储能是通过物理或化学手段将电、热等形式的能量储存起来,在出现用能需求时释放的过程。目前储能技术主要分为以下三大类型:
一、机械储能
机械储能是将能量转化为机械运动,通过机械装置储存能量并在需要时释放的技术。主要包括以下几种:
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抽水蓄能:在电网低谷负荷时将下池的水抽回上池并蓄积起来进行储能,在高峰负荷时将上池的水回流到下池并推动水轮发电机发电。抽水蓄能的技术优势是规模大、能量储存集中、能量释放持续时间较长,负荷响应速度快、调节能力好,所需设备通用、设计建造工艺成熟。抽水蓄能电站具有调峰、填谷、调频、调相、储能、事故备用和黑启动等功能,是现代智能电网、新型电力系统的重要支撑。但其劣势是电站建设受地理位置、地形限制,对水资源依赖度高,建设周期长,投资回报期长。
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压缩空气储能:在电网低谷负荷时用电能压缩空气,将高压空气密封在沉降于海底的储气罐、山洞、报废矿井、过期油气井或新建储气井中,在高峰负荷时释放压缩空气,推动汽轮机发电。压缩空气储能具有储能容量较大、储能周期长、效率高和投资相对较小等优点。
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飞轮储能:利用电动机带动飞轮高速旋转,将电能转化为动能并储存起来,在需要的时候用飞轮带动发电机发电,将动能转化为电能。飞轮储能具有功率密度高、效率高、寿命长和无污染等优势,适用于大功率、快响应、高频次场景。但其主要劣势是连续放电时间短,一般为15秒至15分钟。
二、电磁储能
电磁储能是将电能转化为磁能并储存起来,在需要时将磁能转化为电能的技术。主要包括以下几种:
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超导储能:一种无须经过能量转化而可以直接储存电能的方式。当将电流导入由超导体制成的电感线圈时,因为超导体在一定的温度下电阻为零,所以电流可以无损失地不断循环,直到导出。超导储能的优点包括储存能量高,一次储能既可长期无损耗地保存,又可瞬时放出;装置体积小,不需要送变电设备,送变电损耗变小,能量转化效率可达95%。但其缺点是超导体需要在液氦或液氮环境下保持低温恒温,因此运行及维护成本很高。
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超级电容器储能:电容器是实现磁能与电能转化的关键部件,电容器用于储存电荷,在需要时将电荷转化为电能并释放。超级电容器又称双电层电容器或电化学电容器,它是介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置,极大的容量使其既有电容器快速充放电的特性,又有电池的储能特性。超级电容器可提供超大电流,可循环使用10万次以上。其优点是在每个存放电周期的平均成本低,启动效率、可靠性、经济性都优于传统的蓄电池。
三、化学储能
化学储能是通过化学反应将能量转化为电能,储存在电池中,并在需要时释放的技术。主要包括以下几种:
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铅酸电池:电极由铅及其氧化物制成,电解液是硫酸溶液的蓄电池。铅酸电池在放电状态下,正极主要成分为二氧化铅,负极主要成分为铅;在充电状态下,正负极的主要成分均为硫酸铅。铅酸电池目前储能容量已达20MW,在电力系统正常运行时为断路器提供合闸电源,在发电厂、变电所供电中断时发挥独立电源的作用,为继电保护装置、拖动电机、通信、事故照明提供动力。但其循环寿命较短,且在制造过程中存在一定环境污染。
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锂离子电池:将两种不同的能够可逆地插入及脱出锂离子的嵌锂化合物分别作为电池正极和负极的二次电池,其采用非水电解液,并将锂金属或锂合金作为负极。锂离子电池兼具高比能量和高比功率的显著优势,被认为是最具发展潜力的动力电池体系,适合每天充放电。
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钠硫电池:一种由液态钠和硫构成的熔盐电池。钠硫电池的能量密度是铅酸电池的5倍;充放电效率高,几乎达到100%;循环寿命超过100次;采用廉价无毒材料。但其不足之处是工作温度为30~350℃,需要采用高性能的真空绝热技术实现工作时的保温。
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液流电池:通过正、负极电解液活性物质发生可逆氧化还原反应,实现电能和化学能转化的高性能蓄电池。液流电池正负极电解液分开储存在电池外部的储罐中,各自循环,通过泵和管路输送到电池内部进行反应。液流电池最显著的特点是可规模化蓄电,可以用作太阳能、风能发电的配套储能装置,也可用于电网调峰。
除了上述三种主要类型外,还有一些其他形式的储能技术,如热储能和氢储能等。热储能以储热材料为媒介,将由电能转化的热能及太阳能光热、地热、工业余热、低品位余热等储存起来,在需要的时候释放。而氢储能是一种清洁、高效、可持续的无碳储能技术,具有能量密度高、运行维护成本低、储存时间长、无污染、环境兼容性好等优点。
总的来说,各种储能技术都有其独特的优势和适用场景,未来随着技术的不断进步和成本的降低,储能技术将在能源领域发挥更加重要的作用。