含分布式電源電網(wǎng)儲(chǔ)能技術(shù)綜述

1引言

現(xiàn)今，隨著風(fēng)電，光伏發(fā)電等這些間歇性能源的快速發(fā)展，使得這些能源成為電力系統(tǒng)的一個(gè)重要組成，然而由于這些能源自己本省具有波動(dòng)性和隨機(jī)性的特點(diǎn)，這些特點(diǎn)現(xiàn)今又成了新能源自身發(fā)展的障礙，隨著新能源發(fā)電規(guī)模的繼續(xù)擴(kuò)大，解決著這個(gè)問題將顯得更為迫切。將富余的能量?jī)?chǔ)存起來，用能高峰期再釋放出來，是解決新能源間歇性的重點(diǎn)。峰會(huì)上業(yè)界已經(jīng)取得的共識(shí)是：儲(chǔ)能正是從根本上解決可再生能源發(fā)電接入問題的最有效途徑，通過儲(chǔ)能系統(tǒng)來彌補(bǔ)可再生能源發(fā)電的間歇性和不穩(wěn)定性缺陷，從而實(shí)現(xiàn)可再生能源電力平滑并入電網(wǎng)[2]。

儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用前景廣闊，并有望得到國(guó)家大力支持，科技部發(fā)布了的《國(guó)家“十二五”科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃》把儲(chǔ)能作為戰(zhàn)略必爭(zhēng)領(lǐng)域。儲(chǔ)能技術(shù)將為改變現(xiàn)有的電網(wǎng)發(fā)展模式提供了可能，未來有望大范圍應(yīng)用。

2儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1國(guó)外儲(chǔ)能技術(shù)最新發(fā)展

近些年來，世界先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)得到了各國(guó)大力支持，不斷發(fā)展，取得了大量成果。年來，日本、美國(guó)以及歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)電池儲(chǔ)能技術(shù)投入較大，技術(shù)領(lǐng)先。日本在鈉硫電池的研究與應(yīng)用方面走在世界前列。

蓄電池儲(chǔ)能方面，2001 年，加拿大VRB Power Systems 公司在南非建造了250 kW 的全釩液流儲(chǔ)能電池示范系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了全釩液流儲(chǔ)能電池的商業(yè)化運(yùn)營(yíng)。VRB Power Systems 公司為澳大利亞Hydro Tasmania on King Island 公司建造的與風(fēng)能發(fā)電配套的全釩液流儲(chǔ)能電池于2003 年11 月完成，該系統(tǒng)儲(chǔ)能容量為800 kWh，輸出功率為250 kW。2004 年2 月，VRB Power Systems 公司又為castle Valley，Utah Pacific Corp 公司建造了輸出功率250 kW，儲(chǔ)能容量2 MWh 的全釩液流儲(chǔ)能電池系統(tǒng)。2006 年底該公司開始為愛爾蘭建設(shè)迄今為止國(guó)際上最大的額定輸出功率2 MW(脈沖輸出功率3 MW)，儲(chǔ)能容量12 MWh 全釩液流儲(chǔ)能電池系統(tǒng)。美國(guó)利用日本住友電氣工業(yè)公司和VRB Power Systems 公司的技術(shù)，分別建立了2 MW 和6 MW的全釩液流儲(chǔ)能電池示范運(yùn)行系統(tǒng)[3]。

2003年日本NGK公司生產(chǎn)的鈉硫電池產(chǎn)量為30MW，到2005年達(dá)到48MW(960個(gè)模塊)，2008年達(dá)到90MW的規(guī)模(1800個(gè)模塊)，2010年的發(fā)展計(jì)劃為年產(chǎn)150MW。在全球已建成100余座鈉硫電池儲(chǔ)能站。2009年，歐盟斥資3千萬(wàn)歐元在芬蘭聯(lián)合建立了世界上最先進(jìn)的蓄電池實(shí)驗(yàn)室，電池兼容智能管理和監(jiān)控系統(tǒng)，預(yù)計(jì)到2012年完成100mAh產(chǎn)品量的擴(kuò)大。日本日立將在北美市場(chǎng)推出長(zhǎng)壽命鉛酸電池，將用于可再生能源并網(wǎng)。該產(chǎn)品已在日本上市，并在8個(gè)項(xiàng)目上取得成功。放電時(shí)間1-4小時(shí)，使用壽命15-17年，可循環(huán)利用。美國(guó)通用電氣投資1.6億美元研發(fā)專門用于電力系統(tǒng)的特殊Duration鈉鹵電池系統(tǒng)，使用壽命20年。能在極端溫度條件下發(fā)揮最佳性能，不會(huì)產(chǎn)生任何有毒化學(xué)物質(zhì)排放，并擁有遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，可回收利用。美國(guó)Axion Power國(guó)際公司獲得賓夕法尼亞州能源開發(fā)局撥款248650美元，用于研究智能電網(wǎng)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)，致力于研發(fā)使用少量鉛的鉛酸電池技術(shù)，該種電池可提供與超導(dǎo)儲(chǔ)能相似的高速傳輸速度，具有更快的充電時(shí)間和更長(zhǎng)的使用壽命，用于含風(fēng)能、太陽(yáng)能綜合系統(tǒng)中。

超導(dǎo)儲(chǔ)能，美國(guó)能源部克魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、ABB公司、Super Power公司、休斯頓大學(xué)獲得420萬(wàn)美元聯(lián)邦資金、105萬(wàn)美元配套資金，以用于研究先進(jìn)的超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)。美國(guó)Beacon電力公司得到能源部4300萬(wàn)擔(dān)保貸款，用于紐約州Stephentown 20MW新型能量存儲(chǔ)概念工程。

壓縮空氣儲(chǔ)能，美國(guó)太平洋燃?xì)馀c電力公司、PGE公司得到政府資助2500萬(wàn)美元，美國(guó)太平洋燃?xì)馀c電力公司、PGE公司將進(jìn)行一個(gè)30萬(wàn)千瓦壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目的可行性研究，PGE公司將把資金用于項(xiàng)目一期工程，包括許可、聯(lián)網(wǎng)和電廠設(shè)計(jì)，項(xiàng)目預(yù)計(jì)建設(shè)耗時(shí)15年[4]。

飛輪儲(chǔ)能方面，日本已經(jīng)制造出界上容量最大的變頻調(diào)速飛輪蓄能發(fā)電系統(tǒng)(容量26.5MVA，電壓1100V，轉(zhuǎn)速510690r/min，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量710t·m2)。美國(guó)馬里蘭大學(xué)也已研究出用于電力調(diào)峰的24kwh的電磁懸浮飛輪系統(tǒng)。飛輪重172.8kg，工作轉(zhuǎn)速范圍11，610—46，345rpm，轉(zhuǎn)速為48，784rpm，系統(tǒng)輸出恒壓110-240V，全程效率為81%。經(jīng)濟(jì)分析表明，運(yùn)行3年時(shí)間可收回全部成本。飛輪儲(chǔ)能技術(shù)在美國(guó)發(fā)展得很成熟，他們制造出一種裝置，在空轉(zhuǎn)時(shí)的能量損耗達(dá)到0.1%每小時(shí)。歐洲的法國(guó)國(guó)家科研中心、的物理高技術(shù)研究所、意大利的SISE均正開展高溫超導(dǎo)磁懸浮軸承的飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)研究[5]。

2.2中國(guó)儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展[3]

在大規(guī)模電池儲(chǔ)能裝置技術(shù)方面，我國(guó)起步較晚，與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家還有較大差距，主要表現(xiàn)在：一是設(shè)備容量規(guī)模還較小;二是設(shè)備的壽命短、利用效率低;三是設(shè)備的智能化水平薄弱。在儲(chǔ)能應(yīng)用方面我國(guó)距國(guó)外先進(jìn)水平差距也很大，國(guó)外已經(jīng)有數(shù)十套儲(chǔ)能電站投入運(yùn)行，國(guó)內(nèi)還沒有大容量電池儲(chǔ)能裝置的示范工程投入運(yùn)行。

目前，我國(guó)電池儲(chǔ)能的應(yīng)用規(guī)模還很小，但隨著國(guó)家能源政策的調(diào)整和節(jié)能環(huán)保政策逐步落實(shí)，其應(yīng)用規(guī)模預(yù)計(jì)也將逐步擴(kuò)大。上海市電力公司已經(jīng)建設(shè)包括漕溪站、前衛(wèi)站、白銀站三個(gè)儲(chǔ)能示范電站，電力調(diào)度中心可以直接通過電網(wǎng)儲(chǔ)能管理系統(tǒng)對(duì)分布于各地的儲(chǔ)能站實(shí)施統(tǒng)一調(diào)度與遠(yuǎn)程監(jiān)控。BYD 在深圳龍崗建立了一座1 MW(4MWh)儲(chǔ)能電站。

2.3 相關(guān)專利申請(qǐng)狀況[6]

隨著先進(jìn)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，其相關(guān)專利申請(qǐng)數(shù)量也急劇增加。日本、美國(guó)和中國(guó)是先進(jìn)儲(chǔ)能專利申請(qǐng)最多的國(guó)家，也是市場(chǎng)開拓最大的地區(qū)，占據(jù)了世界先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)的前3位。國(guó)際先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)的研發(fā)重點(diǎn)領(lǐng)域主要包括燃料電池輔助裝置方法、燃料電池零部件、活性材料組成或包括活性材料的電極、用催化劑活化的惰性電極、燃料電池及其制造等領(lǐng)域

圖1 世界先進(jìn)儲(chǔ)能專利申

請(qǐng)前20位國(guó)家、組織及區(qū)域分布