现有的储能发电方式

部分2：现有的储能发电方式

作为智能电网发展的重要环节的储能技术，是智能电网关键的支撑技术之一。新能源、可再生能源的不断发展给储能技术带来了新的机遇。我国目前在储能产业发展的前景是：抽水储能型电站将进入高峰期，应用于智能电网的储能技术将飞速发展。

1、抽水蓄能系统

在电力系统中发展得最为成熟，且应用也最为广泛的电力储能是抽水储能。抽水蓄能型发电站是利用两个不同水位的水库，即上游、下游两个水库，也称上池、下池，在谷负荷时，抽水蓄能设备处于电动机工作状态，将下池中的水抽至上池保存，在峰负荷时，抽水储能设备处于发电机工作状态，利用储存在上池中的水进行发电。抽水储能电站可根据任意容量进行改造，其最大的储能特点是储存能量很大，同时释放的时间可以几个小时到几天，且综合效率在70%到80%。但是抽水储能型电站需要的一次性投入的费用很大，且受到地形的制约，当电站距离用电区域较远时输电损失会比较大。

日、美、西欧等国家和地区在20 世纪60～70 年代进入抽水蓄能电站建设的高峰期。到目前为止，美国和西欧经济发达国家抽水储能机组容量占世界抽水蓄能电站总装机容量55％以上，其中美国约占3％，日本则超过了10％。未来抽水蓄能电站的重点将着眼于运行的可靠性和稳定性，在水头变幅不大和供电质量要求较高的情况下使用连续调速机组，实现自动频率控制。提高机电设备可靠性和自动化水平，建立统一调度机制以推广集中监控和无人化管理，并结合各国国情开展海水和地下式抽水蓄能电站关键技术的研究。

2、压缩空气储能系统

压缩空气储能电站（CAES）是一种调峰用燃气轮机发电厂，主要是利用压缩空气储能系统进行储能发电。该系统主要分为两部分，即充气压缩循环系统和排气膨胀循环系统。在夜间电网负荷低谷时，利用剩余电力，将电动机-发电机组作为电动机进行工作，驱动空气压缩机将空气进行压缩并储存在空气储存密封设施中；在白天的负荷高峰时，电动机-发电机组作为发电机进行工作，将储存的压缩空气经过回热器预热后，再与燃料在燃烧室内进行混合燃烧后，进入排气膨胀系统进行发电。压缩空气储能发电站的建设投入和发电成本都低于抽水储能型发电站，但是因其能量密度很低，所以对地质结构有特殊要求，建设会受到地形的制约。CAES 储气库漏气开裂可能性极小，安全系数高，寿命长。压缩空气蓄能发电系统的关键是气室的密封性、经济性、可靠性等。

世界上第一座商业运行的CAES 是1978 年投入运行的德国Huntorf电站，目前仍在运行中。机组的压缩机功率为60 MW，释能输出功率为290MW，系统将压缩空气存储在地下600 m 的废弃矿洞中。机组可连续充气8 h，连续发电2 h。1991 年投入商业运行的美国Alabama 州Mclntosh的CAES，其地下储气洞穴在地下450 m，压缩机组功率为50MW，发电功率为110 MW，可以实现连续41 h 空气压缩和26 h 发电。另外日本、意大利、以色列等国也分别有CAES 正在建设过程中。我国对压缩空气储能系统的研发起步较晚，但对压缩空气储能系统的研究，逐渐受到相关科研院所、电力企业和政府部门的重视。

3、飞轮储能系统

飞轮储能系统由高速飞轮、轴承支撑系统、电动机/ 发电机、功率变换器、电子控制系统和真空泵、紧急备用轴承等附加设备组成。谷值负荷时，飞轮储能系统由工频电网提供电能，带动飞轮高速旋转，以动能的形式储存能量，完成电能- 机械能的转换过程；出现峰值负荷时，高速旋转的飞轮作为原动机拖动电机发电，经功率变换器输出电流和电压，完成机械能- 电能转换的释放能量过程。飞轮储能功率密度大于 5 kW/kg，能量密度超过20 （W·h）/kg，效率在90％以上，循环使用寿命长达20 年，工作温区为-40～50℃，无污染，维护简单，可连续工作，积木式组合后可以实现MW 级，主要用于不间断电源（UPS）/ 应急电源（EPS）、电网调峰和频率控制。

近年来，一些新技术和新材料的应用，使飞轮储能技术取得了突破性进展，例如: 磁悬浮技术、真空技术、高性能永磁技术和高温超导技术的发展，极大地降低了机械轴承摩擦与风阻损耗; 高强度纤维复合材料的应用，飞轮允许线速度大幅提高，大大增加了单位质量的动能储量; 电力电子技术的飞速发展，使飞轮储存的能量交换更为灵活高效。因此，飞轮储能也被认为是近期最有竞争力的储能技术之一。

4、超导磁储能系统

超导磁储能系统（SMES）超导储能系统（SMES）是利用超导线圈将电磁能直接储存起来，需要时再将电磁能返回电网或其他负载的一种电力设施，它是一种新型高效的蓄能技术。超导蓄能系统主要由电感很大的超导蓄能线圈、使线圈保持在临界温度以下的氦制冷器和交直流变流装置构成。当储存电能时，将发电机组（如风力发电机）的交流电，经过交- 直流变流器整流成直流电，激励超导线圈。发电时，直流电经逆变器装置变为交流电输出，供应电力负荷或直接接入电力系统。由于采用了电力电子装置，这种转换非常简便，转换效率高（≥96％）、响应极快（毫秒级），并且比容量（1～10 （W·h）/kg）、比功率（104～105kW/kg）大，可以实现与电力系统的实时大容量能量交换和功率补偿。它的储能效率高达90％以上，远高于其他储能技术。

和其他储能技术相比，超导磁储能仍很昂贵，除了超导本身的费用外，维持系统低温导致维修频率提高以及产生的费用也相当可观。目前，在世界范围内有许多超导磁储能工程正在进行或者处于研制阶段。

现世界上1～5 MJ/MW 低温SMES 装置已形成产品，100 MJ SMES 已投入高压输电网中实际运行，5GW·h SMES 已通过可行性分析和技术论证。

SMES 的发展重点在于基于高温超导涂层导体研发适于液氮温区运行的MJ 级系统，解决高场磁体绕组力学支撑问题，并与柔性输电技术相结合，进一步降低投资和运行成本，结合实际系统探讨分布式SMES 及其有效控制和保护策略。SMES 在美国、日本、欧洲一些国家的电力系统已得到初步应用，在维持电网稳定、提高输电能力和用户电能质量等方面发挥了极其重要的作用。

5、超级电容器

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，充电时处于理想极化状态的电极表面，电荷将吸引周围电解质溶液中的异性离子，使其附于电极表面，形成双电荷层，构成双电层电容。超级电容器的电荷储存发生在电极/ 电解质形成的双电层上以及在电极表面进行欠电位沉积、电化学吸附、脱附和氧化还原产生的电荷的迁移。与传统的电容器和