新型储能技术进展及应用分析

新型储能技术进展及应用分析

徐文昇

杭州汽轮新能源有限公司   浙江省杭州市   311106

摘要：新能源电力系统中储能技术的应用对提高能源利用效率和系统稳定性具有重要意义。本研究旨在深入探讨储能技术在新能源电力系统中的应用，并通过性能优化手段提高其效能。对此，在如今的发展中，需要结合现代化科学技术，对新能源电力系统运用期间的储存技术进行探究，实现与新能源电力系统之间的充分融合，进而为新能源的开发与运用提供充分助力。

关键词：新型储能技术；进展；应用分析

引言

随着以新能源为主的新型电力系统的建设和发展,储能成为清洁能源和可再生能源全面开发与利用的关键技术。为新能源发电系统配置储能系统可有效解决电网稳定运行、电量平衡、可再生能源消纳等领域的技术难题,在促进能源变革和新的能源商业形态及商业模式发展方面起着重要作用。

1储能技术基础及原理

1.1储能技术概述

在新能源电力系统中，各种储能技术的种类繁多，本节将对常见的储能技术进行概述，包括电化学储能、机械储能等。首先，电化学储能是一种通过将电能转化为化学能存储，再将其转化回电能的储能技术。其中最常见的形式是蓄电池技术，如铅酸电池、锂离子电池等。蓄电池通过化学反应将电能储存为化学能，并在需要时释放电能。这种技术适用于小规模的家庭能源存储、电动车辆和电网调节等领域。其次，机械储能是利用物理力学原理将机械能储存起来，再将其转化为电能的技术。常见的机械储能技术包括抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能等。例如，抽水蓄能通过将水抽升到高处储存潜在能，待需要时释放水流驱动涡轮发电机产生电能。这种技术适用于中长期能量储存和调峰填谷等应用场景。

1.2储能技术应用场景

储能技术在电力系统中的应用场景多种多样，主要体现在储能电站和分布式储能系统等方面。储能电站是一种集中式的储能系统，通常由大型电池组、压缩空气储能设备或水泵储能设备等构成。这些电站能够在电力系统负荷较低时储存电能，在负荷较高时释放电能，实现电力平衡。储能电站具有快速响应、灵活性高、调度能力强等优势，能够有效提高电力系统的灵活性和稳定性。另一方面，分布式储能系统是将储能设备分布在电力系统中各个节点的一种储能方式。分布式储能系统通常包括小型电池组、超级电容器等设备，可以灵活应对电力系统中的需求变化。分布式储能系统的优势在于能够在局部范围内提高系统的供电可靠性，减少输电损耗，并可以与可再生能源发电设备进行配合，提高电能利用效率。

2新型储能技术进展及应用分析

2.1热储能技术

热储能是储能中最具有应用前景的技术之一,以各种储热材料为介质,将太阳光热、地热、工业回收的余热、生物质燃烧产生的热能储存,或者将剩余电能转换为热能储存,需要时再释放出来。该技术可以有效解决热能供给和需求不匹配的问题,提高系统能源利用率。热储能储放过程无化学反应、技术参数及过程可控、系统安全性高及储能密度高,可用于以清洁能源和新能源为主的新型电力系统,通过大容量储热可以实现热电解耦,增加火电机组灵活性,还可以消纳间歇性、随机性、波动性的新能源装机出力,实现电网负荷移峰填谷的作用。此外,热储能还可应用在太阳能跨季节储热系统中,将夏天的太阳光热储存,用于冬天供暖使用,实现“零碳供热”。

2.2电化学储能

电化学储能是通过化学反应，将化学能和电能进行互相转换储存能量的一种方式，其发展更侧重于电池系统。燃料电池，例如水－氢－电燃料电池，水电解制氢技术可靠，操作简单，维护方便，无污染，制氢纯度高，但是转换效率在非热电联供时仅为３２％～４８％，有热电联供时６５％～７２％，总体效率低、成本高、工艺尚待完善，在风电系统应用不多。钠离子电池成本低、安全性高、高低温性能较好但是能量密度低，循环寿命低。液流电池规模大、寿命长、功率和容量分离但价格较高、能量密度低、效率相对较低。铅酸电池制作工艺相对成熟，体积小，成本低，但是生命周期短，成本高。锂电池储功率密度低，能量密度、能量转换效率高，响应速度快，适用于短时的功率转换；但随着时间的推移，锂电池容量衰减，使用寿命降低，实际充放电次数减少。

2.3机械储能

机械储能指将多余能量转化为机械能储存起来的一种形式，可进一步分为抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等。其中，抽水蓄能能量释放时间从几个小时到几天，综合效率在７０％至８５％之间；但抽水蓄能电站的建设受地形制约，距离较远时损耗较大。压缩空气储能能量释放时间长，综合效率在６０％～９０％之间；但是建设成本高、安全系数低；飞轮储能功率密度高，寿命长，能量存储时间长，综合效率较高；但需要技术支持较高，比如新材料技术、高功率电力电子变流技术、超导磁悬浮技术，且飞轮本体要求质量轻，摩擦力小，目前并未大量应用。

2.4相变储能技术

在现今的新能源电力系统中，相变储能技术作为一种新型储能技术，在实际使用期间主要借助相变材料来实现热量的释放和吸附。通过这样的方式，可以对能量进行良好储存。对于这一技术而言，由于其自身所具备的能量密度高、使用便捷等优势，将其与熔融盐储能技术进行有机融合，是现阶段最常用的相变储能技术之一。在对电储能技术进行运用时，主要对水储热以及金属储热等方式进行运用。其中，水储热方式在实际运用时，需要利用水来作为介质进行热能储存。对于这一方式来讲，不仅使用期间投入的成本相对较低，且使用过程中更加便于维修与养护。对于金属除热技术来讲，在运用期间需要利用金属材质作为介质，通过金属的固液交换来对能量进行释放与储存。对于这一技术而言，其主要的运用优势是在储能温度与导热系数方面都相对较高。至于熔融盐储能技术，在对其进行运用时，先要对固态无机盐进行加热，在其达到熔融状态后，再利用热循环的方式对其所产生的能量进行储存。这一技术在实际运用期间的主要优势是具有良好的传热性能，且温度范围较大，价格也比较低廉。

2.5物理储能技术

对于物理储能技术来讲，在实际运用的过程中主要包含空气压缩储能、抽水储能和飞轮储能等。空气压缩储能技术成为现阶段物理储能技术中运用相对广泛的一项技术。在对空气压缩储能技术进行运用时，需要将空气压缩并存储在储气罐中，以便在需要时释放气体，通过涡轮机将压缩空气转化为电能输出到电网上；在对抽水储能技术进行运用时，主要是通过将水从低位移动到高位，将其动能成功转化为电能，这样可以实现能量的储存与输出；在对飞轮储存技术进行运用的过程中，需要充分运用高速旋转的飞轮，能够将机械能成功转化为电能，进而实现能量的储存与输出。

结束语

我国为应对能源危机，实现能源转型升级，提出“双碳目标”，大力推动新能源发展、节能减排，以构建清洁、安全、可持续发展的能源系统。能源是人类发展与社会进步的动力，为实现高质量的社会主义现代化国家，推动碳达峰碳中和，我国能源产业也将绿色低碳转型作为高质量发展的战略性任务。其中，储能是在此背景下催生出的新兴行业。目前，我国储能行业处于由商业化初期向规模化发展的过渡阶段，在技术研发、示范项目、商业模式、政策体系等方面均快速发展，形成了以抽水蓄能为主，多种储能技术综合发展的整体趋势。

参考文献

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[3]关新.研究储能技术在新能源电力系统中的应用分析[J].蓄电池,2023(4):181-185.