電力儲(chǔ)能是智能電網(wǎng)的重要支撐技術(shù)之一。通過在電力系統(tǒng)中增加存儲(chǔ)環(huán)節(jié)，使得“剛性”的電力系統(tǒng)變得更加“柔性”，通過儲(chǔ)能，能夠平抑大規(guī)模清潔能源發(fā)電接入電網(wǎng)帶來的波動(dòng)性，提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性和靈活性。同里綜合能源服務(wù)中心在能源生產(chǎn)側(cè)開展了預(yù)制艙式儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能等項(xiàng)目，通過儲(chǔ)能技術(shù)實(shí)現(xiàn)清潔能源的綜合開發(fā)和高效利用。

什么是儲(chǔ)能

儲(chǔ)能技術(shù)是實(shí)現(xiàn)能量雙向流動(dòng)的有效載體，是保障風(fēng)能、太陽(yáng)能等清潔能源大規(guī)模發(fā)展和電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)。以太陽(yáng)能光伏發(fā)電為例，往往在中午發(fā)電功率最高，但是在中午，用電需求并不高，這時(shí)如果沒有儲(chǔ)能，光伏發(fā)電就將白白浪費(fèi)。采用了儲(chǔ)能以后，就可以把這個(gè)時(shí)候不用的光伏發(fā)電量?jī)?chǔ)存起來，等到用電高峰如晚上七八點(diǎn)鐘，再把電量釋放出來，實(shí)現(xiàn)光伏資源的最大化利用，提高可再生能源的利用水平。

按照儲(chǔ)能載體技術(shù)類型，大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)可分為機(jī)械類儲(chǔ)能(抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能)、電氣類儲(chǔ)能(超導(dǎo)磁儲(chǔ)能、超級(jí)電容器儲(chǔ)能等)、電化學(xué)儲(chǔ)能(高溫鈉系電池、液流電池、鉛碳電池、鋰離子電池等)、熱儲(chǔ)能(儲(chǔ)冷技術(shù)、化學(xué)儲(chǔ)熱技術(shù)等)、化學(xué)類儲(chǔ)能等。

超大型“充電寶”預(yù)制艙式混合儲(chǔ)能系統(tǒng)

預(yù)制艙式儲(chǔ)能系統(tǒng)由兩套混合儲(chǔ)能系統(tǒng)組成。一套含20千瓦×15秒超級(jí)電容儲(chǔ)能和200千瓦×2小時(shí)鋰電池(可用電池容量為400千瓦時(shí))，通過±375伏直流母線接入系統(tǒng);另一套含80千瓦×15秒超級(jí)電容儲(chǔ)能和400千瓦×2小時(shí)鋰電池(可用電池容量為800千瓦時(shí))，通過±750伏直流母線接入系統(tǒng)。

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，通過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)及實(shí)用等多角度全面考慮，最終選取超級(jí)電容和鋰電池組成混合儲(chǔ)能，以滿足區(qū)域微電網(wǎng)對(duì)儲(chǔ)能響應(yīng)速度和能量密度的雙重要求。預(yù)制艙式結(jié)構(gòu)具有占地面積小，模塊化，便于安裝、運(yùn)輸、維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。

【設(shè)計(jì)師專訪】

吳濤，預(yù)制艙式儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)師，國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司營(yíng)銷部，工程師，碩士。

●記者：在設(shè)計(jì)預(yù)制艙式儲(chǔ)能系統(tǒng)時(shí)，選擇了超級(jí)電容和鋰電池組成混合儲(chǔ)能，為什么選擇超級(jí)電容儲(chǔ)能，而不是超導(dǎo)儲(chǔ)能或飛輪儲(chǔ)能?

●吳濤：每種儲(chǔ)能方式有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

飛輪儲(chǔ)能利用高速旋轉(zhuǎn)的飛輪將能量以動(dòng)能的形式儲(chǔ)存起來。需要能量時(shí)，飛輪減速運(yùn)行，將存儲(chǔ)的能量釋放出來。不足之處是：能量密度不夠高、自放電率高，如停止充電，能量在幾個(gè)到幾十個(gè)小時(shí)內(nèi)就會(huì)自行耗盡。

超導(dǎo)儲(chǔ)能是利用超導(dǎo)體的電阻為零特性制成的儲(chǔ)存電能的裝置。超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)包括超導(dǎo)線圈、低溫系統(tǒng)、功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)4大部分。不足之處是：超導(dǎo)儲(chǔ)能的成本很高(材料和低溫制冷系統(tǒng))，可靠性和經(jīng)濟(jì)性也是重要制約因素。

超級(jí)電容器儲(chǔ)能用活性炭多孔電極和電解質(zhì)組成的雙電層結(jié)構(gòu)獲得超大的電容量。超級(jí)電容器的充放電過程始終是物理過程，充電時(shí)間短、使用壽命長(zhǎng)、溫度特性好、節(jié)約能源和綠色環(huán)保。不足之處是：與電池相比，其能量密度相對(duì)較低，直接導(dǎo)致的就是續(xù)航能力差。

超級(jí)電容能量密度低，但響應(yīng)速度快;鋰電池響應(yīng)速度慢，但能量密度高。綜合發(fā)揮兩者的優(yōu)勢(shì)，我們?cè)O(shè)計(jì)超級(jí)電容和鋰電池混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，可同時(shí)滿足微電網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)能量特性和功率特性的需求，提高分布式電源的安全并網(wǎng)運(yùn)行能力，解決微電網(wǎng)電壓和頻率波動(dòng)問題。

●記者：在您提到各種儲(chǔ)能方式時(shí)，都會(huì)提到功率特性和能量特性的概念，您能講講究竟什么是功率特性和能量特性嗎?

●吳濤：打個(gè)比方，我們都知道現(xiàn)在的電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池儲(chǔ)存電能，為電動(dòng)汽車的啟動(dòng)和行駛提供能量。其實(shí)，電動(dòng)汽車的啟動(dòng)和平穩(wěn)行駛對(duì)電能的需求特性是不同的。在啟動(dòng)階段，需要短時(shí)提供大功率(這就是功率特性需求)，這樣能夠快速啟動(dòng)并完成加速，如果采用超級(jí)電容儲(chǔ)能方式來供電，利用其快速響應(yīng)的特性，就能夠有效解決電動(dòng)汽車起步“肉”的問題。而平穩(wěn)行駛階段，需要持續(xù)提供穩(wěn)定的電能供應(yīng)(這就是能量特性需求)，這時(shí)候利用鋰電池供電，利用鋰電池的高能量密度，就能夠持續(xù)為電動(dòng)汽車提供能量，保證汽車的續(xù)航里程。

“空氣電池”壓縮空氣儲(chǔ)能

壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)具有儲(chǔ)能容量大、成本低、壽命長(zhǎng)、無污染、無地理?xiàng)l件限制等優(yōu)勢(shì)，可有效解決新能源規(guī)模化消納、調(diào)峰填谷等問題。壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目采用了液化空氣儲(chǔ)能的技術(shù)路線，裝置具有夏季供冷、冬季供暖及高潔凈度供風(fēng)等多種服務(wù)模式。裝置可為園區(qū)提供500千瓦時(shí)的電力，夏季供冷量約2.9吉焦/天，冬季供暖量約4.4吉焦/天，滿足2500平方米用戶供熱供冷要求。

【設(shè)計(jì)師專訪】

王樂，負(fù)責(zé)同里綜合能源服務(wù)中心壓縮空氣儲(chǔ)能與冷熱電潔凈空氣綜合利用項(xiàng)目設(shè)計(jì)、實(shí)施，高級(jí)工程師。

●記者:壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)是世界首套“空氣電池”，相當(dāng)于是一個(gè)能源空調(diào)。您能介紹一下壓縮空氣儲(chǔ)能裝置的結(jié)構(gòu)和工作原理嗎?

●王樂:壓縮空氣儲(chǔ)能裝置由壓縮液化單元、蓄冷蓄熱單元和膨脹發(fā)電單元組成。儲(chǔ)能時(shí)，將谷電或富余電能轉(zhuǎn)化為液態(tài)空氣存儲(chǔ);釋能時(shí)，通過膨脹發(fā)電機(jī)組對(duì)外輸送電力。工作過程中，可通過回收利用壓縮過程中的余熱以及膨脹過程中的余冷提升系統(tǒng)效率，與傳統(tǒng)和絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)相比，具有儲(chǔ)能密度高、占地面積小等特點(diǎn)。壓縮空氣儲(chǔ)能裝置能夠在儲(chǔ)存能量的同時(shí)進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。同時(shí)，它還是個(gè)不錯(cuò)的空氣凈化器。

創(chuàng)新特色：

01實(shí)現(xiàn)園區(qū)冷熱電氣綜合供給。通過能量梯級(jí)利用，利用溴化鋰制冷和膨脹制冷等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)供熱、供冷、供電、供潔凈空氣，滿足用戶多樣化能源需求。

02超低溫蓄冷技術(shù)。克服罐內(nèi)溫度均一化問題，研制了可實(shí)現(xiàn)低品位冷能儲(chǔ)存和利用的深冷儲(chǔ)冷裝置，儲(chǔ)冷最低溫度可達(dá)-150℃。

03低損耗換熱技術(shù)。采用板翅式換熱器設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)了緊湊型的高效蒸發(fā)器，實(shí)現(xiàn)了高壓力、小溫差換熱。

內(nèi)容內(nèi)容來源于國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司、全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院有限公司、國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司電力科學(xué)研究院，梁立曉、章岑、周瑾、黃蕾等對(duì)本文有貢獻(xiàn)。