输出 100MW 可维持26小时，曾因地质不稳定而发生过坍塌事故。此外，美国正在建设几座大型的压缩空气储能电站，尚未投运。

近来压缩空气储能的研究和开发热度在不断上升，国家电网公司已立项研究

10MW压缩空气储能，项目负责人清华大学卢强院士。

二电气类储能

电气类储能的应用形式只要有超级电容器储能和超导储能。

2.1 超级电容器储能

（1）基本原理

根据电化学双电层理论研制而成的，又称双电层电容器，两电荷层的距离非常小（一般0.5mm以下），采用特殊电极结构，使电极表面积成万倍的增加，从而产生极大的电容量。

（2）优点

•长寿命、循环次数多；

•充放电时间快、响应速度快；

•效率高；

•少维护、无旋转部件；

•运行温度范围广，环境友好等。

（3）缺点

•超级电容器的电介质耐压很低，制成的电容器一般耐压仅有几伏，储能水平受到耐压的限制，因而储存的能量不大；

•能量密度低；

•投资成本高；

•有一定的自放电率。

（4）应用

超级电容器储能开发已有50多年的历史，近二十年来技术进步很快，使它的电容量与传统电容相比大大增加，达到几千法拉的量级，而且比功率密度可达到传统电容的十倍。超级电容器储能将电能直接储存在电场中，无能量形式转换，充放电时间快，适合用于改善电能质量。由于能量密度较低，适合与其他储能手段联合使用。

2.2 超导储能

（1）基本原理

超导储能系统是由一个用超导材料制成的、放在一个低温容器（cryogenic vessel）（杜瓦Dewar ）中的线圈、功率调节系统（PCS）和低温制冷系统等组成。能量以超导线圈中循环流动的直流电流方式储存在磁场中。