新能源電力系統(tǒng)想要在未來(lái)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模并網(wǎng)的目標(biāo)，離不開(kāi)儲(chǔ)能技術(shù)對(duì)其系統(tǒng)的優(yōu)化和支持。
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壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)。
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飛輪儲(chǔ)能技術(shù)。
飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)主要是由電機(jī)設(shè)備、飛輪系統(tǒng)、電控系統(tǒng)及軸承支撐系統(tǒng)組成，這種儲(chǔ)能系統(tǒng)也可以看成是一種能量電池，儲(chǔ)能效率最高能夠達(dá)到80%左右。
飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的儲(chǔ)能密度較大，系統(tǒng)充電放電的次數(shù)不存在限制，且充電放電效率高、速度快，但是一次性購(gòu)置所需的經(jīng)濟(jì)成本相對(duì)來(lái)說(shuō)比較高。
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抽水儲(chǔ)能技術(shù)。
抽水儲(chǔ)能技術(shù)主要是通過(guò)低谷的電價(jià)實(shí)現(xiàn)能量的儲(chǔ)存。
抽水儲(chǔ)能技術(shù)水平的不斷優(yōu)化提升，系統(tǒng)不僅具備儲(chǔ)能發(fā)電的功能，還可配合電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)動(dòng)態(tài)作業(yè)，獲取動(dòng)靜結(jié)合的綜合效益。
化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)主要就是指化學(xué)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用，通過(guò)化學(xué)電池的正負(fù)極之間進(jìn)行氧化反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)充電和放電，最終實(shí)現(xiàn)化學(xué)能和電能之間的轉(zhuǎn)化儲(chǔ)存化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)快速功率的吞吐處理，也是當(dāng)前技術(shù)水平相對(duì)成熟的儲(chǔ)能技術(shù)之一。
化學(xué)電池的類型有很多種，可以應(yīng)用在新能源電力系統(tǒng)中的儲(chǔ)能電池主要包括以下幾種類型。
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鈉硫儲(chǔ)能電池。
這種儲(chǔ)能電池的正極是多硫化鈉及硫，負(fù)極為熔融金屬鈉，電池的電解質(zhì)與隔膜是Na-beta－氧化鋁。鈉硫儲(chǔ)能電池的能量密度與鉛酸儲(chǔ)能電池相比起來(lái)，是其3倍以上，但是運(yùn)行空間需求卻只需要其1/3大小。
鈉硫儲(chǔ)能電池的充電放電效率都比較高，所需費(fèi)用低，系統(tǒng)運(yùn)行空間需求較小，后期維護(hù)難度較低，但是電池的循環(huán)使用年限及電池的放電深度還需要優(yōu)化提升，儲(chǔ)能電池系統(tǒng)運(yùn)行期間溫度要保持在300℃左右[4]。
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鋰電池。
這是一種能源轉(zhuǎn)化效率較高且能量密度大的化學(xué)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。這種儲(chǔ)能系統(tǒng)主要組成部分包括儲(chǔ)能電池的管理系統(tǒng)、充電放電系統(tǒng)及單體電池裝置，系統(tǒng)的綜合儲(chǔ)能效率能夠達(dá)到85%以上。
這種化學(xué)儲(chǔ)能電池能量密度很高，充電效率和放電效率處于較高水平，且系統(tǒng)運(yùn)行安全穩(wěn)定。系統(tǒng)運(yùn)行期間能夠通過(guò)串聯(lián)或者并聯(lián)的方式獲取高容量和高壓，但是實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程的經(jīng)濟(jì)成本比較高。
此種化學(xué)儲(chǔ)能電池比較適合應(yīng)用在新能源電力系統(tǒng)中的應(yīng)急供電及旋轉(zhuǎn)備用等。
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液流儲(chǔ)能電池。
這種化學(xué)儲(chǔ)能電池也稱之為是還原液流儲(chǔ)能電池。
液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)穩(wěn)定性強(qiáng)且能量轉(zhuǎn)換能力強(qiáng)，系統(tǒng)維護(hù)便利，運(yùn)行穩(wěn)定安全，應(yīng)用優(yōu)勢(shì)眾多被廣泛應(yīng)用在電力系統(tǒng)的并網(wǎng)發(fā)電和儲(chǔ)能當(dāng)中，但是此種液流儲(chǔ)能電池中的部分材料成本費(fèi)用比較昂貴，也在一定程度上阻礙其實(shí)際應(yīng)用。
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金屬空氣儲(chǔ)能電池。
這種化學(xué)儲(chǔ)能電池綠色環(huán)保，電池的正極為氧氣，負(fù)極通常為鎂鋁鋅鐵等化學(xué)性質(zhì)相對(duì)活潑的金屬元素，電池的電解液可為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氯化鈉及海水等。當(dāng)氧氣逐漸擴(kuò)散到電池的化學(xué)反應(yīng)界面之后，就能與電池中的活潑金屬元素發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生電能。
當(dāng)前金屬空氣儲(chǔ)能電池中比較接近產(chǎn)業(yè)化的電池類型為鋅空氣儲(chǔ)能電池，而鋁空氣儲(chǔ)能電池雖然自身比能量也很高，但是電池充電放電的速度相對(duì)來(lái)說(shuō)比較慢，因此經(jīng)常被用于備用電源。
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鉛酸儲(chǔ)能電池。
鉛酸儲(chǔ)能電池的電解液是稀硫酸溶液，電池的正極為絨狀鉛及二氧化鉛，負(fù)極則是由酸性的蓄電池組成。
這種儲(chǔ)能電池具有較大儲(chǔ)能容量，儲(chǔ)能技術(shù)已經(jīng)比較成熟，技術(shù)應(yīng)用成本低且系統(tǒng)易于維護(hù)。但是這種儲(chǔ)能電池的比能量較低，電池循環(huán)年限很短，使用過(guò)程中容易對(duì)環(huán)境造成重金屬污染，發(fā)生深度放電還會(huì)對(duì)電池自身造成較大損傷。
相變儲(chǔ)能技術(shù)能量密度大，儲(chǔ)能系統(tǒng)組成簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)比較靈活，方便管控。相變儲(chǔ)能技術(shù)常見(jiàn)類型包括冰蓄冷儲(chǔ)能技術(shù)、電儲(chǔ)熱技術(shù)及熔融鹽儲(chǔ)熱技術(shù)等。
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冰蓄冷儲(chǔ)能技術(shù)
冰蓄冷儲(chǔ)能技術(shù)是指通過(guò)系統(tǒng)中的蓄冷介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)結(jié)冰和融冰處理，進(jìn)而對(duì)冷量進(jìn)行存儲(chǔ)與釋放。這種技術(shù)可以優(yōu)化制冷機(jī)組設(shè)備的運(yùn)行效率，降低空調(diào)等制冷設(shè)備在用電高峰時(shí)期的系統(tǒng)用電負(fù)荷。
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電儲(chǔ)熱技術(shù)
電儲(chǔ)熱技術(shù)的主要儲(chǔ)能介質(zhì)是水資源和金屬材料，以水作為介質(zhì)進(jìn)行熱能儲(chǔ)存的時(shí)候投入成本較低且便于系統(tǒng)維護(hù)。
使用高溫金屬作為熱能儲(chǔ)存介質(zhì)的時(shí)候，主要是通過(guò)金屬到固態(tài)液態(tài)轉(zhuǎn)化對(duì)熱能進(jìn)行儲(chǔ)存或釋放。這種方式能夠?qū)崿F(xiàn)高溫儲(chǔ)熱，金屬儲(chǔ)熱介質(zhì)的導(dǎo)熱性能較好。
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熔融鹽儲(chǔ)熱技術(shù)
熔融鹽儲(chǔ)熱技術(shù)是指將固態(tài)的無(wú)機(jī)鹽進(jìn)行加熱處理，令其處于熔融的狀態(tài)，然后通過(guò)系統(tǒng)熱循環(huán)實(shí)現(xiàn)熱能儲(chǔ)存。
電磁儲(chǔ)能技術(shù)分為2種。
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超導(dǎo)磁儲(chǔ)能技術(shù)。
超導(dǎo)磁儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的超導(dǎo)線圈中的直流電磁場(chǎng)，可以當(dāng)作其儲(chǔ)能系統(tǒng)的儲(chǔ)能介質(zhì)，儲(chǔ)能效率能夠高達(dá)90%以上。
這一儲(chǔ)能系統(tǒng)可以顯著優(yōu)化電力系統(tǒng)的電壓電頻的控制效率，與此同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于電能的大量交換，并且同時(shí)抑制電力系統(tǒng)中電壓和功率的失穩(wěn)波動(dòng)。
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超級(jí)電容器儲(chǔ)能技術(shù)。
超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置介于普通電容器和儲(chǔ)能電池之間，該儲(chǔ)能系統(tǒng)的充電和放電過(guò)程具備可逆性，能夠進(jìn)行多次的反復(fù)儲(chǔ)能。
其不但具備常規(guī)電容器設(shè)備的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，還具備運(yùn)行更加穩(wěn)定，系統(tǒng)循環(huán)年限更長(zhǎng)，顯著提升電力系統(tǒng)的瞬時(shí)功率，可用于新能源電力系統(tǒng)的備用儲(chǔ)能。
在風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)中合理應(yīng)用儲(chǔ)能裝置，可以顯著優(yōu)化風(fēng)力電廠電壓運(yùn)行的穩(wěn)定性，有效控制系統(tǒng)功率，并且可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)有用功和無(wú)用功的合理調(diào)控。
進(jìn)行電力系統(tǒng)調(diào)峰電能的配置處理時(shí)，可以有效優(yōu)化當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的整體接納水準(zhǔn)。將儲(chǔ)能系統(tǒng)配置在電源側(cè)時(shí)，通過(guò)應(yīng)用儲(chǔ)能電源就能夠?qū)崿F(xiàn)供電系統(tǒng)的調(diào)節(jié)優(yōu)化和用戶互動(dòng)。
光伏發(fā)電就是指借助太陽(yáng)能的電池原理，產(chǎn)生電勢(shì)差，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能到電能的有效轉(zhuǎn)化，這種轉(zhuǎn)化的電能為直流電。儲(chǔ)能系統(tǒng)在光伏電力系統(tǒng)中發(fā)揮的作用優(yōu)勢(shì)與風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)中相似，如果光伏發(fā)電系統(tǒng)中電池的實(shí)際輸出功率出現(xiàn)波動(dòng)，儲(chǔ)能系統(tǒng)可以即刻運(yùn)行，為光伏發(fā)電系統(tǒng)提供瞬時(shí)功率，保證系統(tǒng)可以平穩(wěn)運(yùn)行。
由于儲(chǔ)能電池的儲(chǔ)能技術(shù)更加成熟一些，使用成本低且具有較大的能量密度，因此進(jìn)行光伏發(fā)電的時(shí)候通常都會(huì)使用蓄電池作為光伏電力系統(tǒng)的儲(chǔ)能裝置。但是蓄電池的儲(chǔ)能方式比較單一，存在一定的應(yīng)用限制，電池續(xù)航時(shí)間不夠長(zhǎng)且電池功率有待提升。為此可以逐步升級(jí)，嘗試混合型儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用。
光熱發(fā)電與光伏發(fā)電的主要區(qū)別為光熱發(fā)電是先進(jìn)行太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)化，將其轉(zhuǎn)變成為熱能之后，通過(guò)系統(tǒng)的熱力循環(huán)，再將熱能進(jìn)行轉(zhuǎn)換，最終轉(zhuǎn)化成為電能。
光熱發(fā)電系統(tǒng)最終會(huì)轉(zhuǎn)化成交流電。這種發(fā)電系統(tǒng)能夠和傳統(tǒng)發(fā)電模式有效結(jié)合，并且可適應(yīng)當(dāng)前電網(wǎng)的運(yùn)行模式。因此可以并網(wǎng)使用。光伏發(fā)電過(guò)程中完成電能轉(zhuǎn)化之后，系統(tǒng)中過(guò)剩的電能還要儲(chǔ)存到系統(tǒng)的蓄電池當(dāng)中。
在理論上，光熱發(fā)電過(guò)程中可以通過(guò)熱能的儲(chǔ)存實(shí)現(xiàn)全天不間斷地持續(xù)供電，但是在光伏發(fā)電過(guò)程中暫時(shí)還不能實(shí)現(xiàn)這種理想發(fā)電狀態(tài)。
當(dāng)前新能源電力系統(tǒng)的應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大，為了滿足新能源電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行、電能質(zhì)量?jī)?yōu)化及電網(wǎng)調(diào)峰等實(shí)際需求，儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用非常必要。儲(chǔ)能技術(shù)未來(lái)在新能源電力系統(tǒng)中的應(yīng)用前景非常可觀。
想要解決新能源電力系統(tǒng)并網(wǎng)中的技術(shù)缺陷，必然要開(kāi)發(fā)具有高能量密度和高功率的綜合多元化電力儲(chǔ)能系統(tǒng)，其中超級(jí)電容與儲(chǔ)能電池的有機(jī)結(jié)合將成為多元化電力儲(chǔ)能系統(tǒng)的主流研究方向，電力儲(chǔ)能系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制能力提升和優(yōu)化配置問(wèn)題也是研究的重點(diǎn)。
綜上所述，新能源電力系統(tǒng)中的儲(chǔ)能技術(shù)有著不可估量的發(fā)展前景。相關(guān)工作人員進(jìn)行儲(chǔ)能技術(shù)的有效創(chuàng)新和發(fā)展，提高儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用效率，推動(dòng)電力資源的長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展打好基礎(chǔ)。
來(lái)源：儲(chǔ)能技術(shù)在新能源電力系統(tǒng)中的應(yīng)用,圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)
艾邦將于10月20日在蘇州舉辦2022年光伏與儲(chǔ)能材料論壇?，屆時(shí)南京聚隆將出席并給大家?guī)?lái)“高性能材料在光儲(chǔ)領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用”主題演講，會(huì)通新材料將出席并給大家?guī)?lái)“儲(chǔ)能系統(tǒng)市場(chǎng)分析及塑料材料機(jī)會(huì)”主題演講，敬請(qǐng)期待！
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