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压缩空气蓄能的一大缺陷在于效率较低。据悉,德国的压缩空气储能工厂,效率只有42%。储能效率低的原因在于空气受到压缩时温度会升高,空气释放膨胀的过程中温度会降低。现有的压缩空气蓄能系统在压缩空气过程中一部分能量以热能的形式散失,在膨胀之前就必须要重新加热。通常以天然气作为加热空气的热源。这就导致蓄能效率降低,温室气体排放量增加[2];
b)抽水蓄能技术是指在电力负荷低谷期将水从下水库抽到上水库,将电能转化成水势能储存起来,在电力负荷高峰期,释放上水库中的水发电。抽水蓄能电站是目前最常用的大规模储能技术,主要用于电力系统削峰填谷、调频调相和紧急事故备用等。抽水蓄能电站具有技术成熟、效率高、容量大、储能周期不受限制等优点。但抽水蓄能电站需要合适的地理条件建造水库和水坝,建设周期长、初期投资巨大等缺点。通常抽水蓄能电站按照有无天然径流分为两类:(a)纯抽水蓄能电站,上水库没有或只有很少的天然径流,水体上、下水库间循环使用,主要承担调峰填谷、事故备用等任务,而不承担常规发电等任务;(b)混合式抽水蓄能电站,上水库有天然径流,既利用天然径流承担常规发电和水能综合利用等任务,又承担调峰填谷、事故备用等任务;
c)超级电容器,也称电化学电容器,是介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置,其结构和电池的结构类似,主要包括双电极、电解质、集流体和隔离物四个部分,具有功率密度高、循环寿命长、低温性能好、安全、可靠和环境友好等优点。但由于电介质耐压低,存在漏电流,储存能量和保持时间受到限制。目前,超级电容器主要是基于多孔炭电极/电解液界面的双电层电容,或金属氧化物或导电聚合物产生的准电容来实现能量的储存。超极电容器可广泛应用于电动汽车、不间断电源、通讯和航空航天等领域。其优越的性能和广阔的应用前景引起了世界各国的关注,一些国家还建立了专门的国家管理机构,如美国的USABC、日本的SUN、俄罗斯的REVA等。目前,进一步提高超级电容的能量密度和功率密度,是超级电容技术的主要发展趋势;
d)超导蓄能是一种无需经过能量转换而直接储存电能的方式,它将电流导入电感线圈,由于线圈由超导体制成,理论上电流可以无损失地不断循环,直到导出。目前,超导线圈采用的材料主要有铌钛(NbTi)和铌三锡(Nb3Sn)超导材料、铋系和钇钡铜氧(YBCO)高温超导材料等,这些材料的共同特点是需要运行在液氦或液氮的低温条件下才能保持超导特性。因此,目前1个典型的超导磁蓄能装置包括超导磁体单元、低温恒温以及电源转换系统等。 超导磁蓄能具有能量转换效率高(可达95%)、毫秒级响应速度、大功率和大容量系统、寿命长等特点,但与其它技术相比,超导蓄能系统的超导材料及维持低温的费用较高。未来要实现超导磁蓄能的大规模应用,仍需在发展适合液氮温区运行的MJ级系统的超导体,解决高场磁体绕组力学支撑问题,与柔性输电技术结合,进一步降低投资和运行成本,分布式超导磁储能及其有效控制和保护策略等方面开展研究。
1.2现有各蓄能技术优缺点比较
现有各蓄能技术优缺点比较见表1。
表1 现有蓄能技术比较表
--储存容量储能周期输出电压转换效率建造成本运行成本应用范围
抽水蓄能容量大较长较稳定较高高较低固定电源
压缩空气蓄能 容量大较长较稳定低高较高固定电源
超级电容器容量小较 短衰减快较低较低较高移动电源
超导蓄能容量小较长衰减慢高高高移动电源
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