現(xiàn)在有哪些新型電網儲能方式？空氣壓縮儲能和抽水儲能基本途徑是什么？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-04-14 16:28
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任何時刻，只要您插上插座，按下開關，電燈、個人計算機或是微波爐等電器就會立刻開始為您工作。如此便捷的使用，很大程度上依賴于穩(wěn)定的電網。
電網可以理解為一個龐大復雜的機器。通過對內部的動態(tài)調整，電網可迅速實現(xiàn)風電站與太陽能電站等能量輸入與用戶能量消耗的平衡。目前，風能、太陽能等可再生能源電站已開始普遍接入電網，但這些可再生能源電站的工作狀態(tài)受環(huán)境影響較大，如風電站發(fā)電量受當地風速影響，太陽能電站發(fā)電量受當地光照影響，輸入電網的電能存在波動；同時，用戶消耗的電能亦存在峰頂和峰谷。為了保證電網的正常運轉，電網需將多余的電能進行儲存，并在電能供給不足時將儲存的電能釋放出來。目前，電網可以儲存大約2%的電能，隨著未來更多可再生能源電站的上網發(fā)電，電網需要更高的能量儲存能力。美國加利福尼亞州已要求，到2020年電網的儲能能力要增加1325兆瓦。
科學家與企業(yè)家已經開始全力尋找新型的、更好的電網儲能技術，他們測試新技術，改進舊技術，著力提高電網的儲能能力并降低成本。美國阿貢國家實驗室能量儲存聯(lián)合研究中心的執(zhí)行主任杰夫·張伯倫說：“這些技術將面臨激烈的競爭與殘酷的淘汰，那將會是一場新技術的大血拼。”
1
空氣壓縮儲能
基本途徑：當電網能量需求較低時，利用富裕的電能驅動電機或空氣壓縮機，將空氣壓縮后儲存在地下的腔室內（洞穴、廢棄礦井等）。稍后釋放壓縮空氣，氣體膨脹驅動渦輪機工作發(fā)電，補充電網能量。
壓縮空氣儲能不是象電池儲能那樣的簡單儲能系統(tǒng)，它是一種調峰用燃氣輪機發(fā)電廠，對于同樣的電力輸出，它所消耗的燃氣要比常規(guī)燃氣輪機少40%。這是因為，常規(guī)燃氣輪機在發(fā)電時大約需要消耗輸入燃料的2/3進行空氣的壓縮，而CAES則可利用電網負荷低谷時的廉價電能預先壓縮空氣，然后根據需要釋放儲存的能量加上一些燃氣進行發(fā)電。壓縮空氣常常儲存在合適的地下礦井或者溶巖下的洞穴中。通過溶巖建造這樣的洞穴大約需要1年半到兩年的時間。
第一個投入商用運行的CAES是1978年建于德國Hundorf的一臺290MW機組。美國1991年在Alabama的McIntosh建成了第二臺商用CAES，機組功率為110MW，整個建設耗時30個月，耗資6500萬美元，這臺機組能夠在14min之內并網。第三臺商業(yè)運行CAES，也是目前世界上最大容量的CAES，計劃建在Ohio州的Norton，整個電站裝機容量為2700MW，共有9臺機組，壓縮空氣儲存在一個現(xiàn)有的位于地下2200ft深的石灰石礦井里。
優(yōu)點：該技術已經運用在采礦等行業(yè)數十年，同時，該技術非常經濟且不涉及任何有毒有害物質。
缺點：需要適當的氣體儲藏空間。2
高速飛輪儲能
大多數現(xiàn)代飛輪儲能系統(tǒng)都是由一個圓柱形旋轉質量塊和通過磁懸浮軸承組成的支撐機構組成。采用磁懸浮軸承的目的是消除摩擦損耗，提高系統(tǒng)的壽命。為了保證足夠高的儲能效率，飛輪系統(tǒng)應該運行于真空度較高的環(huán)境中，以減少風阻損耗。飛輪與電動機或者發(fā)電機相連，通過某種形式的電力電子裝置，可進行飛輪轉速的調節(jié)，實現(xiàn)儲能裝置與電網之間的功率交換。
飛輪儲能的一個突出優(yōu)點就是幾乎不需要運行維護、設備壽命長(20年或者數萬次深度充放能量過程)且對環(huán)境沒有不良的影響。飛輪具有優(yōu)秀的循環(huán)使用以及負荷跟蹤性能，它可以用于那些在時間和容量方面介于短時儲能應用和長時間儲能應用之間的應用場合。
在實現(xiàn)飛輪儲能裝置時，可采用固體鋼結構飛輪，也可采用復合材料飛輪，具體采用何種飛輪需要進行經濟技術比較，在系統(tǒng)成本、重量、尺寸以及材料性能等指標之間進行折衷。采用高密度鋼材料，其邊緣線速度可達200～375m/s，而采用重量更輕、強度更高的復合材料，其邊緣線速度可達600～1000m/s。飛輪實際可輸出的能量取決于其速度變化范圍，它不可能在很低的轉速下輸出額定功率。
目前，已經開發(fā)出大功率飛輪儲能系統(tǒng)，并應用于航空以及UPS領域。以BeaconPower為領先水平的研究機構正在致力于飛輪儲能的優(yōu)化設計，以便將其用于長過程儲能服務(多達幾個小時)，同時降低其商用成本。目前已有2kW/6kW?h的飛輪儲能系統(tǒng)用于通信設備供電，采用飛輪組(FlywheelFarmApproach)可以實現(xiàn)輸出功率為兆瓦級、持續(xù)時間為數分鐘或者數小時的儲能裝置。
基本途徑：當電網能量需求較低時，利用富裕的電能加速飛輪轉子，飛輪系統(tǒng)保持真空狀態(tài)并使用磁懸軸承，從而降低體系能量的摩擦損耗。當電網需求增加時，飛輪的動能將轉換為電能。
優(yōu)點：極快速地響應電網能量需求變化。
缺點：能量儲存大約持續(xù)15分鐘，適用于電網的短時能量波動。
3
抽水儲能
抽水蓄能電站在應用時必須配備上、下游兩個水庫。在負荷低谷時段，抽水儲能設備工作在電動機狀態(tài)，將下游水庫的水抽到上游水庫保存。在負荷高峰時，抽水儲能設備工作于發(fā)電機的狀態(tài)，利用儲存在上游水庫中的水發(fā)電。一些高壩水電站具有儲水容量，可以將其用作抽水蓄能電站進行電力調度。利用礦井或者其他洞穴實現(xiàn)地下抽水儲能在技術上也是可行的，海洋有時也可以當作下游水庫用，1999年日本建成了第一座利用海水的抽水蓄能電站。
抽水儲能最早于19世紀90年代在意大利和瑞士得到應用，1933年出現(xiàn)了可逆機組(包括泵水輪機和電動與發(fā)電機)，現(xiàn)在出現(xiàn)了轉速可調機組以提高能量的效率。抽水蓄能電站可以按照任意容量建造，儲存能量的釋放時間可以從幾小時到幾天，其效率在70%至85%之間。
抽水儲能是在電力系統(tǒng)中得到最為廣泛應用的一種儲能技術，其主要應用領域包括能量管理、頻率控制以及提供系統(tǒng)的備用容量。目前，全世界共有超過90GW的抽水儲能機組投入運行，約占全球總裝機容量的3%。限制抽水蓄能電站更廣泛應用的一個重要制約因素是建設工期長，工程投資較大。
基本途徑：當電網能量需求較低時，利用富裕的電能將大量的水從低處抽至高處。當電網需求增加時，釋放高處的水以驅動渦輪機發(fā)電，補充電網能量。目前，95%的電網儲能是利用抽水儲能方式實現(xiàn)。
優(yōu)點：可儲存大量能量（一個直徑1000米、深25米的蓄水器可儲存10000兆瓦時電能），儲存時間可超過50年。
缺點：所需的空間巨大，能量儲存密度低。4
車輛－電網儲能
基本途徑：可將電動汽車等當作電網等備份電池組。當電網能量需求較低時（如夜間），將電網能量儲存在汽車電池組中；當電網處于用電峰值時，將儲存的電能輸回至電網。
優(yōu)點：運用范圍廣，只要有停車場與相應的插頭。車主可根據相關規(guī)定，獲得一定的經濟補償。
缺點：頻繁的充電與放電會減少電池的壽命。當將電能輸回至電網時有可能耗盡電池電量，因此，在使用車輛前可能需要繼續(xù)充電，浪費車主的時間。
5鐵路能量儲存
基本途徑：當電網能量需求較低時，利用富裕的電能驅動裝載了重物的電力機車沿鐵軌爬坡。當電網需求增加時，機車沿鐵軌滑下帶動制動系統(tǒng)發(fā)電。坡越陡，能量儲存效果越好。
優(yōu)點：可迅速給電網補充大量電能。該方法技術上可行，在美國加利福尼亞州、內華達州附近正計劃建成一個50兆瓦級儲能系統(tǒng)。
缺點：地形要求嚴格且占地面積大，只適用于偏遠地區(qū)。
6固體電池
基本途徑：當電網能量需求較低時，利用固體電池儲存能量；當電網能量需求高時，電池對電網放電。
優(yōu)點：固體電池的發(fā)展已超過200年，近年來隨著材料科學與化學的發(fā)展，鋰離子電池等新型電池具有更優(yōu)秀的儲能能力，并可以運用于多種環(huán)境。
缺點：價格較高，儲能能力有限，同時還具有一定的安全隱患，如火災等。
7流體電池
基本途徑：流體電池與固體電池類似，但由于使用大的液態(tài)電解質儲存箱，流體電池可儲存的能量遠大于固體電池。
優(yōu)點：可快速向電網補充大量電能。
缺點：占地面積較大，所使用的液態(tài)電解質如果泄漏會造成環(huán)境污染。
8融鹽儲能
基本途徑：當電網能量需求較低時，使用聚光鏡將日光聚焦后反射至融鹽存儲罐中，加熱罐中融鹽至538℃以上。當電網能量需求增加時，利用高溫的融鹽加入水產生蒸汽推動汽輪機發(fā)電。
優(yōu)點：融鹽儲能已運用在大規(guī)模太陽能電池電站中。
缺點：儲箱占據大量空間。
9熱儲能
基本途徑：當電網能量需求較低時，利用富裕的電能將水冷卻并將冷卻后的水儲存在房頂或室內的水箱中。在用電高峰，冷卻的水可用來給室內降溫，從而減少對電網能量的需求。
優(yōu)點：最廉價、最簡潔的儲能方式。
缺點：對建筑物等的冷卻僅在夏季有效。
電網可以理解為一個龐大復雜的機器。通過對內部的動態(tài)調整，電網可迅速實現(xiàn)風電站與太陽能電站等能量輸入與用戶能量消耗的平衡。目前，風能、太陽能等可再生能源電站已開始普遍接入電網，但這些可再生能源電站的工作狀態(tài)受環(huán)境影響較大，如風電站發(fā)電量受當地風速影響，太陽能電站發(fā)電量受當地光照影響，輸入電網的電能存在波動；同時，用戶消耗的電能亦存在峰頂和峰谷。為了保證電網的正常運轉，電網需將多余的電能進行儲存，并在電能供給不足時將儲存的電能釋放出來。目前，電網可以儲存大約2%的電能，隨著未來更多可再生能源電站的上網發(fā)電，電網需要更高的能量儲存能力。美國加利福尼亞州已要求，到2020年電網的儲能能力要增加1325兆瓦。
科學家與企業(yè)家已經開始全力尋找新型的、更好的電網儲能技術，他們測試新技術，改進舊技術，著力提高電網的儲能能力并降低成本。美國阿貢國家實驗室能量儲存聯(lián)合研究中心的執(zhí)行主任杰夫·張伯倫說：“這些技術將面臨激烈的競爭與殘酷的淘汰，那將會是一場新技術的大血拼。”
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空氣壓縮儲能
基本途徑：當電網能量需求較低時，利用富裕的電能驅動電機或空氣壓縮機，將空氣壓縮后儲存在地下的腔室內（洞穴、廢棄礦井等）。稍后釋放壓縮空氣，氣體膨脹驅動渦輪機工作發(fā)電，補充電網能量。
壓縮空氣儲能不是象電池儲能那樣的簡單儲能系統(tǒng)，它是一種調峰用燃氣輪機發(fā)電廠，對于同樣的電力輸出，它所消耗的燃氣要比常規(guī)燃氣輪機少40%。這是因為，常規(guī)燃氣輪機在發(fā)電時大約需要消耗輸入燃料的2/3進行空氣的壓縮，而CAES則可利用電網負荷低谷時的廉價電能預先壓縮空氣，然后根據需要釋放儲存的能量加上一些燃氣進行發(fā)電。壓縮空氣常常儲存在合適的地下礦井或者溶巖下的洞穴中。通過溶巖建造這樣的洞穴大約需要1年半到兩年的時間。
第一個投入商用運行的CAES是1978年建于德國Hundorf的一臺290MW機組。美國1991年在Alabama的McIntosh建成了第二臺商用CAES，機組功率為110MW，整個建設耗時30個月，耗資6500萬美元，這臺機組能夠在14min之內并網。第三臺商業(yè)運行CAES，也是目前世界上最大容量的CAES，計劃建在Ohio州的Norton，整個電站裝機容量為2700MW，共有9臺機組，壓縮空氣儲存在一個現(xiàn)有的位于地下2200ft深的石灰石礦井里。
優(yōu)點：該技術已經運用在采礦等行業(yè)數十年，同時，該技術非常經濟且不涉及任何有毒有害物質。
缺點：需要適當的氣體儲藏空間。2
高速飛輪儲能
大多數現(xiàn)代飛輪儲能系統(tǒng)都是由一個圓柱形旋轉質量塊和通過磁懸浮軸承組成的支撐機構組成。采用磁懸浮軸承的目的是消除摩擦損耗，提高系統(tǒng)的壽命。為了保證足夠高的儲能效率，飛輪系統(tǒng)應該運行于真空度較高的環(huán)境中，以減少風阻損耗。飛輪與電動機或者發(fā)電機相連，通過某種形式的電力電子裝置，可進行飛輪轉速的調節(jié)，實現(xiàn)儲能裝置與電網之間的功率交換。
飛輪儲能的一個突出優(yōu)點就是幾乎不需要運行維護、設備壽命長(20年或者數萬次深度充放能量過程)且對環(huán)境沒有不良的影響。飛輪具有優(yōu)秀的循環(huán)使用以及負荷跟蹤性能，它可以用于那些在時間和容量方面介于短時儲能應用和長時間儲能應用之間的應用場合。
在實現(xiàn)飛輪儲能裝置時，可采用固體鋼結構飛輪，也可采用復合材料飛輪，具體采用何種飛輪需要進行經濟技術比較，在系統(tǒng)成本、重量、尺寸以及材料性能等指標之間進行折衷。采用高密度鋼材料，其邊緣線速度可達200～375m/s，而采用重量更輕、強度更高的復合材料，其邊緣線速度可達600～1000m/s。飛輪實際可輸出的能量取決于其速度變化范圍，它不可能在很低的轉速下輸出額定功率。
目前，已經開發(fā)出大功率飛輪儲能系統(tǒng)，并應用于航空以及UPS領域。以BeaconPower為領先水平的研究機構正在致力于飛輪儲能的優(yōu)化設計，以便將其用于長過程儲能服務(多達幾個小時)，同時降低其商用成本。目前已有2kW/6kW?h的飛輪儲能系統(tǒng)用于通信設備供電，采用飛輪組(FlywheelFarmApproach)可以實現(xiàn)輸出功率為兆瓦級、持續(xù)時間為數分鐘或者數小時的儲能裝置。
基本途徑：當電網能量需求較低時，利用富裕的電能加速飛輪轉子，飛輪系統(tǒng)保持真空狀態(tài)并使用磁懸軸承，從而降低體系能量的摩擦損耗。當電網需求增加時，飛輪的動能將轉換為電能。
優(yōu)點：極快速地響應電網能量需求變化。
缺點：能量儲存大約持續(xù)15分鐘，適用于電網的短時能量波動。
3
抽水儲能
抽水蓄能電站在應用時必須配備上、下游兩個水庫。在負荷低谷時段，抽水儲能設備工作在電動機狀態(tài)，將下游水庫的水抽到上游水庫保存。在負荷高峰時，抽水儲能設備工作于發(fā)電機的狀態(tài)，利用儲存在上游水庫中的水發(fā)電。一些高壩水電站具有儲水容量，可以將其用作抽水蓄能電站進行電力調度。利用礦井或者其他洞穴實現(xiàn)地下抽水儲能在技術上也是可行的，海洋有時也可以當作下游水庫用，1999年日本建成了第一座利用海水的抽水蓄能電站。
抽水儲能最早于19世紀90年代在意大利和瑞士得到應用，1933年出現(xiàn)了可逆機組(包括泵水輪機和電動與發(fā)電機)，現(xiàn)在出現(xiàn)了轉速可調機組以提高能量的效率。抽水蓄能電站可以按照任意容量建造，儲存能量的釋放時間可以從幾小時到幾天，其效率在70%至85%之間。
抽水儲能是在電力系統(tǒng)中得到最為廣泛應用的一種儲能技術，其主要應用領域包括能量管理、頻率控制以及提供系統(tǒng)的備用容量。目前，全世界共有超過90GW的抽水儲能機組投入運行，約占全球總裝機容量的3%。限制抽水蓄能電站更廣泛應用的一個重要制約因素是建設工期長，工程投資較大。
基本途徑：當電網能量需求較低時，利用富裕的電能將大量的水從低處抽至高處。當電網需求增加時，釋放高處的水以驅動渦輪機發(fā)電，補充電網能量。目前，95%的電網儲能是利用抽水儲能方式實現(xiàn)。
優(yōu)點：可儲存大量能量（一個直徑1000米、深25米的蓄水器可儲存10000兆瓦時電能），儲存時間可超過50年。
缺點：所需的空間巨大，能量儲存密度低。4
車輛－電網儲能
基本途徑：可將電動汽車等當作電網等備份電池組。當電網能量需求較低時（如夜間），將電網能量儲存在汽車電池組中；當電網處于用電峰值時，將儲存的電能輸回至電網。
優(yōu)點：運用范圍廣，只要有停車場與相應的插頭。車主可根據相關規(guī)定，獲得一定的經濟補償。
缺點：頻繁的充電與放電會減少電池的壽命。當將電能輸回至電網時有可能耗盡電池電量，因此，在使用車輛前可能需要繼續(xù)充電，浪費車主的時間。
5鐵路能量儲存
基本途徑：當電網能量需求較低時，利用富裕的電能驅動裝載了重物的電力機車沿鐵軌爬坡。當電網需求增加時，機車沿鐵軌滑下帶動制動系統(tǒng)發(fā)電。坡越陡，能量儲存效果越好。
優(yōu)點：可迅速給電網補充大量電能。該方法技術上可行，在美國加利福尼亞州、內華達州附近正計劃建成一個50兆瓦級儲能系統(tǒng)。
缺點：地形要求嚴格且占地面積大，只適用于偏遠地區(qū)。
6固體電池
基本途徑：當電網能量需求較低時，利用固體電池儲存能量；當電網能量需求高時，電池對電網放電。
優(yōu)點：固體電池的發(fā)展已超過200年，近年來隨著材料科學與化學的發(fā)展，鋰離子電池等新型電池具有更優(yōu)秀的儲能能力，并可以運用于多種環(huán)境。
缺點：價格較高，儲能能力有限，同時還具有一定的安全隱患，如火災等。
7流體電池
基本途徑：流體電池與固體電池類似，但由于使用大的液態(tài)電解質儲存箱，流體電池可儲存的能量遠大于固體電池。
優(yōu)點：可快速向電網補充大量電能。
缺點：占地面積較大，所使用的液態(tài)電解質如果泄漏會造成環(huán)境污染。
8融鹽儲能
基本途徑：當電網能量需求較低時，使用聚光鏡將日光聚焦后反射至融鹽存儲罐中，加熱罐中融鹽至538℃以上。當電網能量需求增加時，利用高溫的融鹽加入水產生蒸汽推動汽輪機發(fā)電。
優(yōu)點：融鹽儲能已運用在大規(guī)模太陽能電池電站中。
缺點：儲箱占據大量空間。
9熱儲能
基本途徑：當電網能量需求較低時，利用富裕的電能將水冷卻并將冷卻后的水儲存在房頂或室內的水箱中。在用電高峰，冷卻的水可用來給室內降溫，從而減少對電網能量的需求。
優(yōu)點：最廉價、最簡潔的儲能方式。
缺點：對建筑物等的冷卻僅在夏季有效。
上海寶鄂實業(yè)有限公司擁有一支從事鋰電池多年、經驗豐富的研發(fā)團隊，我們時刻關注著鋰電池在各領域的最新發(fā)展和應用，并不斷為客戶研發(fā)出“先進、安全、穩(wěn)定”的鋰電池方案，提供包括18650鋰電池、26650鋰電池和鐵鋰電池等多種鋰電池服務。
