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储能技术主要有哪几种?

2023.3.16
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zhaoqisun

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储能,顾名思义,就是把电能储存起来,需要的时候再放出来用,为了探究储存电力的方式,科学家围绕物理、化学、电磁等多个路径探索了数以百计的储能方式,本文主要盘点目前大家提及较多、已经能够商业化的储能技术。

(1)传统储能

抽水蓄能:抽水蓄能是物理机械储能的代表,通过重力将重物提升至高处,以增加其重力势能完成储能。再通过重物下落过程,将重力势能转化为动能进而转化为电能。

抽水蓄能把多余的电力输入抽水机组,利用水坝的高低差,把水从低位抽到高位。当需要用电时,再开闸放水发电。最大的优势是:它所能储备的电量非常大,而且生命周期很长,能够使用50年~60年。可以实现长时储能和4小时~7小时的放电,整体成本最具经济性。

抽水蓄能也是到目前为止,历史最悠久、最成熟、应用最广泛的储能方式:2021年抽水蓄能在全球电力储能累计装机中所占比例为86.2%。

(2)新型储能

在一些没有水源和合适位置,不适宜发展抽水蓄能的地区,新型储能应运而生。(除了抽水蓄能外,只要是新的储存电力的技术,都称为“新型储能”。)

压缩空气储能:在用电低谷时,将空气压缩储存于储气室中,将电能转化为空气能存储起来;在用电高峰时释放高压空气,带动发电机发电。

在实际应用中,经常是去寻找矿洞来作为天然的储气室,因此压缩空气储能的成本较低。目前压缩空气储能的效率约为70%,与效率较高的电池(85%~90%)相比相对较低。且响应速度较慢,负荷从0到100%的正常响应时间需要3~9分钟。

飞轮储能:利用电动机带动飞轮高速旋转,实现电能和动能的双向转换,能达到毫秒级的快速响应。飞轮储能技术主要应用于“有轮子”的场景,如城市轨道交通车站。列车在制动(也就是人们常说的“刹车”)过程中会产生数量可观的能量,具有回收利用价值。

电化学储能:本质上就是把电能储存成化学能,再用化学电池的机制放出来,放到电网中变回电能,电化学储能目前被提及较多的是锂离子电池储能、铅酸电池储能、钠离子电池储能、氢储能、液流储能等技术。

①铅酸电池储能:我们日常使用的电瓶车、电动三轮车以及摩托车里面使用的就是铅酸电池,铅酸电池的储能成本低,可靠性好,效率较高,是我国早期大规模电化学储能的主导技术路线,但铅酸电池用于大型电站的时有着寿命较短的缺陷。且对环境影响较大。

②锂电池储能:锂电池储能是目前电化学储能中最耀眼的一种,技术成熟、响应速度快、寿命长。其充放电原理,简单来说就是利用锂离子的运动。当对锂电池进行充电操作的时候,电池正极会有锂离子生成,锂离子可以通过电解液,运动到电池的负极,到达负极的锂离子数量越多,则充电时的电池容量也会变得更高。

根据正极材料的不同,锂离子电池又分为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和三元电池等,其中磷酸铁锂电池能量密度适中,安全性、使用寿命均优于其他电池类型,且成本相较于其他锂电池更低。

③钠电池储能:钠电池的放电时间、效率以及循环寿命与锂电池相似,改变的是依靠钠离子在正极和负极之间移动来运作,替代了锂离子。

相比较于锂离子电池,钠离子电池性价比更高,原材料成本是锂电池的一半。且因为没有过度放电的特性,钠离子电池的安全性也比锂离子更高。但钠离子目前最致命的缺点也是寿命较短。(锂电池回收寿命6000次,而钠离子电池回收寿命只有1500次。)

电化学储能技术目前应用率仅次于抽水蓄能的储能技术。根据《2022储能产业应用研究报告》,2021年我国电化学储能累计装机规模为5.1GW,占我国所有新型储能装机的89%左右。

氢能源储能:氢储能指的是通过环保可循环能源制氢,通过能量在不同载体的转换例如燃料电池系统进行发电并网,实现调峰、调频。氢储能最直接的应用将多产生的电力用来制造可储存的氢气,能储用较长时间,1Nm³氢气大约可产生1.35kWh 电能。

氢能源储能具备元素资源丰富、储能时间长、能量密度大等优势,是未来最具备优势的储能方案。但目前成本较高,且技术不够完善,尚未大规模商用。

目前来说,氢能源储能成本较高,且技术不完善!现在的氢能就像5-10年前的锂电池和光伏,虽然还未大规模商用,但从技术进步和商用进展上,正处在爆发前夜。


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