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储能方式及应用现状发展概述

2015-09-11 14:42      点击:





    储能技术是指利用设备或介质将一种能量形式通过物理或化学的方法以另一种或同一种能量形式存储起来,并能根据实际应用需要再将存储的能量以特定能量形式释放出来的循环过程。近几十年,储能技术在能源、电力、交通、电讯等方面的应用得到快速发展,但不同的储能方式各自具有不同的技术特点,其实际应用场合及发展程度也不同。

 

(1)储能方式及应用现状

在目前已开发的几种储能方式中,若根据技术类型划分,储能技术主要可分为电化学储能、电磁储能、物理储能以及相变储能等,其中电化学储能主要包括铅酸蓄电池、锂离子电池(Lithium-ion battery, Li-ion)、镍镉电池(Nickel-cadmium battery,Ni-Cd)、钠硫电池(Sodium-sulphur battery, NaS)、液流电池(Vanadium Redox flowBattery,VRB)等;电磁储能主要有超级电容器储能(Supercapacitor Energy Storage,SES)、超导储能(Superconducting Magnetic Energy Storage,SMES)、高能密度电容储能等;物理储能主要有压缩空气储能(CompressedAir Energy Storage,CAES)、抽水储能(Pumped Hydro Storage,PHS)和飞轮储能(Flywheels Energy Storage,FES);相变储能主要有冰蓄冷储能等。此外,若按照功能划分,又可分为功率型和能量型两种,前者主要用于改善电网的电能质量、提供快速功率支撑等,后者主要用于电网能量的存储,在电网运行过程中实现能量平衡。
 

近年来,由于电力用户对储能系统需求的快速增长,储能技术的研究和应用一直受到世界各国的重视,并得到了较快发展,但储能技术的总装机容量依然很小,尤其是具有发展潜力的电池储能还处于起步阶段,其开发与应用前景十分广阔。据有关统计数据分析显示,截止 2010 年,全球电力储能系统装机容量超过 125GW,约占全球电力总装机容量的 3%:其中抽水储能约为 123GW,占电池储能总装机容量的 98%,而日本和美国列前两位,装机容量分别为 23GW、22GW;其他包括冰蓄冷储能为 1002MW、压缩空气储能为 440MW、电池储能为 451MW、飞轮储能及其他储能为 237MW,分别占储能总装机容量的 0.8%、0.35%、0.36%、0.19%;此外,全球电力储能产业年均增长 9%左右,远高于全球电力 2.5%的增长率,而电池储能和飞轮储能是近两年发展最快的两种储能方式。随着电力需求增大、可再生能源及智能电网的蓬勃发展,电池储能将成为世界各国重点发展的新兴产业。图 1-1为全球电力储能装机容量情况。

 

全球电力储能装机容量情况



    目前,我国储能技术的发展还处于初期阶段,其主要特征有:一是在几种储能方式中,抽水储能为主要储能方式且技术较成熟,其他储能方式还处于研究或示范阶段。根据有关数据统计显示,截止2010年底,我国电力储能总装机为16.3GW,约占我国电力总装机的 1.7%,占全球电力储能总装机的 13%,这其中 99%以上为抽水储能,占全球抽水储能装机容量的第三。二是我国储能技术起步晚,但发展迅速。在抽水储能方面,截止 2010 年底,我国在建抽水储能装机容量达 120GW,居世界第一,预计到 2020 年,其装机规模达到 500GW。关于压缩空气储能的研究,国内有关研究机构如华北电力大学、中科院工程热物理所、湘潭大学等取得了一定成果。在电池储能研究与应用方面: 2009 年 2 月,由中国科学院上海硅酸盐研究所与上海市电力公司合作建成我国第一条产能达 2MW 的钠硫电池中试生产线,2010 年 100kW/800kWh 的钠硫电站在上海世博园智能电网综合示范工程中投入;国家电网公司于 2010 年 12 月在张北的国家风光储输示范工程一期建成投产,其中储能容量为 20MW(液流电池为 2MW,其余为锂电池);2011 年 1 月,南方电网公司在深圳的宝清储能站一期(5MW)工程的第一个 1MW 成功并网,截至 2011 年 6月已有 4MW*4h(锂电池)投入试运行。三是国家政策的大力支持。2011 年 12 月,国家能源局正式发布《国家能源科技“十二五”规划(2011-2015)》,规划中明确将间歇式电源并网及储能技术作为 5 大能源应用技术和工程重大专项之一,为我国储能技术的发展奠定了坚实基础。
 

(2)典型储能方式的特性及适用场合

由于不同储能方式在额定功率、效率及寿命、持续放电时间、技术成熟度等方面各自具有不同特性,因此其潜在适用场合也不同。图 1-1 对比了几种典型储能方式的特性及其潜在应用场合。可以看出,抽水储能和压缩空气储能两种储能方式比较适合 100MW 及其以上的超大规模储能,但对场地要求比较高、依赖地理环境;飞轮储能和超导储能两种储能方式放电响应速度快、单位时间内放电功率大,但存储时间有限,比较适合快速电能质量控制,也可根据具体应用场合与电池储能配合使用;超级电容器储能优势明显但成本高,且储能容量有限,目前多用于电动汽车储能,有待进一步发展;锂离子、液流、钠硫等电池储能方式因其额定功率容量较大、放电响应时间短、对场地要求低、寿命及效率相对高等优点,可适宜于不同应用场合,具有巨大的发展前景和应用潜力,将是今后大容量储能技术重要发展方向之一。
 

表1-1几种典型储能方式的技术特性对比