在对储能过程进行分析时,为了确定研究对象而划出的部分物体或空间范围,称为储能系统。它包括能量和物质的输入和输出、能量的转换和储存设备。储能系统往往涉及多种能量、多种设备、多种物质、多个过程,是随时间变化的复杂能量系统,需要多项指标来描述它的性能。常用的评价指标有储能密度、储能功率、蓄能效率以及储能价格、对环境的影响等。
按照能量储存方式,储能可分为物理储能、化学储能、电磁储能三类,其中物理储能主要包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等,化学储能主要包括铅酸电池、锂离子电池、钠硫电池、液流电池等,电磁储能主要包括超级电容器储能、超导储能。
电池储能
大功率场合一般采用铅酸蓄电池,主要用于应急电源、电瓶车、电厂富余能量的储存。小功率场合也可以采用可反复充电的干电池:如镍氢电池,锂离子电池等。
全钒液流电池,是一种通过钒离子价态变化,实现化学能到电能的往复转换,从而将风力或太阳能所产生力存储与释放的大型储能电池,业内形象地称之为“电力银行”。美国、日本等发达国家用于电站调峰和风力储能的钒电池产业发展迅速,技术已经基本成熟。 相比锂电池,全钒液流电池最大的好处是不燃烧,不爆炸。
电感器储能
电感器本身就是一个储能原件,其储存的电能与自身的电感和流过它本身的电流的平方成正比:E = L*I*I/2。由于电感在常温下具有电阻,电阻要消耗能量,所以很多储能技术采用超导体。电感储能还不成熟,但也有应用的例子见报。
电容器储能
电容器也是一种储能原件,其储存的电能与自身的电容和端电压的平方成正比: E = C*U*U/2。电容储能容易保持,不需要超导体。电容储能还有很重要的一点就是能够提供瞬间大功率,非常适合于激光器,闪光灯等应用场合。
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。
此外,还有其它的储能方式:比如机械储能等。
储能主要基于以下两点:
1.风电光伏产业的迅猛发展将推动大容量储能产业的发展。储能技术在很大程度上解决了新能源发电的随机性、波动性问题,可以实现新能源发电的平滑输出,能有效调节新能源发电引起的电网电压、频率及相位的变化,使大规模风电及光伏发电方便可靠地并入常规电网。储能电池的未来应该在风电和光电产业,其中尤以已经大量布局的风电产业为主。风力资源具有不稳定性,此外,风力资源较大的后半夜又是用电低谷,因此,虽然近年来风、光电产业发展势头迅猛,但一直饱受“并网”二字困扰,储能技术的应用,可以帮助风电场输出平滑和‘以峰填谷’。
2.新能源汽车特别是电动汽车的良好发展利好动力电池储能产业发展。四部委推出5个城市私人购买新能源补贴政策的试点方案,该方案重点对纯电动和插电式混合动力进行了补贴。伴随电动汽车的发展,高效储能电池必将逐步取代内燃机。伴随着电池成本逐渐下降,成熟度日益提高,对内燃机的替代能力将逐渐增强。
储能技术可以说是新能源产业革命的核心。储能产业巨大的发展潜力必将导致这一市场的激烈竞争。如果政策到位,我国储能产业既可快速成长为在全球有重要影响的新兴战略性产业,也将极大促进国内新能源的规模化发展。