電力儲能是智能電網(wǎng)的重要支撐技術(shù)之一。通過在電力系統(tǒng)中增加存儲環(huán)節(jié)，使得“剛性”的電力系統(tǒng)變得更加“柔性”，通過儲能，能夠平抑大規(guī)模清潔能源發(fā)電接入電網(wǎng)帶來的波動性，提高電網(wǎng)運行的安全性、經(jīng)濟性和靈活性。同里綜合能源服務(wù)中心在能源生產(chǎn)側(cè)開展了預(yù)制艙式儲能、壓縮空氣儲能等項目，通過儲能技術(shù)實現(xiàn)清潔能源的綜合開發(fā)和高效利用。
什么是儲能
儲能技術(shù)是實現(xiàn)能量雙向流動的有效載體，是保障風(fēng)能、太陽能等清潔能源大規(guī)模發(fā)展和電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行的關(guān)鍵技術(shù)。以太陽能光伏發(fā)電為例，往往在中午發(fā)電功率最高，但是在中午，用電需求并不高，這時如果沒有儲能，光伏發(fā)電就將白白浪費。采用了儲能以后，就可以把這個時候不用的光伏發(fā)電量儲存起來，等到用電高峰如晚上七八點鐘，再把電量釋放出來，實現(xiàn)光伏資源的最大化利用，提高可再生能源的利用水平。
按照儲能載體技術(shù)類型，大規(guī)模儲能技術(shù)可分為機械類儲能(抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能)、電氣類儲能(超導(dǎo)磁儲能、超級電容器儲能等)、電化學(xué)儲能(高溫鈉系電池、液流電池、鉛碳電池、鋰離子電池等)、熱儲能(儲冷技術(shù)、化學(xué)儲熱技術(shù)等)、化學(xué)類儲能等。
超大型“充電寶”預(yù)制艙式混合儲能系統(tǒng)
預(yù)制艙式儲能系統(tǒng)由兩套混合儲能系統(tǒng)組成。一套含20千瓦×15秒超級電容儲能和200千瓦×2小時鋰電池(可用電池容量為400千瓦時)，通過±375伏直流母線接入系統(tǒng);另一套含80千瓦×15秒超級電容儲能和400千瓦×2小時鋰電池(可用電池容量為800千瓦時)，通過±750伏直流母線接入系統(tǒng)。
在系統(tǒng)設(shè)計時，通過技術(shù)、經(jīng)濟及實用等多角度全面考慮，最終選取超級電容和鋰電池組成混合儲能，以滿足區(qū)域微電網(wǎng)對儲能響應(yīng)速度和能量密度的雙重要求。預(yù)制艙式結(jié)構(gòu)具有占地面積小，模塊化，便于安裝、運輸、維護等優(yōu)點。
【設(shè)計師專訪】
吳濤，預(yù)制艙式儲能系統(tǒng)設(shè)計師，國網(wǎng)江蘇省電力有限公司營銷部，工程師，碩士。
●記者：在設(shè)計預(yù)制艙式儲能系統(tǒng)時，選擇了超級電容和鋰電池組成混合儲能，為什么選擇超級電容儲能，而不是超導(dǎo)儲能或飛輪儲能?
●吳濤：每種儲能方式有各自的優(yōu)缺點。
飛輪儲能利用高速旋轉(zhuǎn)的飛輪將能量以動能的形式儲存起來。需要能量時，飛輪減速運行，將存儲的能量釋放出來。不足之處是：能量密度不夠高、自放電率高，如停止充電，能量在幾個到幾十個小時內(nèi)就會自行耗盡。
超導(dǎo)儲能是利用超導(dǎo)體的電阻為零特性制成的儲存電能的裝置。超導(dǎo)儲能系統(tǒng)包括超導(dǎo)線圈、低溫系統(tǒng)、功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)4大部分。不足之處是：超導(dǎo)儲能的成本很高(材料和低溫制冷系統(tǒng))，可靠性和經(jīng)濟性也是重要制約因素。
超級電容器儲能用活性炭多孔電極和電解質(zhì)組成的雙電層結(jié)構(gòu)獲得超大的電容量。超級電容器的充放電過程始終是物理過程，充電時間短、使用壽命長、溫度特性好、節(jié)約能源和綠色環(huán)保。不足之處是：與電池相比，其能量密度相對較低，直接導(dǎo)致的就是續(xù)航能力差。
超級電容能量密度低，但響應(yīng)速度快;鋰電池響應(yīng)速度慢，但能量密度高。綜合發(fā)揮兩者的優(yōu)勢，我們設(shè)計超級電容和鋰電池混合儲能系統(tǒng)，可同時滿足微電網(wǎng)系統(tǒng)對能量特性和功率特性的需求，提高分布式電源的安全并網(wǎng)運行能力，解決微電網(wǎng)電壓和頻率波動問題。
●記者：在您提到各種儲能方式時，都會提到功率特性和能量特性的概念，您能講講究竟什么是功率特性和能量特性嗎?
●吳濤：打個比方，我們都知道現(xiàn)在的電動汽車用動力電池儲存電能，為電動汽車的啟動和行駛提供能量。其實，電動汽車的啟動和平穩(wěn)行駛對電能的需求特性是不同的。在啟動階段，需要短時提供大功率(這就是功率特性需求)，這樣能夠快速啟動并完成加速，如果采用超級電容儲能方式來供電，利用其快速響應(yīng)的特性，就能夠有效解決電動汽車起步“肉”的問題。而平穩(wěn)行駛階段，需要持續(xù)提供穩(wěn)定的電能供應(yīng)(這就是能量特性需求)，這時候利用鋰電池供電，利用鋰電池的高能量密度，就能夠持續(xù)為電動汽車提供能量，保證汽車的續(xù)航里程。
“空氣電池”壓縮空氣儲能
壓縮空氣儲能技術(shù)具有儲能容量大、成本低、壽命長、無污染、無地理條件限制等優(yōu)勢，可有效解決新能源規(guī)模化消納、調(diào)峰填谷等問題。壓縮空氣儲能項目采用了液化空氣儲能的技術(shù)路線，裝置具有夏季供冷、冬季供暖及高潔凈度供風(fēng)等多種服務(wù)模式。裝置可為園區(qū)提供500千瓦時的電力，夏季供冷量約2.9吉焦/天，冬季供暖量約4.4吉焦/天，滿足2500平方米用戶供熱供冷要求。
【設(shè)計師專訪】
王樂，負責(zé)同里綜合能源服務(wù)中心壓縮空氣儲能與冷熱電潔凈空氣綜合利用項目設(shè)計、實施，高級工程師。
●記者:壓縮空氣儲能系統(tǒng)是世界首套“空氣電池”，相當(dāng)于是一個能源空調(diào)。您能介紹一下壓縮空氣儲能裝置的結(jié)構(gòu)和工作原理嗎?
●王樂:壓縮空氣儲能裝置由壓縮液化單元、蓄冷蓄熱單元和膨脹發(fā)電單元組成。儲能時，將谷電或富余電能轉(zhuǎn)化為液態(tài)空氣存儲;釋能時，通過膨脹發(fā)電機組對外輸送電力。工作過程中，可通過回收利用壓縮過程中的余熱以及膨脹過程中的余冷提升系統(tǒng)效率，與傳統(tǒng)和絕熱壓縮空氣儲能技術(shù)相比，具有儲能密度高、占地面積小等特點。壓縮空氣儲能裝置能夠在儲存能量的同時進行溫度調(diào)節(jié)。同時，它還是個不錯的空氣凈化器。
創(chuàng)新特色：
01實現(xiàn)園區(qū)冷熱電氣綜合供給。通過能量梯級利用，利用溴化鋰制冷和膨脹制冷等技術(shù)，實現(xiàn)供熱、供冷、供電、供潔凈空氣，滿足用戶多樣化能源需求。
02超低溫蓄冷技術(shù)。克服罐內(nèi)溫度均一化問題，研制了可實現(xiàn)低品位冷能儲存和利用的深冷儲冷裝置，儲冷最低溫度可達-150℃。
03低損耗換熱技術(shù)。采用板翅式換熱器設(shè)計方法，設(shè)計了緊湊型的高效蒸發(fā)器，實現(xiàn)了高壓力、小溫差換熱。
內(nèi)容內(nèi)容來源于國網(wǎng)江蘇省電力有限公司、全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院有限公司、國網(wǎng)江蘇省電力有限公司電力科學(xué)研究院，梁立曉、章岑、周瑾、黃蕾等對本文有貢獻。
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