儲(chǔ)能系統(tǒng)

 ont-family: sans-serif; font-size: 14px; line-height: 1.75em; text-indent: 2em;">儲(chǔ)能系統(tǒng)往往涉及多種能量、多種設(shè)備、多種物質(zhì)、多個(gè)過(guò)程，是隨時(shí)間變化的復(fù)雜能量系統(tǒng)，需要多項(xiàng)指標(biāo)來(lái)描述它的性能。常用的評(píng)價(jià)指標(biāo)有儲(chǔ)能密度、儲(chǔ)能功率、蓄能效率以及儲(chǔ)能價(jià)格、對(duì)環(huán)境的影響等。

argin: 5px 0px; line-height: 1.75em; font-size: 14px; font-family: sans-serif; text-indent: 2em;">任務(wù)與作用

由于人們所需的能源都具有很強(qiáng)的時(shí)間性和空間性，為了合理利用能源并提高能量的利用率，需要使用一種裝置，把一段時(shí)期內(nèi)暫時(shí)不用的多余能量通過(guò)某種方式收集并儲(chǔ)存起來(lái)，在使用高峰時(shí)再提取使用，或者運(yùn)往能量緊缺的地方再使用，這種方法就是能量存儲(chǔ)。

能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)的基本任務(wù)是克服在能量供應(yīng)和需求之間的時(shí)間性或者局部性的差異。產(chǎn)生這種差異有兩種情況，一種是由于能量需求量的突然變化引起的，即存在高峰負(fù)荷問(wèn)題，采用儲(chǔ)能方法可以在負(fù)荷變化率增高時(shí)起到調(diào)節(jié)或者緩沖的作用。由于一個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的投資費(fèi)用相對(duì)要比建設(shè)一座高峰負(fù)荷廠低，盡管儲(chǔ)能裝置會(huì)有儲(chǔ)存損失，但由于儲(chǔ)存的能量是來(lái)自工廠的多余能量或新能源，所以它還是能夠降低燃料費(fèi)用的。另一種是由于一次能源和能源轉(zhuǎn)換裝置之類的原因引起的，則儲(chǔ)能系統(tǒng)（裝置）的任務(wù)則是使能源產(chǎn)量均衡，即不但要削減能源輸出量的高峰，還要填補(bǔ)輸出量的低谷（即填谷）。

例如，太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)中，需要設(shè)置儲(chǔ)能器。太陽(yáng)能熱利用的工作原

太陽(yáng)能熱利用的工作原理

理如圖所示，熱流離開(kāi)集熱器后入儲(chǔ)能器，然后經(jīng)過(guò)熱能轉(zhuǎn)換器供給熱機(jī)。在沒(méi)有太陽(yáng)光期問(wèn)，冷流體直接經(jīng)過(guò)儲(chǔ)能器，提取存儲(chǔ)的熱量并傳給熱機(jī)工作。

所以，能源儲(chǔ)存系統(tǒng)可以儲(chǔ)存多余的熱能、動(dòng)能、電能、位能、化學(xué)能等，改變能量的輸出容量、輸出地點(diǎn)、輸出時(shí)間等。

儲(chǔ)能系統(tǒng)要求

對(duì)于不同應(yīng)用目的有各自的儲(chǔ)能要求，但歸納起來(lái)，一個(gè)良好的儲(chǔ)能系統(tǒng)共有的特性如下。

①單位容積所儲(chǔ)存的能量（容積儲(chǔ)熱密度）高，即系統(tǒng)盡可能儲(chǔ)存多的能量。如高能電池，由于其能量密度比普通電池要大，使用壽命也較長(zhǎng)，深受消費(fèi)者歡迎。

②具有良好的負(fù)荷調(diào)節(jié)性能。能源儲(chǔ)能系統(tǒng)在使用時(shí)，需要根據(jù)用能一方的要求調(diào)節(jié)其釋放能量的大小，負(fù)荷調(diào)節(jié)性能的好壞決定著系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。

③能源儲(chǔ)存效率要高。能量?jī)?chǔ)存時(shí)離不開(kāi)能量傳遞和轉(zhuǎn)換技術(shù)，所以儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)能不需過(guò)大的驅(qū)動(dòng)力而以最大的速率接收和釋放能量。同時(shí)盡可能降低能量存儲(chǔ)過(guò)程中的泄漏、蒸發(fā)、摩擦等損耗，保持較高的能源儲(chǔ)存效率。

④系統(tǒng)成本低、長(zhǎng)期運(yùn)行可靠。如果能源儲(chǔ)存裝置在經(jīng)濟(jì)上不合理，就不可能得到推廣應(yīng)用。

儲(chǔ)能技術(shù)方法儲(chǔ)能主要包括熱能、動(dòng)能、電能、電磁能、化學(xué)能等能量的存儲(chǔ)，

儲(chǔ)能技術(shù)方法

儲(chǔ)能技術(shù)方法見(jiàn)表1．5。目前儲(chǔ)能技術(shù)的研究、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用主要是以儲(chǔ)存熱能、電能為主，廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能利用、電力的“移峰填谷”、廢熱和余熱的回收以及工業(yè)與民用建筑和空調(diào)的節(jié)能等領(lǐng)域。

（1）熱能存儲(chǔ)技術(shù)

熱能存儲(chǔ)就是把一個(gè)時(shí)期內(nèi)暫時(shí)不需要的多余熱量通過(guò)某種方

三種熱能存儲(chǔ)的比較

法儲(chǔ)存起來(lái)，等到需要時(shí)再提取使用。包括顯熱儲(chǔ)能技術(shù)、潛熱儲(chǔ)能技術(shù)、化學(xué)反應(yīng)熱儲(chǔ)能技術(shù)三種，三種熱能存儲(chǔ)的比較見(jiàn)表1．6。

顯熱儲(chǔ)能技術(shù)是通過(guò)加熱儲(chǔ)能介質(zhì)提高其溫度，而將熱能儲(chǔ)存其中。常用的顯熱儲(chǔ)能材料有水、土壤和巖石等。在溫度變化相同的條件下，如果不考慮熱損失，那么單位體積的儲(chǔ)熱量水最大，土壤其次，巖石最小。世界上已有不少國(guó)家都對(duì)這些儲(chǔ)熱材料進(jìn)行了試驗(yàn)和應(yīng)用。就目前來(lái)說(shuō)，這是一種技術(shù)比較成熟、效率比較高、成本又比較低的儲(chǔ)能方法。

潛熱儲(chǔ)能技術(shù)是利用儲(chǔ)能介質(zhì)液相與固相之間的相變時(shí)產(chǎn)生的熔解熱將熱能儲(chǔ)存起來(lái)的。目前實(shí)際應(yīng)用的潛熱儲(chǔ)能介質(zhì)，有十水硫酸鈉（化學(xué)式是Na2S04·10H20）、五水硫代硫酸鈉（化學(xué)式是Na2S04·5H20）和六水氯化鈣（化學(xué)式是CaCl2·6H20）等。該技術(shù)的特點(diǎn)是在低溫下儲(chǔ)能，具有較高的儲(chǔ)能量密度，可在一定的相變溫度下取出熱量，但是儲(chǔ)能媒介物價(jià)格昂貴，容易腐蝕，有的介質(zhì)還可能產(chǎn)生分解反應(yīng)，儲(chǔ)存裝置也較顯熱型復(fù)雜，技術(shù)難度較大。

化學(xué)能存儲(chǔ)技術(shù)利用能量將化學(xué)物質(zhì)分解后分別儲(chǔ)存能量，分解后的物質(zhì)再化合時(shí)，即可放出儲(chǔ)存的熱能?？梢岳每赡娣纸夥磻?yīng)、有機(jī)可逆反應(yīng)和氫化物化學(xué)反應(yīng)三種技術(shù)實(shí)現(xiàn)，其中氫化物化學(xué)反應(yīng)技術(shù)是最有發(fā)展?jié)摿Φ?，?guó)內(nèi)外都正在進(jìn)行深入的研究，如果能夠取得突破性的成功，就將為解決能源短缺的問(wèn)題提供良好的途徑。

（2）電能存儲(chǔ)技術(shù)

工業(yè)上已應(yīng)用的電能存儲(chǔ)技術(shù)主要有三種，分別為水力儲(chǔ)能技術(shù)、壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)、飛輪儲(chǔ)能技術(shù)。水力儲(chǔ)能技術(shù)是目前最古老的、技術(shù)最成熟的、設(shè)備容量最大的商業(yè)化技術(shù)，全世界已有約500座水力儲(chǔ)能電站，其中容量超過(guò)1000MW的有35座。水力儲(chǔ)能系統(tǒng)一般有兩個(gè)大的儲(chǔ)水庫(kù)，一個(gè)處于較低位置，另外一個(gè)則位于較高的提升位置。在用電低峰期，將水從位置較低的水庫(kù)送到位置高的儲(chǔ)水庫(kù)中去儲(chǔ)存起來(lái)。當(dāng)需要電能時(shí)，可以借助高位水庫(kù)水流的勢(shì)能推動(dòng)水能機(jī)發(fā)電。

壓縮空氣儲(chǔ)能是在用電低峰期將空氣加壓輸送到地下鹽礦、廢棄的石礦、地下儲(chǔ)水層等。當(dāng)用電負(fù)荷較大時(shí)，壓縮空氣就可與燃料燃燒，產(chǎn)生高溫、高壓燃?xì)?，?qū)動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)做功產(chǎn)生電能。目前應(yīng)用的機(jī)組設(shè)備容量已達(dá)到幾百兆瓦。如裝機(jī)容量為290MW的德國(guó)芬道爾夫電站1980年就已投入使用。
飛輪儲(chǔ)能發(fā)電技術(shù)是一種新型技術(shù)，它與電力網(wǎng)連接實(shí)現(xiàn)

飛輪儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)

電能的轉(zhuǎn)換。飛輪儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)如圖1．12所示，該系統(tǒng)主要由電機(jī)、飛輪、電力電子變換器等設(shè)備組成。飛輪儲(chǔ)能的基本原理就是在電力富裕條件下，將電力系統(tǒng)中的電能轉(zhuǎn)換成飛輪運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能。而當(dāng)電力系統(tǒng)電能不足時(shí)，再將飛輪運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能，供電力用戶使用。與其他儲(chǔ)能技術(shù)相比，飛輪儲(chǔ)能技術(shù)具有效率高（80％～90％）、成本低、無(wú)污染、儲(chǔ)能迅速、技術(shù)可靠等優(yōu)點(diǎn)，受到日本、美國(guó)、德國(guó)研究工作者的關(guān)注。如日本沖繩電力公司開(kāi)發(fā)了210MJ的飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)；德國(guó)1996年研制了儲(chǔ)能5MW·h／100MW·h的超導(dǎo)磁懸浮儲(chǔ)能飛輪儲(chǔ)能電站，系統(tǒng)效率達(dá)96％。

開(kāi)發(fā)進(jìn)展

美國(guó)大規(guī)格鋰離子（Li－ion）可充電電池和能源儲(chǔ)存系統(tǒng)（ESS）的制造商、設(shè)計(jì)商和開(kāi)發(fā)商國(guó)際電池（International Battery）公司于2010年11月1日宣布，推出lBexus－24V－4．1kW·h鋰離子能源儲(chǔ)存系統(tǒng)，可很好地適用于太陽(yáng)能和其他可再生能源的儲(chǔ)存。Ibexus產(chǎn)品家族第一款為新的八電池24V ESS模塊，已供充電能量?jī)?chǔ)存需求用于不同的項(xiàng)目，IB24V 008 ESS為4．1kW·h系統(tǒng)，含有八個(gè)160Ah鋰離子磷酸鹽電池呈串聯(lián)排列。該電池系統(tǒng)符合接觸器、電池變換和熱管理控制標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于易用的通訊，系統(tǒng)包括RS232、RS485、CANbus、Modbus或Ethernet通訊和數(shù)據(jù)記錄功能。電池管理系統(tǒng)（BMS）可使電池性能最大化、提高安全和監(jiān)控水平／平衡各個(gè)電池。

陶氏化學(xué)公司于2010年11月2日宣布，將開(kāi)展新的業(yè)務(wù)，制造先進(jìn)電池材料，以用于能量?jī)?chǔ)存工業(yè)。初步重點(diǎn)致力于汽車市場(chǎng)。陶氏化學(xué)公司將出售這些先進(jìn)材料，這些先進(jìn)材料將可用于可充電的鋰離子電池制造，以生產(chǎn)可長(zhǎng)時(shí)間工作、提高電力和長(zhǎng)工作壽命的電池。能量?jī)?chǔ)存工業(yè)中改進(jìn)的電池性能是可大大提升該工業(yè)的產(chǎn)品性能和動(dòng)態(tài)性能的關(guān)鍵需求，因此，可為電池化學(xué)材料的解決方案創(chuàng)造大的發(fā)展機(jī)遇一陶氏化學(xué)公司承諾為滿足能量?jī)?chǔ)存工業(yè)短期和中期的需求，將實(shí)施綜合的和多方位的商業(yè)化材料發(fā)展戰(zhàn)略。 

美國(guó)Contour能量系統(tǒng)（Contour Energy Systems）公司于2010年11月2日宣布，與CalTeeh和CNRS公司合作，開(kāi)發(fā)出新的氟基電池化學(xué)、納米材料化學(xué)和制造工藝，應(yīng)用于鋰離子電池能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)，這種專有的鋰離子電池氟化生產(chǎn)工藝和氟化多層的碳納米材料已申請(qǐng)專利（US 7794880）。這些技術(shù)將產(chǎn)生長(zhǎng)期持久的便攜式電力解決方案，與傳統(tǒng)的鋰電池相比，具有較大的電力和能量密度。這一技術(shù)初步已在美國(guó)加利福尼亞技術(shù)研究院CNRS公司、法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心完成開(kāi)發(fā)，Contour能量系統(tǒng)公司在世界上擁有技術(shù)許司權(quán)，涉及先進(jìn)電池和電化學(xué)系統(tǒng)技術(shù)。氟化制造工藝是Contour能量系統(tǒng)公司的氟化碳電泄獨(dú)有的特征工藝。這一專有的工藝將氟引人多層碳納米材料中，與傳統(tǒng)的氟化碳材料相比可提供完全不同的分子結(jié)構(gòu)。這種新的結(jié)構(gòu)與使用新的多層碳納米材料相結(jié)合，比現(xiàn)有類翌的電池具有很大的優(yōu)點(diǎn)，包括大大增加了能量和電力密度、可在苛刻條件下可靠地操作、翅長(zhǎng)自身壽命和防止過(guò)熱，所有這些可優(yōu)化應(yīng)用于一些特定的應(yīng)用中。

國(guó)際電池公司（International Battery）于2010年11月15日宣布，接受美國(guó)賓夕法尼亞能源開(kāi)發(fā)局（PEDA）80萬(wàn)美元的資助，開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、制造和試驗(yàn)800kW·h的大型能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)（BESS），擴(kuò)大到1MW。這使國(guó)際電池公司擁有迄今為止最大的電池系統(tǒng)，業(yè)已完成的能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)將驗(yàn)證采用大格式鋰電池的優(yōu)點(diǎn)，它可應(yīng)用于可再生能源集成和智能電網(wǎng)支持。該儲(chǔ)存系統(tǒng)采用國(guó)際電池公司的大格式鋰電池和電池管理系統(tǒng)（BMS）（變換器）以及控制／通訊系統(tǒng)構(gòu)成，800kW·h系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)工作已在進(jìn)行中，將于201 1年第二季度進(jìn)行測(cè)試。該公司設(shè)置BESS用于與可再生能源和智能電網(wǎng)進(jìn)行集成二該電池組裝采用水基工藝，代替常用的使用大量有機(jī)溶劑化學(xué)品。

韓國(guó)SK能源公司與中國(guó)臺(tái)灣臺(tái)塑集團(tuán)于2010年12月29日簽約，建立開(kāi)發(fā)同定式鋰離子能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)戰(zhàn)略合作伙伴，臺(tái)塑集團(tuán)是臺(tái)灣最大的公司和亞洲最大的私營(yíng)石化公司。按照簽署的諒解備忘錄，由臺(tái)塑集團(tuán)開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)的陰極將應(yīng)用于由SK能源公司生產(chǎn)的能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)（ESS）。兩家公司將合作完成這項(xiàng)工作。能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)（ESS）是一種大型電池，與電動(dòng)汽車現(xiàn)用的電池相比，可儲(chǔ)存高達(dá)1000多倍的能量SK能源公司表示，與臺(tái)塑集團(tuán)合作將有助于開(kāi)發(fā)安全的能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)（ESS），也將有助于使ESS進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，中國(guó)現(xiàn)是世界新能源和可再生能源最大的市場(chǎng)．