由于風能、太陽能、海洋能等多種新能源發(fā)電受到氣候和天氣影響,發(fā)電功率難以保證平穩(wěn),而電力系統(tǒng)要求是供需一致,電能消耗和發(fā)電量相等,一旦這平衡遭到破壞,輕則電能質(zhì)量惡化,造成頻率和電壓不穩(wěn),重則引發(fā)停電事故,為了解決這一問題,在風力發(fā)電、太陽能光伏發(fā)電或者太陽能熱發(fā)電等新能源發(fā)電設備中都配備有儲能裝置,在電力充沛時,多余電力可以儲存起來,在晚上、弱風或者超大風發(fā)電機組停運或者停運機組過多,發(fā)電量不足的時候釋放出來以滿足負荷需求。
目前全球儲能技術主要有物理儲能(如抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等)、化學儲能(如鈉硫電池、液流電池、鉛酸電池、鎳鎘電池、超級電容器等)和電磁儲能(如超導電磁儲能等)三大類。
東潤環(huán)能在儲能系統(tǒng)技術領域和應用領域始終與國內(nèi)外科研機構和企業(yè)保持著緊密的聯(lián)系,包括鈉硫電池領域的領先者日本NGK公司、中國科學院上海硅酸鹽研究所,超導儲能領域的領先者美國Bruker ETS公司、美國超導公司、中國科學院電工所以及磁懸浮飛輪儲能領域的領先者美國Active Power公司。
鈉硫電池:
電池通常是由正極、負極、電解質(zhì)、隔膜和外殼等幾部分組成。一般常規(guī)二次電池如鉛酸電池、鎘鎳電池等都是由固體電極和液體電解質(zhì)構成,而鈉硫電池則與之相反,它是由熔融液態(tài)電極和固體電解質(zhì)組成的,構成其負極的活性物質(zhì)是熔融金屬鈉,正極的活性物質(zhì)是硫和多硫化鈉熔鹽,由于硫是絕緣體,所以硫一般是填充在導電的多孔的炭或石墨氈里,固體電解質(zhì)兼隔膜的是一種專門傳導鈉離子被稱為Al2O3的陶瓷材料,外殼則一般用不銹鋼等金屬材料。
鈉硫電池具有許多特色之處:一個是比能量(即電池單位質(zhì)量或單位體積所具有的有效電能量)高。其理論比能量為760Wh/Kg,實際已大于100Wh/Kg,是鉛酸電池的3-4倍;另一個是可大電流、高功率放電。其放電電流密度一般可達200-300mA/cm2,并瞬時間可放出其3倍的固有能量;再一個是充放電效率高。由于采用固體電解質(zhì),所以沒有通常采用液體電解質(zhì)二次電池的那種自放電及副反應,充放電電流效率幾乎100%。鈉硫電池工作溫度在300-350℃,電池工作時需要一定的加熱保溫,采用高性能的真空絕熱保溫技術,可有效地解決這一問題。
鈉硫電池作為固定場合下(如電站儲能)應用,越來越顯示其優(yōu)越性。如日本東京電力公司(TEPCO)和NGK公司合作開發(fā)鈉硫電池作為儲能電池,其應用目標瞄準電站負荷調(diào)平(即起削峰平谷作用,將夜晚多余的電存儲在電池里,到白天用電高峰時再從電池中釋放出來)、UPS應急電源及瞬間補償電源等,目前已建成世界上最大規(guī)模的儲能鈉硫電池裝置功率達8MW。
超導儲能系統(tǒng):
超導儲能系統(tǒng)(SMES)是利用超導線圈將電磁能直接儲存起來,需要時再將電磁能返回電網(wǎng)或其它負載的一種電力設施,它具有反應速度快、轉換效率高的優(yōu)點。它可以廣泛用于電能質(zhì)量的改善、能量管理、提高大電網(wǎng)的穩(wěn)定性。
我國電網(wǎng)的覆蓋面積大,結構薄弱,各種一次能源的分布與負荷的密度極不均勻,而電源遠離負荷中心,裝機容量與輸電跨度比過小,對電網(wǎng)互聯(lián)的安全和穩(wěn)定運行帶來不利影響。隨著太陽能、風能等新興發(fā)電技術和電源企業(yè)的興起,電網(wǎng)互聯(lián)的安全穩(wěn)定運行將受到更大的挑戰(zhàn)。
在改善電能質(zhì)量方面,超導儲能系統(tǒng)能夠對配電系統(tǒng)進行有功功率的快速調(diào)節(jié),這是以往任何的常規(guī)設備不能勝任的。其次,隨著分布式發(fā)電和大型電網(wǎng)平行發(fā)展格局的形成,超導儲能系統(tǒng)可以作為快速功率補償系統(tǒng),用于能量管理和應對瞬態(tài)電能質(zhì)量事故。此外,利用超導儲能系統(tǒng)的斷流和限流功能,可以取代超導限流器,并與系統(tǒng)內(nèi)的其它元件實現(xiàn)最優(yōu)化的運行和控制。這樣不但簡化了電網(wǎng)結構,降低了超導裝置的總體造價,還實現(xiàn)了系統(tǒng)升級。
以上這些功能和特點使得超導儲能系統(tǒng)具有廣闊的應用前景,它可以廣泛地應用于發(fā)電廠、變電站和重要用戶,在輸/配電系統(tǒng)的動態(tài)管理、電能質(zhì)量管理及提高電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性和緊急電力事故應變等方面具有極大的應用價值。
磁懸浮飛輪儲能系統(tǒng):
磁懸浮飛輪儲能技術是以高速旋轉的飛輪鐵芯作為機械能量儲存的介質(zhì),飛輪等器件被密閉在一個真空容器內(nèi),大大減少了風阻,同時為了減少運轉時的損耗,提高飛輪的轉速和飛輪儲能裝置的效率,在飛輪儲能裝置內(nèi)部使用磁懸浮技術對飛輪加以控制,并利用電動機/發(fā)電機和能量轉換控制系統(tǒng)來控制電能的輸入和輸出。
在市電正常的情況下,磁懸浮飛輪儲能裝置相當于一臺電動機,其將外界輸入的電能,通過電力電子裝置驅動飛輪轉動,由此將電能轉化為飛輪轉動的動能(機械能)儲存起來,在正常待機時,使飛輪的轉速達到7700轉/每分鐘。在市電異常或停電的情況下,磁懸浮飛輪儲能裝置相當于一臺發(fā)電機,當外界需要電能時,飛輪轉動的動能轉化為電能,再通過電力電子裝置變成不同負載所需要的不同頻率、不同電壓等級的電能,輸出到外部負載,以滿足不同負載的需求。一旦市電恢復正常,則立即對磁懸浮飛輪儲能裝置進行“充電”,使飛輪的轉速達到7700轉/每分鐘。
免蓄電池磁懸浮飛輪儲能UPS電源系統(tǒng)是一種采用磁懸浮飛輪儲能技術,在線互動式的UPS電源系統(tǒng)。它能夠提供電壓控制、停電保護以及瞬間斷電保護等等功能,提供良好的穩(wěn)定的電源,能在關鍵負載、電網(wǎng)電壓下降、波動或停電情況下進行相應的保護。
與傳統(tǒng)蓄電池式UPS電源系統(tǒng)相比,飛輪儲能UPS電源系統(tǒng)有著很多優(yōu)勢。這些優(yōu)勢包括:節(jié)省空間、安裝成本低廉、節(jié)約運轉耗電量、不使用空調(diào)系統(tǒng)、不使用危害環(huán)境的蓄電池、減少施加在機房上的結構重量、不存在與發(fā)電機的兼容性問題、可靠性更高,無需支付更換蓄電池的巨大費用等等。
隨著使用者對UPS可靠性、可用性、環(huán)保性等要求的不斷提高,這種技術更先進、高可靠、高品質(zhì)、節(jié)能減排、高效低耗、綠色環(huán)保的最新一代免蓄電池磁懸浮飛輪儲能UPS產(chǎn)品必將在中國通信運營商、大型數(shù)據(jù)(物流)中心、石油石化、銀行、政府、醫(yī)療、電子、大型工礦企業(yè)、民航、軍隊等行業(yè)得到廣泛和大量的應用。