综述各类储能装置的储能技术

综述各类储能装置的储能技术

廖曙生

（广东电网公司汕头供电局）

1前言

电力生产是一个连续的过程，发电、负荷和损耗之间需时刻保持基本平衡。随着新能源技术的发展，电力系统逐步接入了很多分布式电源。而发布式电源，例如风能发电，对外界气候比较敏感，易受实时风力波动性和间歇性的影响，严重时将导致风力发电机出力与负荷之间不能实现功率平衡，从而影响电力系统的稳定运行。为解决这一问题，可在系统中安装储能元件，系统电力充沛时储存能源，电力紧缺时释放电力，利用储能装置的有功出力填补风电场有功出力缺额，实现风电场出力与负荷间的有功功率平衡。

目前，储能技术取得比较大的发展，各类储能装置的充放电特性已被充分认知，大容量的储能装置已经投入工业试运行；统筹风电、太阳能光伏、储能装置和负荷的微网技术研究已经达到实用化阶段。可以肯定地说，储能技术将在智能电网中得到更为广泛的应用。本文将着重介绍各类大容量级先进电力储能装置的特点，并从技术、市场和价格等层面进行综合分析对比。

2储能装置概述

目前，储能技术主要有物理储能、电磁储能、电化学储存和变相储能等。其中物理储能主要包括飞轮储能、抽水蓄能、压缩空气储能等；电磁储能主要是超导储能；电化学储能主要包括蓄电池储能、超级电容储能、燃料电池储能等；变相储能主要有冰蓄冷储能等。

3储能装置比较

3.1飞轮储能

飞轮储能技术是一种机械储能方式，它以动能的形式存储能量，经过功率变换器，完成机械能-电能相互转换。它外部输入的电能通过电力电子装置驱动电动机旋转，电动机带动飞轮旋转，飞轮将电能储存为机械能；当外部负载需要能量时，飞轮带动发电机旋转，将动能变换为电能，并通过电力电子装置对输出电能进行控制。飞轮储能功率密度一般大于5kW/kg，能量密度超过20Wh/kg，循环使用寿命长，工作温区较宽，无噪声，无污染，最大容量已达5kW·h。主要用于不间断电源（UPS）、应急电源（EPS）、电网调峰、频率和电能质量控制，预计未来将首先在电力调节、UPS等领域实现商业应用。

从性能角度讲，飞轮储能优势在于：

（1）储能密度高。转子转速大于60000r/min的飞轮电池，在75%放电深度下产生大于20Whr/lb的比能量，而镍氢电池只有5～6Whr/lb的比能量，其放电深度一般限制30～40%的范围内。同样的储能容量下，飞轮储能的占地面积往往只有电池的1/3。

（2）使用寿命长。国外产品经过不断地更新和提高性能，寿命已经达到可充放电15年、10万次以上。

（3）无过充电、过放电问题。化学电池一般不能深度放电，也不能过充电，否则其寿命会急剧下降。而飞轮电池在深度放电时，其性能完全不受影响，而且在电力电子协助下，可以通过限制转子的最高转速来限制过充电。而且容易测量放电深度。飞轮电池只要测出转子的转速，就能确切知道其放电深度。

（4）充电时间短。飞轮电池的充电一般在几分钟之内即可完成，而化学电池则需要几个小时，常见的需要七八个小时。

（5）对温度不敏感。化学电池在高温或低温时其性能会急剧下降，而飞轮电池则不会。

（6）对环境友好。化学电池在报废后会对环境产生恶劣影响，而且回收成本较高。飞轮电池是一种绿色电池，它不会对环境产生任何影响。

飞轮储能最突出的缺点在于自放电率高，如停止充电，能量在几到几十个小时内就会自行耗尽。因此，飞轮储能一般适用于高功率、短时间放电或频繁充放电的储能需求。

从市场角度讲，飞轮储能技术思想在上世纪50年代即被提出后，由于当时各种技术条件限制，在发展不久即遇到瓶颈。直到上世纪90年代，随着新材料技术、超导技术、磁悬浮技术、电子电力技术的发展，以及能源意识、环保意识的增强，飞轮储能技术才得以高速发展。全世界范围内能提供商品的厂家约有十余家，而目前我国的大规模飞轮储能技术还停留在实验室研究阶段，与国外技术水平差距在10年以上。

3.2超级电容储能

普通电容器由于储存能量过小，未能用作电力系统中的储能装置。超级电容器根据电化学双电层理论研制而成，可提供强大的脉冲功率，充电速度快，放电电流仅受内阻和发热限制，能量转换率高，循环使用寿命长，放电深度深，长期使用免维护，低温特性好，没有“记忆效应”，它的储存容量为普通电容器的20～1000倍。

从性能方面讲，超级电容的优点在于：在很小的体积下达到法拉级的电容量；可以瞬间释放的功率比普通电池高近十倍，而且不会损坏；充放电循环寿命在十万次以上，远高于一般蓄电池；充电迅速，比普通电池快几十倍；和电池相比过充、过放都不对其寿命构成负面影响；有超强的荷电保持能力，漏电量非常小；温度适应范围广，在较低温度下仍可正常工作；从环保的角度考虑，它是一种绿色能源；超级电容器可焊接，因而不存在像电池接触不牢固等问题。

超级电容的缺点在于：如果使用不当会造成电解质泄漏等现象；和铝电解电容器相比，它内阻较大，因而不可以用于交流电路；更重要的是，虽然超级电容其容量远远大于一般电容，但相比于技术成熟的蓄电池仍然很小，而且所占的体积也更大，因而储能密度远不如蓄电池。

从市场方面讲，目前超级电容器在市面上远没有其它电池那么常见，超级电容器更多的是被用于成品的配件使用，购买方式主要还是批量定制为主。根据国内知名超级电容生产厂商提供的产品数据来看，目前市场上可大量采购的高能量型超级电容额定电压一般为2.7V，容量最大可达到数千至一万法拉，价格一般在每只数百元上下。

以此为例进行大致估算：该型号超级电容额定电压为2.7V，容量为5000F，利用电容最大能量公式计算E=1CU2，得

摘要：目前储能技术取得比较大的发展，各类储能装置的充放电特性已被充分认知，大容量的储能装置已经投入工业试运行。介绍了

各类大容量级先进电力储能装置的特点，并从技术、市场和价格等方面进行分析对比。

关键词：储能装置；储能技术；市场；价格

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广东科技2012.10.第19期