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国内外飞轮储能技术发展现状分析

2012-09-19 10:02
seele_jin
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  传统能源的日益匮乏和环境日趋恶化,极大地促进了新能源的发展,新能源发电的规模也快速攀升。但风电、太阳能发电自身所固有的随机性、间歇性特征,决定了其规模化发展必然会对电网调峰和系统安全运行带来显著影响,必须要有先进的储能技术作支撑。国外有关研究表明,如果风电装机占装机总量的比例在10%以内,依靠传统电网技术以及增加水电、燃气机组等手段基本可以保证电网安全;但如果所占比例达到20%甚至更高,电网的调峰能力和安全运行将面临巨大挑战。储能技术在很大程度上解决了新能源发电的随机性、波动性问题,可以实现新能源发电的平滑输出,能有效调节新能源发电引起的电网电压、频率及相位的变化,使大规模风电及太阳能发电方便可靠地并入常规电网。

  中国新能源大发展在即,对储能产业有更急迫的现实需求。预计到2020年风电和太阳能发电装机会突破1.7亿千瓦,占全国发电装机总量的比例会超过15%。但由于目前我国电力系统煤电比例较高,在部分地区又主要是调峰能力差的供热机组,核电发展很快但却不能参与调峰,水电、燃气发电等调峰性能优越的电源所占比例过低,导致现有电力系统接纳新能源的能力很弱。再加上我国能源资源所在地多远离负荷地,不得不实施风电、光电的“大规模集中开发、远距离输送”,这更进一步加大了电网运行和控制风险。随着国内新能源发电规模的快速扩大,电网与新能源的矛盾越来越突出,对储能的需求更为迫切。

  大容量储能还可提高能源利用效率,为国家节约巨额投资。为应对城市尖峰负荷,电力系统每年都要新增大量投资用于电网和电源后备容量建设,但利用率却非常低。以上海为例,2004—2006年间,为解决全市每年只有183.25小时的尖峰负荷,仅对电网侧的投资每年就超过200亿元,而为此形成的输配电能力的年平均利用率不到2%。同样是为了应对尖峰负荷,转而采用大容量储能技术,不仅投资会成倍减少,而且由于储能设施占地少、无排放,其节地、节能、减排的效果是其他调峰措施无法比拟的。

  大容量储能技术呈多元化发展

  全球储能技术主要有化学储能(如钠硫电池、液流电池、铅酸电池、镍镉电池、超级电容器等)、物理储能(如抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等)和电磁储能(如超导电磁储能等)三大类。目前技术进步最快的是化学储能,其中钠硫、液流及锂离子电池技术在安全性、能量转换效率和经济性等方面取得重大突破,产业化应用的条件日趋成熟。钠硫电池的充电效率已可达到80%,能量密度是铅酸蓄电池的3倍,循环寿命更长。日本在此项技术上处于国际领先地位,2004年日本在本国Hitachi自动化工厂安装了当时世界上最大的钠硫电池系统,容量是9.6MW/57.6MWh。液流钒电池的基础材料是钒,该电池具有能量效率高、蓄电容量大、能够100%深度放电、寿命长等优点,已进入商业化阶段。锂离子电池的基础材料是锂,已开始在电动自行车、电动汽车等领域应用,近年来由于磷酸亚铁锂、纳米磷酸铁锂等新材料的开发与应用,大大改善了锂离子电池的安全性能和循环寿命,大容量锂电池储能电站正逐渐兴起。

  物理储能中最成熟也是世界应用最普遍的是抽水蓄能,主要用于电力系统的调峰、填谷、调频、调相、紧急事故备用等。其能量转换效率在70%—75%左右。目前世界范围内抽水蓄能电站总装机容量9000万千瓦,约占全球发电装机容量的3%。压缩空气技术早在1978年就实现了应用,但由于受地形、地质条件制约,没有大规模推广。飞轮蓄能的特点是寿命长、无污染,动态特性好,但超大容量的飞轮,目前技术尚不成熟。电磁储能技术现在仍很昂贵,还没有商业化。

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