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3.2压缩空气储能技术
压缩空气储能技术(CAES)通常匹配燃气轮机使用,利用负荷低谷时的剩余电力压缩空气,并储藏在高压密封设施内,在用电高峰将其释放参与燃气轮机发电。在燃气轮机发电过程中,燃料转化的大部分轴功被用于压缩空气,采用CAES的系统因减少了空气压缩耗能,其燃料消耗要比常规燃气轮机少,同时也降低了压缩机投资。目前,储气站采用报废矿井、沉降在海底的储气罐、山洞、废弃油气藏和新建储气井等多种模式,其中最理想的是水封恒压储气站,能保持输出恒压气体,保障燃气轮机的稳定运行[2,5,6]。
CAES技术响应速度快,主要用于削峰填谷、平衡负荷、频率调制和发电系统备用等。未来对CAES技术的改进围绕减小储存压缩空气场地对周边环境的影响和降低化石燃料消耗等方面[1]。
3.3飞轮储能技术
飞轮储能系统由高速飞轮、轴承支撑系统、电动机/发电机、功率变换器、电子控制系统和真空泵、紧急备用轴承等附加设备组成。在负荷低谷时,飞轮系统消耗电能,带动飞轮高速旋转,以动能的形式储存能量,完成电能—机械能的转换;当负荷高峰时,高速旋转的飞轮作为原动机拖动发电机发电,完成机械能—电能转换的能量释放过程。
飞轮储能能量效率在90%以上,使用寿命长达20年,工作温区为-40~50℃,无噪声,无污染,维护简单,可连续工作,模块式组合后可以达到兆瓦级。
输出持续时间为数分~数小时,主要用于不间断电源/应急电源、电网调峰和频率控制等[2,7~9]。
3.4超导储能技术
超导储能系统(SMES)利用超导体制成的线圈储存磁场能量,功率输送时无需能源形式的转换,具有响应速度快(毫秒级)、转换效率高(≥96%)
、比容量(1~10W˙h/kg)/比功率(104~105kW/kg)大等优点,可以实现与电力系统的实时大容量能量交换和功率补偿。SMES在技术方面相对简单,没有旋转机械部件和动密封问题。SMES可以满足输配电网电压支撑、功率补偿、频率调节、提高系统稳定性和功率输送能力的要求[2,10,11]。
SMES的发展重点是基于高温超导涂层导体研发适于液氮温区运行的MJ级系统,解决高场磁体绕组力学支撑问题,并与柔性输电技术相结合,进一步降低成本,结合实际系统探讨分布式SMES及其有效控制和保护策略[2]。
3.5超级电容器储能技术
超级电容器根据电化学双电层理论研制,可提供强大的脉冲功率,充电时处于理想极化状态的电极表面,电荷将吸引周围电解质溶液中的异性离子,使其附于电极表面,形成双电荷层,构成双电层电容。由于电荷层间距非常小,加之采用特殊电极结构,电极表面积成万倍增加,从而产生极大的电容量。但由于电介质耐压低,存在漏电流,储能量与保持时间受限,必须串联使用,以增加充放电控制回路和系统体积。
超级电容器历经多年发展,已形成系列产品,系统最大储量达30MJ。超级电容器价格较高,在电力系统中多用于短时间、大功率的负载平滑和电能质量高峰值功率场合,如大功率直流电机的启动支撑、动态电压恢复器等,在电压跌落和瞬态干扰期间提高供电质量[2,12]。
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