新能源发电的储能技术

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摘要：结合国内外各种新能源发电状况，介绍目前应用于新能源发电系统中的各种储能技术。

由于风能、太阳能、海洋能等多种新能源发电受到气候和天气影响，发电功率难以保证平稳，而我们知道电力系统要求是供需一致，电能消耗和发电量相等，一旦这平衡遭到破坏，轻则电能质量恶化，造成频率和电压不稳，重则引发停电事故，为了解决这一问题，在风力发电、太阳能光伏发电或者太阳能热发电等新能源发电设备中都配备有储能装置，在电力充沛时，多余电力可以储存起来，在晚上、弱风或者超大风发电机组停运或者停运机组过多，发电量不足的时候释放出来以满足负荷需求。

1 蓄电池

蓄电池有着漫长的历史。铅酸蓄电池是最老也是最成熟的，可组成蓄电池组来提高容量，优点是成本低，缺点是电池寿命比较短。此后各种新型蓄电池相继研发成功，并逐渐应用于电力系统中。蓄电池储能得到广泛应用。风力发电、太阳能光伏发电中，由于发电受季节、气候影响大，发电功率随机性大，蓄电池是必备的储能装置。

2 抽水储能电站

在电力系统中，用抽水储能电站来大规模解决负荷峰谷差。在技术上成熟可靠，容量仅受到水库容量的限制。抽水储能是电力系统中应用最为广泛的一种储能技术。抽水储能必须具有上下水库，利用电力系统中多余的电能、把下水库(下池)的水抽到上水库(上池)内，以位能的的方式蓄能;现在抽水储能电站的能量转换效率已经提高到了75%以上。

除蓄电池和抽水储能电站这些储能方式，新发展起来的有超导储能、飞轮储能、超级电容器储能、氢储能等。

3 超导储能

超导储能系统(SMES)利用由超导线制成的线圈，将电网供电励磁产生的磁场能量储存起来，在需要的时候再将储存的电能释放回电网或作为它用，超导储能主要受到运行环境的影响，即使是高温超导体也需要运行在液氮的温度下，目前技术还有待突破。文献[1]建立了超导储能装置在暂态电压稳定性分析中的简化数学模型，仿真结果表明，超导储能装置安装在动态负荷处，采用无功-电压控制方式能够有效地提高系统的暂态电压稳定性。

4 飞轮储能

飞轮储能是一个被人们普遍看好的大规模储能手段，主要源于三个技术点的突破，一是高温超导磁悬浮方面的发展，使磁悬浮轴承成为可能，这样可以让摩擦阻力减到很小，能很好地实现储能供能;二是高强度材料的出现，使飞轮能以更高的速度旋转，储存更多的能量;三是电力电子技术的进步，使能量转换，频率控制能满足电力系统稳定安全运行的要求。文献[2]验证了飞轮储能装置的有效性，可以对电压和波形质量进行严格的监视和控制。文献[3]提出了用于电力系统的飞轮储能系统基本构成方式，并采用四阶龙格库塔方法对其进行了仿真计算。成功进行了飞轮储能系统加速储能实验以及飞轮储能系统与电力系统同步运行控制试验，为研制大容量飞轮储能系统奠定了基础。

5 超级电容器储能

超级电容器(super capacitor)，又叫双电层电容器(Electrical Doule Layer Capacitor)、黄金电容、法拉电容，通过极化电解质来储能。它是一种电化学元件，但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因此超级电容器可以反复充放电数十万次。超级电容器可以被视为悬浮在电解质中的两个无反应活性的多孔电极板，在极板上加电，正极板吸引电解质中的负离子，负极板吸引正离子，实际上形成两个容性存储层，被分离开的正离子在负极板附近，负离子在正极板附近。

超级电容器是建立在德国物理学家亥姆霍兹提出的界面双电层理论基础上的一种全新的电容器。众所周知，插入电解质溶液中的金属电极表面与液面两侧会出现符号间产生电位差。那么，如果在电解液中同时插入两个电极，并在其间施加一个小于电解质溶液分解电压的电压，这时电解液中的正、负离子在电场的作用下会迅速向两极运动，并分别在上下两电极的表面形成紧密的电荷层，即双电层，它所形成的双电层和传统电容器中的电介质在电场作用下产生的极化电荷相似，从而产生电容相反的过剩电荷，从而使相效应，紧密的双电层近似于平板电容器，但是，由于紧密的电荷层间距比普通电容器电荷层间的距离更小得多，因而具有比普通电容器更大的容量。

超级电容器与常规电容器相比，具有更高的介电常数，技术难点在于耐压能力仍然不够高，虽然说比起常规电容器，超级电容器的耐压水平要高很多，但是仍然不够高，目前即使是陶瓷超级电容器的耐压水平最高也只能承受1 kV左右，我们知道电容器储存的能量E = CV2/2。如果能解决耐压能力这一技术难点，超级电容器的容量将大大提高。文献[4]阐述了超级电容器的原理、分类和性能特点，并讲述了其在电力系统和在其它方面的应用。目前超级电容器用在小电器上比较多，如用作电动玩具等小运动器件的电源，或用作计算机等耗电量比较小的器件的后备电源。

6 氢储能

氢储能在电力供过于求的时候采用电解水的方式获得氢，然后低温液态存储起来，在需要的时候通过燃烧产生能量，氢也是燃料电池的主要燃料之一。目前氢能的生产成本是汽油的4～6倍，其运输、存储、转化过程的成本也都较化石能源高。有人提出利用太阳能，风能和水能发电电解水，真正实现新能源产生新能源，并达到储存能量效果，真正实现“清洁能源的可持续利用”。

7 结束语

本文综述了各种储能技术在新能源发电系统中的应用。成本过高是限制它们大量推广应用的瓶颈，因此通过技术革新降低成本将是今后新储能技术的重要研究方向。

参考文献

[1] 周双喜，吴畏，吴俊玲，安宁，超导储能装置用于改善暂态电压稳定性的研究[J]. 电网技术;2004，28(8)：1～5.

[2] 于希娟，袁清芳. 飞轮储能技术及其在配电网中的应用[J].电世界，2006，47(11)：10～11.

[3] 张建成，陈志业. 飞轮储能系统及其运行控制技术研究[J].中国电机工程学报，2003，23(3)：108～111.

[4] 张步涵，王云玲，曾杰. 超级电容器储能技术及其应用[J].水电能源科学，2006，24(5)：50～52.

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