Page 8 - 电力与能源2022年第六期

4 7 0 王 虎:“ 双碳” 目标下储能技术的发展及应用

点是能量密度较低、 储能时间相对较短。
1 储能技术内涵及发展情况
( 2 ) 超级电容器储能。超级电容器储能的主要
1.1 基础物理原理储能技术 原理是: 利用电荷的相关理论, 当处于充电状态时,
( 1 ) 抽水蓄能电站。抽水储能在电力系统中 电极表面处于理想极化的状态, 存在于电解质溶液
应用覆盖面较广, 也是比较常用的一种储能技术。 中的相关异性离子被电荷强烈吸引, 附着于电极外
抽水储能的基本原理是首先配备两个水库用于抽 面, 最终形成两个电荷层, 加之电机结构特殊电荷
水和存水, 当整体状态处于较低负荷时, 相关的抽 中间的距离很小, 因此形成了非常大的电容量。由
水储能设备将下游水 库的水抽送到上游水库储 于电容器的价格较为昂贵, 因此超级电容器储能应
存; 当整体状态处于较高负荷时, 相关的抽水储能 用面不广, 主要用于电能质量高峰值功率场景。
装置扮演发电机的角色, 通过上游水库中储存的 1.3 电化学原理储能技术
水进行发电。抽水储能不仅可以调峰调谷, 同时 ( 1 ) 全钒液流电池。全钒液流电池储能的主
还具有一定的应急作用, 更重要的是, 可以提升电 要原理是: 在电解液的储存槽中, 存放不同介质和
力系统中其他电源的运行效率 [ 3 ] 。 状态的钒离子溶液, 并分别将它们作为活性物质,
( 2 ) 压缩空气储能。压缩空气储能技术较为 对电池的正极和负极产生一定催化反应作用。当
成熟, 且投资成本低于抽水蓄能电站。主要原理 电池进行充放电时, 通过泵的助力, 外部储存的钒
是: 借助压缩气罐, 当在负荷状态较低时, 将冗余 离子溶液依此流过电网的正负极室, 同时在表面
的电力用于空气压缩, 并储存在高压密闭的气罐 发生氧化还原反应, 满 足 电 池 充 放 电 的 功 能 [ 6 ] 。
中; 当用电高峰时, 将压缩气罐储存的空气当做动 全钒液流电池的储能容量主要取决于钒离子溶液
力, 驱使燃气轮机进行发电。燃气轮机发电过程 的密度, 输出功率的大小由电池面积决定, 但整体
中, 燃料的 2 / 3 使用压缩空气, 即燃料消耗可减少 效率较低, 面积较大, 且需要一定的温控条件。
1 / 3 , 从而降低碳排放。目前, 压缩空气储能对于 ( 2 ) 锂离子电池。锂离子电池储能的主要原
地质条件具有一定的要求, 应用场景具有一定的 理是: 锂离子电池通过 Li 在正极和负极之间的
+
限制性 [ 4 ] , 但随着技术的逐渐成熟, 限制条件将越 往返嵌入和脱嵌完成电池的充放电过程。充电池
+
来越小, 推动压缩空气储能技术迅速发展。 时, Li 从正极脱嵌, 经过电解质嵌入负极, 负极
( 3 ) 飞轮储能。飞轮储能的主要原理是, 当处 处于富锂状态; 放电时则相反。锂离子电池主要
于负荷低谷时期, 飞轮储能装置将电能转化为动 有 3 种 ① 磷酸铁锂, 安全性高、 寿命长、 成本低( 不
能, 主要通过电动机和飞轮来实现; 当处于负荷高 含重金属和稀有金属)、 充电快速、 工作温度范围
峰时, 外界需要电能补充, 通过发电机将储存的动 广、 环境友好, 较适合大型储能系统, 但能量密度
能再转化为电能, 从而为外界供电。飞轮储能装 较低; ② 钛酸锂, 能量密度低、 安全性高( 高温、 低
置的核心设备为电力电子设备、 飞轮设备和电动 温环境中均可使用)、 成本高、 快速充放电能力强、
机。飞轮储能主要用于电网调峰、 调频等场景, 同 充电倍率高; ③ 三元锂, 能量密度高, 但安全性较
时针对不间断电源和应急电源设备也具有一定的 差、 耐高温性差、 寿命较短。
保护作用。飞轮储能装置的功率能量密度越大, ( 3 ) 铅酸电池。超级铅酸电池将超级电容器的
其使用寿命越长, 使用效率也越高。 高功率、 长寿命特性与普通铅酸电池的高能量特性
1.2 电磁原理储能技术 相结合, 使铅酸电池的大电流性能和循环寿命得到
( 1 ) 超导磁储能。超导磁储能的基本原理是 革命性提升。依托铅酸电池多年的商业化运营经
应用磁场相关理论, 通过超导体特殊材料制作线 验, 经技术改良后的超级铅酸电池实现了产品性能
圈, 将电能转化为磁场能量。超导磁储能具有诸 的革命, 无论是功率还是能量应用, 其循环寿命均远
多优点, 包括接近于 ms级的超短响应时长、 大于 远超过普通铅酸电池, 甚至超过目前的锂离子电池。
96%的超高转换效率等 [ 5 ] 。同时装置结构较为简
单, 不存在相关机械设备和储存密封问题。超导 2 储能技术的应用场景
磁储能凭借其相应的优势, 广泛应用于输配电网 2.1 发电领域应用场景
功率调节与补偿、 功率输送、 电压支撑等场景, 缺 在发电领域方面, 应用储能技术, 可以实现削