含分布式電源電網(wǎng)儲能技術綜述

1引言

現(xiàn)今，隨著風電，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)的一個重要組成，然而由于這些能源自己本省具有波動性和隨機性的特點，這些特點現(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)擴大，解決著這個問題將顯得更為迫切。將富余的能量儲存起來，用能高峰期再釋放出來，是解決新能源間歇性的重點。峰會上業(yè)界已經(jīng)取得的共識是：儲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，通過儲能系統(tǒng)來彌補可再生能源發(fā)電的間歇性和不穩(wěn)定性缺陷，從而實現(xiàn)可再生能源電力平滑并入電網(wǎng)[2]。

儲能技術的應用前景廣闊，并有望得到國家大力支持，科技部發(fā)布了的《國家“十二五”科學和技術發(fā)展規(guī)劃》把儲能作為戰(zhàn)略必爭領域。儲能技術將為改變現(xiàn)有的電網(wǎng)發(fā)展模式提供了可能，未來有望大范圍應用。

2儲能技術發(fā)展現(xiàn)狀

2.1國外儲能技術最新發(fā)展

近些年來，世界先進儲能技術得到了各國大力支持，不斷發(fā)展，取得了大量成果。年來，日本、美國以及歐洲等發(fā)達國家對電池儲能技術投入較大，技術領先。日本在鈉硫電池的研究與應用方面走在世界前列。

蓄電池儲能方面，2001 年，加拿大VRB Power Systems 公司在南非建造了250 kW 的全釩液流儲能電池示范系統(tǒng)，實現(xiàn)了全釩液流儲能電池的商業(yè)化運營。VRB Power Systems 公司為澳大利亞Hydro Tasmania on King Island 公司建造的與風能發(fā)電配套的全釩液流儲能電池于2003 年11 月完成，該系統(tǒng)儲能容量為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，儲能容量2 MWh 的全釩液流儲能電池系統(tǒng)。2006 年底該公司開始為愛爾蘭建設迄今為止國際上最大的額定輸出功率2 MW(脈沖輸出功率3 MW)，儲能容量12 MWh 全釩液流儲能電池系統(tǒng)。美國利用日本住友電氣工業(yè)公司和VRB Power Systems 公司的技術，分別建立了2 MW 和6 MW的全釩液流儲能電池示范運行系統(tǒng)[3]。

2003年日本NGK公司生產(chǎn)的鈉硫電池產(chǎn)量為30MW，到2005年達到48MW(960個模塊)，2008年達到90MW的規(guī)模(1800個模塊)，2010年的發(fā)展計劃為年產(chǎn)150MW。在全球已建成100余座鈉硫電池儲能站。2009年，歐盟斥資3千萬歐元在芬蘭聯(lián)合建立了世界上最先進的蓄電池實驗室，電池兼容智能管理和監(jiān)控系統(tǒng)，預計到2012年完成100mAh產(chǎn)品量的擴大。日本日立將在北美市場推出長壽命鉛酸電池，將用于可再生能源并網(wǎng)。該產(chǎn)品已在日本上市，并在8個項目上取得成功。放電時間1-4小時，使用壽命15-17年，可循環(huán)利用。美國通用電氣投資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，不會產(chǎn)生任何有毒化學物質(zhì)排放，并擁有遠程監(jiān)控功能，可回收利用。美國Axion Power國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)能量存儲系統(tǒng)，致力于研發(fā)使用少量鉛的鉛酸電池技術，該種電池可提供與超導儲能相似的高速傳輸速度，具有更快的充電時間和更長的使用壽命，用于含風能、太陽能綜合系統(tǒng)中。

超導儲能，美國能源部克魯克海文國家實驗室、ABB公司、Super Power公司、休斯頓大學獲得420萬美元聯(lián)邦資金、105萬美元配套資金，以用于研究先進的超導儲能系統(tǒng)。美國Beacon電力公司得到能源部4300萬擔保貸款，用于紐約州Stephentown 20MW新型能量存儲概念工程。

壓縮空氣儲能，美國太平洋燃氣與電力公司、PGE公司得到政府資助2500萬美元，美國太平洋燃氣與電力公司、PGE公司將進行一個30萬千瓦壓縮空氣儲能項目的可行性研究，PGE公司將把資金用于項目一期工程，包括許可、聯(lián)網(wǎng)和電廠設計，項目預計建設耗時15年[4]。

飛輪儲能方面，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)動慣量710t·m2)。美國馬里蘭大學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)濟分析表明，運行3年時間可收回全部成本。飛輪儲能技術在美國發(fā)展得很成熟，他們制造出一種裝置，在空轉(zhuǎn)時的能量損耗達到0.1%每小時。歐洲的法國國家科研中心、的物理高技術研究所、意大利的SISE均正開展高溫超導磁懸浮軸承的飛輪儲能系統(tǒng)研究[5]。

2.2中國儲能技術發(fā)展[3]

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

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

2.3 相關專利申請狀況[6]

隨著先進儲能產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，其相關專利申請數(shù)量也急劇增加。日本、美國和中國是先進儲能專利申請最多的國家，也是市場開拓最大的地區(qū)，占據(jù)了世界先進儲能技術領域?qū)＠暾埖那?位。國際先進儲能技術的研發(fā)重點領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域

圖1 世界先進儲能專利申

請前20位國家、組織及區(qū)域分布