儲能技術(shù)：雙向互動 平衡可靠

電力儲能是智能電網(wǎng)的重要支撐技術(shù)之一。通過在電力系統(tǒng)中增加存儲環(huán)節(jié)，使得“剛性”的電力系統(tǒng)變得更加“柔性”，通過儲能，能夠平抑大規(guī)模清潔能源發(fā)電接入電網(wǎng)帶來的波動性，提高電網(wǎng)運行的安全性、經(jīng)濟性和靈活性。同里綜合能源服務中心在能源生產(chǎn)側(cè)開展了預制艙式儲能、壓縮空氣儲能等項目，通過儲能技術(shù)實現(xiàn)清潔能源的綜合開發(fā)和高效利用。

什么是儲能

儲能技術(shù)是實現(xiàn)能量雙向流動的有效載體，是保障風能、太陽能等清潔能源大規(guī)模發(fā)展和電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行的關鍵技術(shù)。以太陽能光伏發(fā)電為例，往往在中午發(fā)電功率最高，但是在中午，用電需求并不高，這時如果沒有儲能，光伏發(fā)電就將白白浪費。采用了儲能以后，就可以把這個時候不用的光伏發(fā)電量儲存起來，等到用電高峰如晚上七八點鐘，再把電量釋放出來，實現(xiàn)光伏資源的最大化利用，提高可再生能源的利用水平。

按照儲能載體技術(shù)類型，大規(guī)模儲能技術(shù)可分為機械類儲能(抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能)、電氣類儲能(超導磁儲能、超級電容器儲能等)、電化學儲能(高溫鈉系電池、液流電池、鉛碳電池、鋰離子電池等)、熱儲能(儲冷技術(shù)、化學儲熱技術(shù)等)、化學類儲能等。

超大型“充電寶”預制艙式混合儲能系統(tǒng)

預制艙式儲能系統(tǒng)由兩套混合儲能系統(tǒng)組成。一套含20千瓦×15秒超級電容儲能和200千瓦×2小時鋰電池(可用電池容量為400千瓦時)，通過±375伏直流母線接入系統(tǒng);另一套含80千瓦×15秒超級電容儲能和400千瓦×2小時鋰電池(可用電池容量為800千瓦時)，通過±750伏直流母線接入系統(tǒng)。

在系統(tǒng)設計時，通過技術(shù)、經(jīng)濟及實用等多角度全面考慮，最終選取超級電容和鋰電池組成混合儲能，以滿足區(qū)域微電網(wǎng)對儲能響應速度和能量密度的雙重要求。預制艙式結(jié)構(gòu)具有占地面積小，模塊化，便于安裝、運輸、維護等優(yōu)點。

【設計師專訪】

吳濤，預制艙式儲能系統(tǒng)設計師，國網(wǎng)江蘇省電力有限公司營銷部，工程師，碩士。

●記者：在設計預制艙式儲能系統(tǒng)時，選擇了超級電容和鋰電池組成混合儲能，為什么選擇超級電容儲能，而不是超導儲能或飛輪儲能?

●吳濤：每種儲能方式有各自的優(yōu)缺點。

飛輪儲能利用高速旋轉(zhuǎn)的飛輪將能量以動能的形式儲存起來。需要能量時，飛輪減速運行，將存儲的能量釋放出來。不足之處是：能量密度不夠高、自放電率高，如停止充電，能量在幾個到幾十個小時內(nèi)就會自行耗盡。

超導儲能是利用超導體的電阻為零特性制成的儲存電能的裝置。超導儲能系統(tǒng)包括超導線圈、低溫系統(tǒng)、功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)4大部分。不足之處是：超導儲能的成本很高(材料和低溫制冷系統(tǒng))，可靠性和經(jīng)濟性也是重要制約因素。

超級電容器儲能用活性炭多孔電極和電解質(zhì)組成的雙電層結(jié)構(gòu)獲得超大的電容量。超級電容器的充放電過程始終是物理過程，充電時間短、使用壽命長、溫度特性好、節(jié)約能源和綠色環(huán)保。不足之處是：與電池相比，其能量密度相對較低，直接導致的就是續(xù)航能力差。

超級電容能量密度低，但響應速度快;鋰電池響應速度慢，但能量密度高。綜合發(fā)揮兩者的優(yōu)勢，我們設計超級電容和鋰電池混合儲能系統(tǒng)，可同時滿足微電網(wǎng)系統(tǒng)對能量特性和功率特性的需求，提高分布式電源的安全并網(wǎng)運行能力，解決微電網(wǎng)電壓和頻率波動問題。

●記者：在您提到各種儲能方式時，都會提到功率特性和能量特性的概念，您能講講究竟什么是功率特性和能量特性嗎?

●吳濤：打個比方，我們都知道現(xiàn)在的電動汽車用動力電池儲存電能，為電動汽車的啟動和行駛提供能量。其實，電動汽車的啟動和平穩(wěn)行駛對電能的需求特性是不同的。在啟動階段，需要短時提供大功率(這就是功率特性需求)，這樣能夠快速啟動并完成加速，如果采用超級電容儲能方式來供電，利用其快速響應的特性，就能夠有效解決電動汽車起步“肉”的問題。而平穩(wěn)行駛階段，需要持續(xù)提供穩(wěn)定的電能供應(這就是能量特性需求)，這時候利用鋰電池供電，利用鋰電池的高能量密度，就能夠持續(xù)為電動汽車提供能量，保證汽車的續(xù)航里程。

“空氣電池”壓縮空氣儲能

壓縮空氣儲能技術(shù)具有儲能容量大、成本低、壽命長、無污染、無地理條件限制等優(yōu)勢，可有效解決新能源規(guī)?；{、調(diào)峰填谷等問題。壓縮空氣儲能項目采用了液化空氣儲能的技術(shù)路線，裝置具有夏季供冷、冬季供暖及高潔凈度供風等多種服務模式。裝置可為園區(qū)提供500千瓦時的電力，夏季供冷量約2.9吉焦/天，冬季供暖量約4.4吉焦/天，滿足2500平方米用戶供熱供冷要求。

【設計師專訪】

王樂，負責同里綜合能源服務中心壓縮空氣儲能與冷熱電潔凈空氣綜合利用項目設計、實施，高級工程師。

●記者:壓縮空氣儲能系統(tǒng)是世界首套“空氣電池”，相當于是一個能源空調(diào)。您能介紹一下壓縮空氣儲能裝置的結(jié)構(gòu)和工作原理嗎?

●王樂:壓縮空氣儲能裝置由壓縮液化單元、蓄冷蓄熱單元和膨脹發(fā)電單元組成。儲能時，將谷電或富余電能轉(zhuǎn)化為液態(tài)空氣存儲;釋能時，通過膨脹發(fā)電機組對外輸送電力。工作過程中，可通過回收利用壓縮過程中的余熱以及膨脹過程中的余冷提升系統(tǒng)效率，與傳統(tǒng)和絕熱壓縮空氣儲能技術(shù)相比，具有儲能密度高、占地面積小等特點。壓縮空氣儲能裝置能夠在儲存能量的同時進行溫度調(diào)節(jié)。同時，它還是個不錯的空氣凈化器。

創(chuàng)新特色：

01實現(xiàn)園區(qū)冷熱電氣綜合供給。通過能量梯級利用，利用溴化鋰制冷和膨脹制冷等技術(shù)，實現(xiàn)供熱、供冷、供電、供潔凈空氣，滿足用戶多樣化能源需求。

02超低溫蓄冷技術(shù)?？朔迌?nèi)溫度均一化問題，研制了可實現(xiàn)低品位冷能儲存和利用的深冷儲冷裝置，儲冷最低溫度可達-150℃。

03低損耗換熱技術(shù)。采用板翅式換熱器設計方法，設計了緊湊型的高效蒸發(fā)器，實現(xiàn)了高壓力、小溫差換熱。