基本介紹
- 中文名：儲能系統
- 外文名：energy storage
- 實質：人為劃定的物體或空間範圍
- 組成：輸入、輸出設備、轉換和儲存設備
- 作用：對儲能過程進行分析
- 評價指標：儲能密度、儲能功率等
任務與作用,儲能系統要求,儲能技術方法,開發進展,
任務與作用
由於人們所需的能源都具有很強的時間性和空間性，為了合理利用能源並提高能量的利用率，需要使用一種裝置，把一段時期內暫時不用的多餘能量通過某種方式收集並儲存起來，在使用高峰時再提取使用，或者運往能量緊缺的地方再使用，這種方法就是能量存儲。
能量儲存系統的基本任務是克服在能量供應和需求之間的時間性或者局部性的差異。產生這種差異有兩種情況，一種是由於能量需求量的突然變化引起的，即存在高峰負荷問題，採用儲能方法可以在負荷變化率增高時起到調節或者緩衝的作用。由於一個儲能系統的投資費用相對要比建設一座高峰負荷廠低，儘管儲能裝置會有儲存損失，但由於儲存的能量是來自工廠的多餘能量或新能源，所以它還是能夠降低燃料費用的。另一種是由於一次能源和能源轉換裝置之類的原因引起的，則儲能系統(裝置)的任務則是使能源產量均衡，即不但要削減能源輸出量的高峰，還要填補輸出量的低谷(即填谷)。
例如，太陽能熱利用系統中，需要設定儲能器。太陽能熱利用的工作原理如圖1所示，熱流離開集熱器後入儲能器，然後經過熱能轉換器供給熱機。在沒有太陽光期問，冷流體直接經過儲能器，提取存儲的熱量並傳給熱機工作。
圖1 太陽能熱利用的工作原理
所以，能源儲存系統可以儲存多餘的熱能、動能、電能、位能、化學能等，改變能量的輸出容量、輸出地點、輸出時間等。
儲能系統要求
對於不同套用目的有各自的儲能要求，但歸納起來，一個良好的儲能系統共有的特性如下。
①單位容積所儲存的能量(容積儲熱密度)高，即系統儘可能儲存多的能量。如高能電池，由於其能量密度比普通電池要大，使用壽命也較長，深受消費者歡迎。
②具有良好的負荷調節性能。能源儲能系統在使用時，需要根據用能一方的要求調節其釋放能量的大小，負荷調節性能的好壞決定著系統性能的優劣。
③能源儲存效率要高。能量儲存時離不開能量傳遞和轉換技術，所以儲能系統應能不需過大的驅動力而以最大的速率接收和釋放能量。同時儘可能降低能量存儲過程中的泄漏、蒸發、摩擦等損耗，保持較高的能源儲存效率。
④系統成本低、長期運行可靠。如果能源儲存裝置在經濟上不合理，就不可能得到推廣套用。
儲能技術方法
儲能主要包括熱能、動能、電能、電磁能、化學能等能量的存儲，儲能技術方法見表1.5。儲能技術的研究、開發與套用主要是以儲存熱能、電能為主，廣泛套用於太陽能利用、電力的“移峰填谷”、廢熱和餘熱的回收以及工業與民用建築和空調的節能等領域。
儲能技術方法
(1)熱能存儲技術
熱能存儲就是把一個時期內暫時不需要的多餘熱量通過某種方法儲存起來，等到需要時再提取使用。包括顯熱儲能技術、潛熱儲能技術、化學反應熱儲能技術三種，三種熱能存儲的比較見表1.6。
三種熱能存儲的比較
顯熱儲能技術是通過加熱儲能介質提高其溫度，而將熱能儲存其中。常用的顯熱儲能材料有水、土壤和岩石等。在溫度變化相同的條件下，如果不考慮熱損失，那么單位體積的儲熱量水最大，土壤其次，岩石最小。世界上已有不少國家都對這些儲熱材料進行了試驗和套用。就目前來說，這是一種技術比較成熟、效率比較高、成本又比較低的儲能方法。
潛熱儲能技術是利用儲能介質液相與固相之間的相變時產生的熔解熱將熱能儲存起來的。實際套用的潛熱儲能介質，有十水硫酸鈉(化學式是Na2S04·10H20)、五水硫代硫酸鈉(化學式是Na2S04·5H20)和六水氯化鈣(化學式是CaCl2·6H20)等。該技術的特點是在低溫下儲能，具有較高的儲能量密度，可在一定的相變溫度下取出熱量，但是儲能媒介物價格昂貴，容易腐蝕，有的介質還可能產生分解反應，儲存裝置也較顯熱型複雜，技術難度
較大。
化學能存儲技術利用能量將化學物質分解後分別儲存能量，分解後的物質再化合時，即可放出儲存的熱能。可以利用可逆分解反應、有機可逆反應和氫化物化學反應三種技術實現，其中氫化物化學反應技術是最有發展潛力的，國內外都正在進行深入的研究，如果能夠取得突破性的成功，就將為解決能源短缺的問題提供良好的途徑。
(2)電能存儲技術
工業上已套用的電能存儲技術主要有三種，分別為水力儲能技術、壓縮空氣儲能技術、飛輪儲能技術。水力儲能技術是最古老的、技術最成熟的、設備容量最大的商業化技術，全世界已有約500座水力儲能電站，其中容量超過1000MW的有35座。水力儲能系統一般有兩個大的儲水庫，一個處於較低位置，另外一個則位於較高的提升位置。在用電低峰期，將水從位置較低的水庫送到位置高的儲水庫中去儲存起來。當需要電能時，可以藉助高位水庫水流的勢能推動水能機發電。
壓縮空氣儲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、地下儲水層等。當用電負荷較大時，壓縮空氣就可與燃料燃燒，產生高溫、高壓燃氣，驅動燃氣輪機做功產生電能。套用的機組設備容量已達到幾百兆瓦。如裝機容量為290MW的德國芬道爾夫電站1980年就已投入使用。
飛輪儲能發電技術是一種新型技術，它與電力網連線實現電能的轉換。飛輪儲能發電系統如圖1．12所示，該系統主要由電機、飛輪、電力電子變換器等設備組成。飛輪儲能的基本原理就是在電力富裕條件下，將電力系統中的電能轉換成飛輪運動的動能。而當電力系統電能不足時，再將飛輪運動的動能轉換成電能，供電力用戶使用。與其他儲能技術相比，飛輪儲能技術具有效率高(80%～90%)、成本低、無污染、儲能迅速、技術可靠等優點，受到日本、美國、德國研究工作者的關注。如日本沖繩電力公司開發了210MJ的飛輪儲能系統；德國1996年研製了儲能5MW·h/100MW·h的超導磁懸浮儲能飛輪儲能電站，系統效率達96%。
圖1.12 飛輪儲能發電系統
開發進展
美國大規格鋰離子(Li-ion)可充電電池和能源儲存系統(ESS)的製造商、設計商和開發商國際電池(International Battery)公司於2010年11月1日宣布，推出lBexus-24V-4.1kW·h鋰離子能源儲存系統，可很好地適用於太陽能和其他可再生能源的儲存。Ibexus產品家族第一款為新的八電池24V ESS模組，已供充電能量儲存需求用於不同的項目，IB24V 008 ESS為4.1kW·h系統，含有八個160Ah鋰離子磷酸鹽電池呈串聯排列。該電池系統符合接觸器、電池變換和熱管理控制標準。對於易用的通訊，系統包括RS232、RS485、CANbus、Modbus或Ethernet通訊和數據記錄功能。電池管理系統(BMS)可使電池性能最大化、提高安全和監控水平/平衡各個電池。
陶氏化學公司於2010年11月2日宣布，將開展新的業務，製造先進電池材料，以用於能量儲存工業。初步重點致力於汽車市場。陶氏化學公司將出售這些先進材料，這些先進材料將可用於可充電的鋰離子電池製造，以生產可長時間工作、提高電力和長工作壽命的電池。能量儲存工業中改進的電池性能是可大大提升該工業的產品性能和動態性能的關鍵需求，因此，可為電池化學材料的解決方案創造大的發展機遇一陶氏化學公司承諾為滿足能量儲存工業短期和中期的需求，將實施綜合的和多方位的商業化材料發展戰略。
美國Contour能量系統(Contour Energy Systems)公司於2010年11月2日宣布，與CalTeeh和CNRS公司合作，開發出新的氟基電池化學、納米材料化學和製造工藝，套用於鋰離子電池能量儲存系統，這種專有的鋰離子電池氟化生產工藝和氟化多層的碳納米材料已申請專利(US 7794880)。這些技術將產生長期持久的攜帶型電力解決方案，與傳統的鋰電池相比，具有較大的電力和能量密度。這一技術初步已在美國加利福尼亞技術研究院CNRS公司、法國國家科學研究中心完成開發，Contour能量系統公司在世界上擁有技術許司權，涉及先進電池和電化學系統技術。氟化製造工藝是Contour能量系統公司的氟化碳電泄獨有的特徵工藝。這一專有的工藝將氟引人多層碳納米材料中，與傳統的氟化碳材料相比可提供完全不同的分子結構。這種新的結構與使用新的多層碳納米材料相結合，比現有類翌的電池具有很大的優點，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、翅長自身壽命和防止過熱，所有這些可最佳化套用於一些特定的套用中。
國際電池公司(International Battery)於2010年11月15日宣布，接受美國賓夕法尼亞能源開發局(PEDA)80萬美元的資助，開發、設計、製造和試驗800kW·h的大型能量儲存系統(BESS)，擴大到1MW。這使國際電池公司擁有迄今為止最大的電池系統，業已完成的能量儲存系統將驗證採用大格式鋰電池的優點，它可套用於可再生能源集成和智慧型電網支持。該儲存系統採用國際電池公司的大格式鋰電池和電池管理系統(BMS)(變換器)以及控制/通訊系統構成，800kW·h系統的初步設計工作已在進行中，將於201 1年第二季度進行測試。該公司設定BESS用於與可再生能源和智慧型電網進行集成二該電池組裝採用水基工藝，代替常用的使用大量有機溶劑化學品。
韓國SK能源公司與中國台灣台塑集團於2010年12月29日簽約，建立開發同定式鋰離子能量儲存系統戰略合作夥伴，台塑集團是台灣最大的公司和亞洲最大的私營石化公司。按照簽署的諒解備忘錄，由台塑集團開發和生產的陰極將套用於由SK能源公司生產的能量儲存系統(ESS)。兩家公司將合作完成這項工作。能量儲存系統(ESS)是一種大型電池，與電動汽車現用的電池相比，可儲存高達1000多倍的能量SK能源公司表示，與台塑集團合作將有助於開發安全的能量儲存系統(ESS)，也將有助於使ESS進入中國市場，中國現是世界新能源和可再生能源最大的市場．
