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储能:双向互动 平衡可靠

来源:亮报   更新时间:2018-11-28 16:54:09    

  电力储能智能电网的重要支撑技术之一。通过在电力系统中增加存储环节,使得“刚性”的电力系统变得更加“柔性”,通过储能,能够平抑大规模清洁能源发电接入电网带来的波动性,提高电网运行的安全性、经济性和灵活性。同理综合能源服务中心在能源生产侧开展了预制舱式储能、压缩空气储能等项目,通过储能技术实现清洁能源的综合开发和高效利用。

  什么是储能

  储能技术是实现能量双向流动的有效载体,是保障风能太阳能等清洁能源大规模发展和电网安全经济运行的关键技术。以太阳能光伏发电为例,往往在中午发电功率最高,但是在中午,用电需求并不高,这时如果没有储能,光伏发电就将白白浪费。采用了储能以后,就可以把这个时候不用的光伏发电量储存起来,等到用电高峰如晚上七八点钟,再把电量释放出来,实现光伏资源的最大化利用,提高可再生能源的利用水平。

  按照储能载体技术类型,大规模储能技术可分为机械类储能(抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能)、电气类储能(超导磁储能、超级电容器储能等)、电化学储能(高温钠系电池、液流电池、铅碳电池、锂离子电池等)、热储能(储冷技术、化学储热技术等)、化学类储能等。

  超大型“充电宝”预制舱式混合储能系统

  预制舱式储能系统由两套混合储能系统组成。一套含20千瓦×15秒超级电容储能和200千瓦×2小时锂电池(可用电池容量为400千瓦时),通过±375伏直流母线接入系统;另一套含80千瓦×15秒超级电容储能和400千瓦×2小时锂电池(可用电池容量为800千瓦时),通过±750伏直流母线接入系统。

  在系统设计时,通过技术、经济及实用等多角度全面考虑,最终选取超级电容和锂电池组成混合储能,以满足区域微电网对储能响应速度和能量密度的双重要求。预制舱式结构具有占地面积小,模块化,便于安装、运输、维护等优点。

  【设计师专访】

  吴涛,预制舱式储能系统设计师,国网江苏省电力有限公司营销部,工程师,硕士。

  ●记者:在设计预制舱式储能系统时,选择了超级电容和锂电池组成混合储能,为什么选择超级电容储能,而不是超导储能或飞轮储能?

  ●吴涛:每种储能方式有各自的优缺点。

  飞轮储能利用高速旋转的飞轮将能量以动能的形式储存起来。需要能量时,飞轮减速运行,将存储的能量释放出来。不足之处是:能量密度不够高、自放电率高,如停止充电,能量在几个到几十个小时内就会自行耗尽。

  超导储能是利用超导体的电阻为零特性制成的储存电能的装置。超导储能系统包括超导线圈、低温系统、功率调节系统和监控系统4大部分。不足之处是:超导储能的成本很高(材料和低温制冷系统),可靠性和经济性也是重要制约因素。

  超级电容器储能用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的电容量。超级电容器的充放电过程始终是物理过程,充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保。不足之处是:与电池相比,其能量密度相对较低,直接导致的就是续航能力差。

  超级电容能量密度低,但响应速度快;锂电池响应速度慢,但能量密度高。综合发挥两者的优势,我们设计超级电容和锂电池混合储能系统,可同时满足微电网系统对能量特性和功率特性的需求,提高分布式电源的安全并网运行能力,解决微电网电压和频率波动问题。

  ●记者:在您提到各种储能方式时,都会提到功率特性和能量特性的概念,您能讲讲究竟什么是功率特性和能量特性吗?

  ●吴涛:打个比方,我们都知道现在的电动汽车用动力电池储存电能,为电动汽车的启动和行驶提供能量。其实,电动汽车的启动和平稳行驶对电能的需求特性是不同的。在启动阶段,需要短时提供大功率(这就是功率特性需求),这样能够快速启动并完成加速,如果采用超级电容储能方式来供电,利用其快速响应的特性,就能够有效解决电动汽车起步“肉”的问题。而平稳行驶阶段,需要持续提供稳定的电能供应(这就是能量特性需求),这时候利用锂电池供电,利用锂电池的高能量密度,就能够持续为电动汽车提供能量,保证汽车的续航里程。

  “空气电池”压缩空气储能

  压缩空气储能技术具有储能容量大、成本低、寿命长、无污染、无地理条件限制等优势,可有效解决新能源规模化消纳、调峰填谷等问题。压缩空气储能项目采用了液化空气储能的技术路线,装置具有夏季供冷、冬季供暖及高洁净度供风等多种服务模式。装置可为园区提供500千瓦时的电力,夏季供冷量约2.9吉焦/天,冬季供暖量约4.4吉焦/天,满足2500平方米用户供热供冷要求。

  【设计师专访】

  王乐,负责同里综合能源服务中心压缩空气储能与冷热电洁净空气综合利用项目设计、实施,高级工程师。

  ●记者:压缩空气储能系统是世界首套“空气电池”,相当于是一个能源空调。您能介绍一下压缩空气储能装置的结构和工作原理吗?

  ●王乐:压缩空气储能装置由压缩液化单元、蓄冷蓄热单元和膨胀发电单元组成。储能时,将谷电或富余电能转化为液态空气存储;释能时,通过膨胀发电机组对外输送电力。工作过程中,可通过回收利用压缩过程中的余热以及膨胀过程中的余冷提升系统效率,与传统和绝热压缩空气储能技术相比,具有储能密度高、占地面积小等特点。压缩空气储能装置能够在储存能量的同时进行温度调节。同时,它还是个不错的空气净化器。

  创新特色:

  01实现园区冷热电气综合供给。通过能量梯级利用,利用溴化锂制冷和膨胀制冷等技术,实现供热、供冷、供电、供洁净空气,满足用户多样化能源需求。

  02超低温蓄冷技术。克服罐内温度均一化问题,研制了可实现低品位冷能储存和利用的深冷储冷装置,储冷最低温度可达-150℃。

  03低损耗换热技术。采用板翅式换热器设计方法,设计了紧凑型的高效蒸发器,实现了高压力、小温差换热。

  内容内容来源于国网江苏省电力有限公司、全球能源互联网研究院有限公司、国网江苏省电力有限公司电力科学研究院,梁立晓、章岑、周瑾、黄蕾等对本文有贡献。

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