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纳米储能调温材料
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纳米储能调温材料浅析七种储能技术方式

2019-10-11

纳米储能调温材料浅析七种储能技术方式

储能技术按照电能转换存储形态的不同可划分为物理储能、电磁储能、电化学储能和相变储能四类。其中物理储能主要包括抽水储能、压缩空气储能和飞轮储能等;电磁储能包括超导磁储能和超级电容器储能等;电化学储能主要是指电池储能等;相变储能包括冰蓄冷、中高温蓄热储能等。

一、抽水储能

抽水蓄能电站在应用时必须配备上、下游两个水库,负荷低谷时抽水储能设备工作在电动机状态,将下游水库的水抽到上游水库保存;负荷高峰时抽水储能设备工作在发电机状态,利用储存在上游水库中的水发电。其建站地点力求水头高、发电库容大、渗漏小、压力输水管道短、距离负荷中心近,使用寿命可达40 年以上,综合效率一般在75%左右。但由于受建站选址要求高、建设周期长和动态调节响应速度慢等因素的影响,抽水储能技术的大规模推广应用受到一定程度的限制。

二、压缩空气储能

压缩空气储能是指利用电网负荷低谷时的剩余电力压缩空气,将空气高压密封在高压密封的储气空洞之中,例如废弃矿井、地道、沉降的海底储气罐、山洞、过期油气井或新建储气井等存储空间,在电网负荷高峰期释放压缩的空气推动汽轮机发电。纳米储能调温材料其燃料消耗比调峰用燃气轮机组可以减少1/3,所消耗的燃气要比常规燃气轮机少40%,建设投资和发电成本低于抽水蓄能电站,安全系数高,使用寿命长;但缺点是其能量密度低并受到岩层等地形条件的限制。目前美国正计划在俄亥俄州建造世界上容量的压缩空气储能电站,总装机容量达2 700 MW,共有9 台机组。随着分布式能量系统的发展以及减少储气库容积和提高储气压力的需要,8~12 MW 微型压缩空气储能系统已经成为研究的热点。

三、飞轮储能

飞轮储能是指利用电动机驱动飞轮高速旋转,将电能转化为动能存储在高速旋转的飞轮体中,在需要时利用高速旋转的飞轮驱动发电机发电。飞轮储能系统主要由储存能量用的转子系统、支撑转子的轴承系统以及转换能量和功率的发电机系统三部分组成。飞轮储能的功率密度大于5 kW/kg,效率大于90%,使用寿命长达20 年,工作温区为-40~50℃,无噪声和污染,维护简单,可连续工作;但其缺点是能量密度比较低,保证系统安全性方面的费用很高。飞轮主要包括机械轴承的低速飞轮和磁悬浮轴承的高速飞轮两类,其中低速飞轮在系统稳定控制和电能质量改善上得到了很好的应用,而高速飞轮比较适宜峰谷调节等长时间的储能应用方面。Active Power 公司的100~2 000 kW Clean Source 系列和Beacon Power 公司的25 MW Smart Energy Matrix 系列产品都已实现商业化应用。

四、超导磁储能

超导磁储能(SMES)是利用超导体将电磁能直接储存起来,需要时再将电磁能返还电网或负载功率输送时不需要能源形式的转换,具有响应速度快(ms 级)、综合效率高(95%左右)和功率密度高(10~100 MW/kg)等优点。超导磁储能已经在美国、日本和欧洲等地得到了初步应用[8],美国能源办公室现已提供巨额资金用以支持ABB 和少数几个合作伙伴共同建立一个3.3 kW·h 的概念性超导磁项目。

五、超级电容器储能

超级电容器是根据电化学双电层原理研制而成,与常规电容器相比,它可以提供强大的脉冲功率,由于其电荷层间距离非常小,且采用特殊电极结构后使得电极表面积成万倍增加,从而产生极大的电容量。目前,纳米储能调温材料超级电容器的储能系列产品的储能容量在30 MJ,但价格较为昂贵。日本的松下、EPCOS、NEC,美国的Maxwell、Powerstor、Evans,法国的SAFT,澳大利亚的Cap-xx 和韩国的NESS 等公司的产品几乎垄断了整个超级电容器市场。

六、电池储能

电池储能是目前成熟可靠的储能技术,根据所使用化学物质的不同可分为铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、钠硫电池、液流电池和锂离子电池等类型。其中铅酸电池由于能量密度低、使用寿命短和铅属于重金属污染源等问题而导致其不能成为未来的发展趋势;液流电池具有能量转换效率高、运行维护费用低的优点而成为大规模并网发电储能和调节的技术之一,但是目前液流电池的能量密度低且单位造价昂贵;钠硫电池具有能量密度高、循环寿命长等优点,现已在日本和美国有大量的实际工程应用;镍氢电池是镍镉电池的改良,无记忆效应且无环境污染;锂离子电池能量密度和综合循环效率高,且具有重量轻、无污染和温度适应范围广等优点,在电动汽车上极具发展前景。

七、相变储能

相变储能是利用材料在相变时吸热或放热来储能或释能。这种储能方式不仅能量密度高,且所用装置简单、体积小、设计灵活、使用方便且易于管理。冰蓄冷储能是指夜间采用电动制冷机制冷,使蓄冷介质结成冰储存能量,然后在负荷较高的白天使蓄冷介质融冰,纳米储能调温材料把储存的能量释放出来;中高温蓄热主要用在太阳能高温蓄热和工业蓄热方面,如太阳能热发电的蓄热系统。

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