含分布式电源电网储能技术综述(3)

1)储能密度高;比超导磁储能、超级电容器储能和一般的蓄电池都要高。

2)充放电时间短，且无过充放电问题，寿命长;飞轮储能充电只需要几分钟，

而不像化学电池需要几个小时的充电时间。飞轮储能系统的寿命主要取决于其电力电子的寿命，一般可达到 20 年左右。

飞轮储能技术广泛应用的主要瓶颈有：

a) 技术成本相对于蓄电池来说比较高;

b) 轴承材料还有待进一步的突破;

c) 自放电现象很严重。

3.2超导磁储能(SMES)[7]

SMES 是指利用超导线圈绕制的电感来储存电能，因为超导的零电阻特性使其具有超过常导 2个数量级的通流能力，所以SMES具有比较大的储能密度，能量密度可达 108J/m3量级，而且通过直流电流时没有焦耳损耗。在 SMES 中超导线圈的能量是以直流形式存储，参与电网的功率调节是通过变流器实现与电网的能量交换的方式。SMES 装置一般由超导磁体及低温杜瓦、变流系统、制冷设备和测控系统四个主要部件组成。

相比其他储能 SMES 具有以下几个特点：

(1)响应速度快，可以达到 1~5ms，这是其他的储能达不到的响应速度，这样对电网发生的故障可以很快做出反应，进行功率的补偿;

(2)通过变流器可以进行四象限可控的功率交换，并可以同时进行有功和无功的交换;

(3)可以短时间输出很高的功率，能量损失小，系统效率高;输出的功率密度很高，由于没有直流电阻引起的焦耳热，能量效率很高，理想可以达到 95%以上。

目前 SMES 广泛应用的主要问题关键还在于超导材料的突破，包括材料的性能和成本等;以及低温制冷技术的进步。

3.3超级电容器

普通电解电容器由于材料和容量原因，其存储能量过小，所以不能用作大的储能应用。超级电容器的存储容量可以达到普通电容器103倍以上。由于超级电容器自身的双电层和内阻较大的特点，使其具有很高的功率密度和较长的循环寿命。与蓄电池和普通电容器相比，超级电容器的特点主要体现在：

1)功率密度很高：可达102~l05W/kg，远超过现有蓄电池的功率密度水平;

2)循环寿命较长：在上万次很短时间的高速深度循环后，超级电容器的性能依然变化很小，容量和内阻仅降低 10%~20%;

3)工作温度范围：由于超级电容器中离子的吸脱附速度在低温下变化很小，市场上商业化超级电容器的工作温度范围可达-30~60℃;

4)绿色环保：在超级电容器的生产过程中避免了使用重金属等有害的化学物质，因而是一种新型的绿色环保储能装置。

目前超级电容器的应用比较广泛，但在使用安全和稳定上还有待加强。

3.4蓄电池储能

在电网中应用的储能蓄电池主要有铅酸电池、钠硫电池和液流电池。原理都是将电能转化为化学能储存起来，等需要时再将化学能转化为电能来使用。铅酸蓄电池发展使用的时间比较长，技术也较成熟，并逐渐进入以密封型免维护产品为主的阶段，而且成本较低，能量密度则在各类电池中处于适中水平。在环境影响上，基于密封阀控型的铅酸电池也具有较高的运行可靠性，只是能量密度较一般，其劣势已不甚明显。

但是相比铅酸电池，钠硫电池和液流电池具有其它化学电池不具备的优点：

1)存储容量更大，可以达到几百千瓦甚至上兆瓦，是普通铅蓄电池的8~10倍;