储能节能技术范文

储能节能技术范文（精选7篇）

储能节能技术 第1篇

1 建筑类相变材料

选择建筑用相变材料要考虑以下几点:较高的储热能力、合适的相变温度、吸放热时温度变化和体积变化尽可能小,可逆性好、无毒无腐蚀、制作原料廉价易得、易于操作。固-固类相变材料的相变温度一般比较高,对于常温的建筑不大适合;而固-液相变材料具备更多的在建筑节能领域应用的优点,已成为能源开发利用和材料科学研究的新热点。

1.1 结晶水合盐

结晶水合盐在中低温贮能相变材料中的应用范围最广,其熔点范围从几℃到100多℃。这类物质用得较多的是碱金属和碱土金属的硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐等盐类的水合物。由于其本身在发生相变的过程中对建筑的基体有腐蚀作用,所以能够用于民用建筑的材料不多[1]。如果应用在建筑领域还需要对其作一定的封装,防止其流失。而这样又会降低传热性能,所以要求其封装材料有好的导热性能,不易被破坏,耐用,从而增加了费用和工艺难度。

1.2 石蜡类

石蜡类相变材料相变潜热高、几乎没有过冷现象、熔化时蒸汽压低、不易发生化学反应且化学稳定性好,自成核、没有相分离和腐蚀性、价格低廉,已成为国内外研究重点。其中十七烷和十八烷石蜡的相变温度非常适合于建筑领域。并且,十五烷以及十九烷石蜡可以通过与其它相变材料复合得到较好的相变温度。该类材料的主要缺点是导热系数低,虽然可以通过添加金属基结构或者纤维结构增大其导热系数,但同时便降低了它的相变焓。所以如何平衡导热性和相变焓之间的矛盾应该是以后研究的重点。Gemil Alkan[2]制备出了磺化石蜡,在不降低石蜡本身相变温度的同时提高了其相变焓。

1.3 脂肪酸类

Feldman[3]等对脂肪酸及其衍生物进行了广泛的研究。此类材料常用的有癸酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸以及它们的衍生物等。Hasan[4]的研究发现,硬脂酸和棕榈酸非常适合在太阳能领域。脂肪酸类表现出良好的循环熔融、 结晶稳定的热性能,无过冷和析出现象、熔点适中,但从性质而言又很好的应用前景。但它的价格较高,通常是石蜡的两三倍,所以在建筑领域开发利用的项目并没有很多,可以通过与低价位的石蜡复合来降低成本,实现价格、相变焓以及相变温度的优化。目前比较常见的是,将熔融性较好的的石蜡类和脂肪酸类[5]等有机相变材料复合成具有单一熔点的共融混合物,并在混合物中添加辅助成分,提高材料整体的导热性和稳定性。

2 相变建筑节能材料的制备

相变材料与建筑结构的融合是建筑节能的关键,一般有混合法、吸入法、包装法。

2.1 混合法

将相变材料与建材以一定的比例混合在一起便可以得到适合的储能建筑材料。采用石蜡的乳液聚合物为相变材料,在与水泥、水配比混合便可得到热能存储温度为45℃的建筑材料,实际的测试结果也显示出这种应用的可推广性[6] 。除了加入相变材料以外,通常要根据所选相变材料的不同加入一些辅助试剂,例如胶粘剂,传热金属纤维、碳纤维。需要注意的是,相变试剂和辅助试剂的用量要控制得当,因为相变物质泄漏会产生建材的耐久性、相容性差等问题。

2.2 吸入法

吸入法就是将相变材料吸到建筑基材的物理空隙之中。对于成型的建筑材料可以采用浸泡法,就是将已经成型的建材浸入液状的相变材料中。经过一定的时间,相变物质分散到建材中,再经过一定的工艺处理,从而得到相变建筑材料。这种制作方法有很大的局限性,既不适合致密的材料也不适合质地疏松的材料。并且,这样已经浸入到建材里的相变物质分散不均匀,也会降低材料的传热效率。对于未成型的可以将相变材料吸入到多孔材料的空腔内。比较有代表性的多孔介质有:膨胀珍珠岩、膨胀页岩、石膏、多孔石墨[7]等。由于多孔材料的特性可以吸附大量的相变材料,并且本身具有一定骨架结构能够维持形状,所以多孔吸入法应会成为今后发展的重点。

2.3 包装法

常见的包装方法是微胶囊技术。即运用成膜材料把固体或液体包覆成具有核壳结构微粒,用于包装固-液相变材料,组成微胶囊相变材料[8](MCPCM)。再将MCPCM引入到多孔建筑材料里,构成了具有储热能力的建筑材料。它克服了液体流动和易成核的缺点,使相变焓较高的固液相变材料得以发挥潜力。将MCPCM混入到水泥、砖瓦、墙板、天花板等建筑结构中[9],可以吸收周围的热量进行存储,维持室温平衡。制备时,大部分情况是外包装用于固定形状,在其中包裹相变材料。但也可以采用相变的胶囊外层形成混合型的相变材料,可选用的此类外包装材料应具有一定的塑性,所以用高分子聚合物比较合适。

交联的高密度聚合物网络[10]也可以将分散在其内部的相变材料包裹住,使相变材料在液态也不至于渗出;另外交联的高密度聚合物网络还使得复合材料在使用温度下有足够的强度维持自身的形状。为了保证材料的热性能,应用于建筑结构时,应适当使其交联度偏低一些,提高复合材料中的相变材料的含量。另外一些无机物的网络结构也可以包覆相变材料,从而制得有机-无机类复合相变材料体系。

3 相变建筑节能材料的应用

利用上述方法可以制作出具有一定形状的墙体材料、地板、屋顶结构等。应用相变材料除了要有合适的相变温度区间和相变焓外,还要注意材料是否挥发,毒性以及能否与基材很好的结合,还有应提高材料的防火性能。直接应用相变材料对室内温度的调节不够直观,我们可以开发一些相关的系统配以相关的程序,实现数字化控制。

3.1 相变墙体

Kedl等[11]研究了将18烷石蜡浸入到墙板中应用到被动式太阳房,首次制成有相变性质的墙板。应用于外墙的相变材料主要是吸收太阳的热辐射能,而内墙材料吸收的主要是由电能转换来的热能。将相变材料植入粉刷内墙的石膏、灰泥中,或者将其与一些塑性、木性墙纸结合就可以得到相变墙体。外墙主要是应用保温技术,阻止房屋内外过多的热交换,应用于外墙的相变材料的温度区间可以比室温的适宜温度低一些。内墙中的相变材料对调节室内温度,节约电能起着至关重要的作用。

3.2 相变地板

相变地板的应用研究主要集中在非太阳能的利用方面。一般地板主要吸收室内环境的热量,而不能吸收到太阳能。但从实际发挥效能来看,地板并不适合加工使其具有储热性能,因为屋内的热空气不会停留在底部而是停留在中高部,房屋底部的温度低。并且,室内的地板大多被家居用品覆盖,能加以利用的并不多。有特殊条件的可以使用电加热的地板系统,通过智能的程序和相变材料的特性来控制温度。但电加热的地板系统很难普及。

3.3 屋顶结构

相变的屋顶大致包括外顶层、天花板和太阳能系统。其中太阳能系统发展的比较完备,有太阳能的可控相变热水器,相变太阳能电池等。外顶层再民用建筑也主要是用来隔热,另外外层的材料最好选用具有阻燃特性的相变材料。室内的天花板[12]是调控适宜温度的重要依靠:它的采热面积较大,它周围空气的温度可以较为准确的表征室内的温度。将相变材料植入天花板中时,应注意保持天花板的形状,并应该使其不易形变。

3.4 相变系统

相变系统是在墙体、地板和屋顶的结构基础上进行的改进,从而增加节能单元的可移动性和主动调温性。相变窗帘[13]就是利用了温度探针和电动机之间的程序关系实现调控室内温度的。另外,可移动的相变热墙以及电加热的地板系统都可以实现节能的效果。对各种式样的实用性较强的相变节能系统的研发是今后建筑节能的一个重要方面。

4 展望

储能节能技术 第2篇

关键词：保温,墙面,节能

随着我国经济的快速发展, “节能减排”已经成为现实我国可持续发展目标的一项重要产业政策, 而外墙外保温又是建筑节能中重要的一环。

1 工艺原理

自控相变储能节能保温材料是依据相变储能机理, 兼有热熔和热阻性的双项功能, 有别于传统保温材料的单一热阻性。涂抹于外墙体、顶棚等表面, 经自然干燥后, 形成无缝整体密闭的稳定绝热层。当环境温度低于一定值时, 相变材料由液态凝结为固态, 释放热量, 当环境温度高于一定值时, 相变材料由固态熔化为液态, 吸收热量, 使室温相对平衡。

2 材料特点

根据保温材料具有的特点, 保温层内部纤维交织粘接一体, 形成极其复杂的立体网状结构, 拉力强, 整体性牢固, 具有湿呼吸性, 可有效防止裂缝产生。保温层干燥成形后, 材料内部形成硅氧四面体组织结构, 水浸泡不松散、不回性、不粉化、不变形、可确保其耐久的使用寿命。经现场材料抽样检测为无腐蚀、无污染、无放射、无异味、无任何毒害的环保产品。

2.1 材料性能。

突破传统保温材料单一热阻性能, 具有热容性和热阻性两大绝热性能。

2.2 抗压性。

材料的抗压强度达到114Kpa, 可以在材料表面直接收光, 收光后能形成坚硬的薄膜层, 它的强度完全可以适应腻子层的热应力, 减少了抗裂砂浆层。

2.3 抗裂性。

水镁石纤维的特殊构造形成网状拉力结构保证材料的整体性;同时靠材料中氢氧离子碱性与墙面表面游离酸发生取代反应形成非物理高度粘结, 确保与墙体有效粘结, 加之材料自身有5%的体积膨胀率, 从根本上克服了裂缝、裂纹产生。

2.4 耐候性。

相变原材料全部来自自然矿物质, 经物理处理而成, 属小分子物质, 惰性强, 性能稳定, 以确保材料整体的性能稳定。

2.5 阻燃性。

属于A级不燃型。在目前保温材料市场上是防火等级最高的墙体保温材料。

2.6 环保性。

材料中不含放射性元素和苯酚氡等有害成分, 属于绿色产品。

3 施工工艺流程

基层处理→做平整度、垂直度处理、贴饼→分层涂抹节能保温材料→固定钢丝网→涂抹面层节能保温材料→压玻纤网布 (主要预防腻子层开裂) →检查与验收→清理

4 自控相变储能节能保温材料施工关键技术

4.1 基层处理。

将板底或混凝土、砌块等抹灰面上的杂物清理干净, 对于钢筋混凝土结构, 应将混凝土上的突出物剔除, 并将模板接缝处残余的海绵条或胶带纸等清理干净。将基底上浮尘扫除, 用水喷淋, 使之湿润。同时应对施工部位的楼地面进行清扫, 以利于抹灰后清理抹灰时产生的落地自控相变储能节能保温材料。

4.2 做平整度、垂直度处理、贴饼。

保温施工前必须先找好方正, 用经纬仪将大角控制线放出、弹好墨线, 保证水平线, 确保大角垂直度, 墙面横向用水准仪将水平控制线放出弹好墨线, 保证水平横向平直。根据保温设计厚度, 在顶部墙面大角处固定钢线, 挂垂直。根据垂直控制通线做垂直方向灰饼, 再根据两垂直方向灰饼之间的通线, 做墙面保温层厚度灰饼, 每灰饼之间的距离 (横、竖、斜向) 不超过2米。灰饼可用保温浆料做, 门窗口阳角等处按控制线上下做灰饼保证门窗方正及几何尺寸。

4.3 抹底层自控相变储能节能保温材料。

保温层分三次进行, 每次抹灰厚度第一遍10mm、第二遍20mm、第三遍20mm左右。每遍时间间隔不可太短以保证每层施工质量。

在墙体湿润的情况下抹灰层自控相变储能节能保温材料, 用压尺刮平找直, 用木抹板搓毛。搓毛后, 全面检查其平整度、垂直度、阴阳角是否方正、顺直, 发现问题及时修补处理。

4.4 抹中层自控相变储能节能保温材料。

保温层二次施工前应对底层保温进行全面检查, 自检完毕后上报监理、建设单位, 监理、建设单位验收合格同意后, 再进行二次保温层施工, 中间施工做法同底层。

4.5 固定镀锌钢丝网

(1) 待中层保温材料干燥后方可进行镀锌钢丝网的固定。 (2) 在墙身阴阳处必须从两边墙身埋贴的网格布双向绕角且相互搭接, 各面搭接宽度为不小于200mm。 (3) 将大面钢丝网沿长度、水平方向绷直绷平。注意将弯曲的一面朝里放置, 开始大面积的埋贴, 钢丝网搭接长度均应大于40mm, 搭接部位以不大于30cm的距离用镀锌铅丝将两网绑扎在一起。裁剪钢丝网过程中不得将网形成死折, 在铺贴过程不得形成网兜, 皱曲, 翘边。

4.6 安装固定件

(1) 镀锌钢丝网采用尼龙锚栓固定件固定, 按照方案要求的位置用冲击钻钻孔, 要求钻孔深度进入基层墙体400mm。 (2) 固定件按水平间距450mm, 垂直间距500mm设置, 梅花形布置, 阴阳角部位距离阴阳角200mm开始布置。 (3) 操作时, 尼龙锚栓需拧紧, 使用根部带切割刀片的冲击钻, 切割刀片的大小、切入深度与钉帽相一致, 方可确保膨胀部分因受力回拧膨胀使之与基体充分挤紧。

4.7 抹面层自控相变储能节能保温材料

(1) 镀锌钢丝网固定完成后, 进行面层自控相变储能节能保温材料抹面施工, 厚度在15～18mm之间。 (2) 所有阳角部位, 面层砂浆均应做成尖角, 不得做成圆角。 (3) 面层砂浆施工应选择施工时及施工后24小时没有雨的天气进行, 避免雨水冲刷造成返工。 (4) 施工时达到贴饼、冲筋的厚度, 并用大杠搓平, 使墙面平整度达到要求。 (5) 面层自控相变储能节能保温材料初凝前收光时, 把玻纤网格布用抹子直接铺压在材料表面, 同时收光, 严禁漏铺。平面玻纤网格布之间顺序搭接, 其搭接宽度80mm为宜。

4.8 检查与验收

(1) 基层表面洁净、接茬平整、无抹纹, 线角顺直、清晰。 (2) 保温层厚度必须符合设计要求, 单点厚度检测不允许出现负偏差。 (3) 保温层与基底以及各构造层之间必须粘结牢固, 无脱层、空鼓及裂缝。

4.9 清理

(1) 墙面涂抹完成后, 将施工现场进行及时清理, 将掉落的浆料及时回收, 能重新使用的重新使用。 (2) 保温层施工完成后, 保持良好的通风、干燥环境, 无需进行浇水养护。保温层自然养护7天后可进行后续工序施工。

5 各部位施工要点

5.1

所有外窗洞口侧壁的上口及混凝土雨棚周圈设置10mm×10mm的滴水线, 要求规格一致。

5.2

窗口侧面反包网格布不能小于200mm。

参考文献

储能节能技术 第3篇

阳泉移动通信大楼为中国移动通信集团山西有限公司阳泉分公司的通信枢纽工程,位于山西省阳泉市泉中路,主要功能为办公、会议、移动通信营业厅和通信机房,总建筑面积为23 696m 2,为地下2层、地上16层、裙房3层的框架剪力墙结构,建筑物总高度84.9m。本工程外墙为RFT自控相变储能节能保温材料,保温效果良好,达到规范要求。

2 工艺原理

RFT高强节能墙体保温材料,是以精选的蛭石和硅酸铝纤维等为主要材料,辅以多种优质轻体无机矿物填料及添加剂经多种工艺复合而成。

RFT自控相变储能节能保温材料利用相变调温机理,通过储能介质的相态变化实现对热能储存,当环境温度低于一定值时,该材料由液态凝结为固态,释放热量,反之由固态熔化为液态,吸收热量,可形成室温相对平衡。同时可使电负差“消峰平谷”,充分利用低谷电价,降低用电成本,减少能源浪费,获取可观的社会效益和经济效益。

3 工艺特点

1)双项绝热:应用相变添加剂,产生热熔和热阻性双项功能,有别于传统保温材料的单一热阻性。

2)密实憎水:相变材料具有憎水功能,水中长久浸泡不松散、不粉化、不变形,有效避免传统保温层吸湿后回软易于墙体脱开之弊病。

3)高强抗压:料体呈网状结构,与空气中的二氧化碳及水分反应,在表面生成保护层,形成高的抗压强度;材料中的羟基可与墙体形成高渗透统一体,其干态粘结力、湿态粘结保值率均优于同类产品,可满足高层建筑外墙贴面砖的粘结强度要求。

4)耐候持久:惰性材质,可有效避免环境温差应力及负风压对保温层的撕裂性破坏,体现其粘结牢固性及使用的长久性。

5)吸声降噪:相变材料系多层次不相贯穿的中空结构,可减缓振动源和撞击声波传递,有效降噪分贝。适用于分户墙、顶棚、地面等部位具有隔声效果的房间。

6)抑菌防碱:相变材料中含有纯天然的香萜、香醇成分,具有驱虫、除臭、防析碱功能。

7)防火不燃:相变材料经测定为A级不燃材料,使用不受范围限制,符合防火要求。

8)绿色环保:相变材料已测定为无毒、无味、无放射、无腐蚀的环保型产品。

9)施工简便:单组分,现场调料,手工抹置,便捷,也是多种建筑内、外墙等处抹灰理想的替代品。

10)经济实用:相变材料(RFT保温系列产品)综合造价低,与同类产品比,经济实用。

该项产品通过了国家建筑材料工业技术监督中心的成果鉴定并经由国家建筑材料工业房建材料质量监督检验检测中心检测:“潜热值、干表观密度、压剪粘结强度、抗压强度、线性收缩率、燃烧性能、水蒸气湿流密度符合Q/CYBFT003-2006RFT自控相变节能材料标准要求;其检测试样厚度38mm,纯相变材料潜热值为240.44J/g,传热系数达0.56W/(m 2·K)”。

RFT自控相变储能节能保温材料广泛适用于工业与民用等各类建筑的外墙内、外保温(复合层保温)、屋面、分户隔墙、楼梯间、吊顶等需要保温隔热的部位。

4 施工工艺

4.1 工艺流程

墙体基层清理→RFT保温粉料兑水配制→墙面冲筋做口→按设计厚度分两次抹置保温层→验收→(嵌入钢丝网)聚合物砂浆做外饰面(涂料或面砖)。

4.2 基层处理

首先将墙面上的粉尘扫净、浇水,使水浸入10mm为宜。对墙面坑凹不平处、砌块缺楞掉角处应用砂浆整修密实、平顺。为了防止不同材质基层的伸缩系数不同而造成抹灰层的通长裂缝,不同材质基层交接处表面应先铺设防裂加强材料,如钢丝网片等,其与各基层的搭接宽度应不小于100mm。

4.3 RFT保温粉料兑水配制

配比为粉∶水=1∶1制备,用砂浆搅拌机搅拌均匀即可使用。

4.4 墙面冲筋做口

按基层表面平整垂直情况,吊垂直、套方、找规距。凹度较大时要分层补平,先抹上灰饼再抹下灰饼,用靠尺找好垂直与平整。

4.5 按设计厚度分两次抹置保温层

1)抹第一遍保温砂浆:按照设计厚度冲筋、打点、找垂直。在清理干净的墙面上,用配好的RFT复合保温料浆压抹一层(厚度15mm～20mm),使料浆均匀密实地覆盖墙面,并用力压实,以防空鼓。

2)分层抹保温砂浆:每层厚度不超过20mm,抹第二遍保温砂浆时应与第一遍间隔24h以后,涂抹厚度可按设计标准抹平。待第一次抹浆硬化后即可进行第二次抹浆,抹浆方法与普通砂浆相同。如设计厚度超过60mm并且建筑高度超过55m以上,应距保温层面15mm～20mm处增加一层镀锌铁丝网,并与预埋件用镀锌铁丝绑紧,以增加保温层与墙体结构的整体性。然后按设计要求抹至规定厚度,再在表面进行收平压实。

3)嵌入钢丝网聚合物砂浆做外饰面(涂料或面砖)。涂料墙面:在保温层上采用柔性防水腻子做一找平层,然后直接做涂料面层。面砖面层:在保温层上设一层钢丝网片(钢丝网搭接长度横向不小于100mm,竖向搭接不小于80mm,要求平整,无折叠),用胀管螺栓固定,然后用聚合物砂浆粘贴面砖。施工时在聚合物砂浆中加适量的水,在砂浆搅拌机中搅拌5min使用,使用时温度应在以上暴风雨日禁止使用搅拌好的砂浆需在内使用完,过期不能使用。

阳泉移动通信大楼在外墙保温中采用RFT自控相变储能节能材料,施工快捷,综合造价低,现场材料抽样检测,完全符合国家标准是理想的保温产品

参考文献

[1]蔡文超.浅析膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温施工技术[J].山西建筑,2010,36(6):227-228.

储能技术简述 第4篇

储能技术主要分为储电与储热。目前储能方式主要分为三类:机械储能、电磁储能、电化学储能。储能技术主要分为物理储能、化学储能和电磁储能三大类。根据各种储能技术的特点, 飞轮储能、超导电磁储能和超级电容器储能适合于需要提供短时较大的脉冲功率场合, 如应对电压暂降和瞬时停电、提高用户的用电质量, 抑制电力系统低频振荡、提高系统稳定性等;而抽水储能、压缩空气储能和电化学电池储能适合于系统调峰、大型应急电源、可再生能源并入等大规模、大容量的应用场合。目前最成熟的大规模储能方式是抽水蓄能。压缩空气储能是另一种能实现大规模工业应用的储能方式。

电力储能技术发展概述 第5篇

节约和利用有限的能源,很重要的一点在于储能。大规模储存电能可解决电力生产中的峰谷差难题;储能技术可提高电力系统供电可靠性;储能装置可提高系统稳定性,是风力发电、太阳能光伏发电或热发电等可再生能源发电设备必不可少的装备。就目前来看,各种新颖的储能方式已显示出良好的前景。

1 抽水储能电站

抽水储能电站是当前唯一能大规模解决电力系统峰谷困难的途径。它需要高低2个水库,并需安装能双向运转的电动水泵机组,即水轮发电机组。电力系统处于谷值负荷时,电机带动水泵将低水库的水通过管道抽到高水库以消耗一部分电能;当峰值负荷来临时,高水库的水通过管道使水泵和电机逆向运转而变成水轮机和发电机发出电能供给用户,由此起到削峰填谷的作用。该方案的优点是技术成熟可靠,容量可做得很大;缺点是建造受到地理条件的限制,厂址一般远离负荷中心,有输电损耗,在抽水和发电两过程中都有相当数量的能量损失。

2 蓄电池储能(BESS)

近年来,在独立运行的风力或太阳能电站中,蓄电池已成为基本的装备。

铅酸电池是人们最熟悉的一种可充电电池,现在密封型免维护的铅酸电池已成为这类电池的主流。而近年来出现的锂离子二次电池则彻底解决了充放电的记忆效应,大大方便了使用,且因它的高储能密度,而很有可能用在电动汽车等交通工具中,如果能进一步提高储能密度,那么它将很有希望用于供电设备的储能。

3 飞轮储能

飞轮贮能装置主要由复合材料飞轮、集成的发电机/电机、支撑轴承、电力电子及其控制系统、真空腔、辅助轴承和事故屏蔽容器组成。

在20世纪90年代,飞轮储能装置被用于电力系统储能以实现削峰填谷的研究又转向高潮。其具体设想是:在谷值负荷时,将多余电力输入电机,使其驱动飞轮加速,这大概需要几个小时,然后飞轮保持在高速下转动;在出现峰值负荷时,让飞轮驱动电机发电,使飞轮的动能变成电能供给电网。在飞轮转速下降过程中采用变速恒频的电力电子技术,使输出电能的频率保持不变。飞轮机组可制成单元型,并安装在负荷附近。这样既可根据需要扩展,又可避免输电损失。

另外,飞轮储能装置还有希望用于交通工具,主要用于混合动力的电动车。电动车装上飞轮后,飞轮储能装置可以吸收电动车制动时的能量,而在电动车需要加速或爬坡时放出能量,从而节约燃油并减少排放。

4 超导磁储能系统(SMES)

超导磁储能系统(SMES)是利用电网(经变流器)供电励磁在超导材料制成的线圈中产生磁场而储存能量,在需要时可将此能量(经逆变器)送回电网或作它用。

SMES系统具有无噪声污染、响应快、效率高(达95%),不受建造场地限制且非常可靠等优点。其最大缺点就是成本太高,其次就是需要压缩机和泵以维持液化冷却剂的低温,使系统变得更加复杂,需要定期维护。

由于SMES系统响应快,因而不仅用于调节峰值,而且可储存应急的备用电力。对于中小型SMES,特别是微型SMES,则可利用其高速调节有功、无功的特性来改善功率因数,稳定电网频率,控制电压的瞬时波动,保证重要用户不间断供电等,从而大大改善供电质量。在分布式发电系统中,SMES系统常用于光伏发电、风力发电系统,以及对供电质量和可靠性有严格要求的重要场所。

5 超级电容器储能

超级电容器(supercapacitors or ultracapacitors)是近年来广受关注的新型能源器件,其存储容量为普通电容器的20～1 000倍。它是通过使用一种多孔电解质(其介电常数和电压承受能力仍然比较低)来加大两极板的面积,从而使储能能力得到提高。根据电极材料的不同,它可分为碳类和金属氧化物超级电容器。

超级电容器兼有常规电容器功率密度大、充电能量密度高、充放电快、使用寿命长、不易老化的优点外,还具有一些自身的优势:它没有可动部分,既不需要冷却装置也不需要加热装置,在正常工作时,内部没有发生任何化学变化。超级电容器的优点使得它在应用于分布式发电时与其它储能方式相比更有优势。比如,超级电容器功率密度大、能量密度高的特性使得它成为处理尖蜂负荷的最佳选择,而且采用超级电容器只需存储与尖蜂负荷相当的能量;若采用蓄电池储能则需要存储几倍于尖蜂负荷的能量;若采用SMES则成本又太高。

6 压缩空气储能和氢储能

压缩空气储能很早就用于气动工具,它的原理和抽水储能基本相同,因此只要做到较大规模,就可以用于解峰谷差问题。这里最关键的难点是找到合适的能储存压缩空气的场所,如密封的山洞或废弃矿井等。

在能源供应中,燃料电池目前已经达到了可供实际使用的阶段,只是它的发电成本太高,还无法与常规发电技术相比。另外,氢的制备与储存仍是待解决的问题,不过,它具有的无污染、无转动部件等优点吸引着人们努力去研究它。

摘要：介绍各种储能方式及其优缺点、发展前景。

关键词：抽水储能电站,蓄电池,飞轮,超导磁储能系统,超级电容器

参考文献

[1]沈国镠．电力生产的革命—储能技术[J]．电器工业，2004 (9)：34-36

[2]赵贺．电力电子学在电力系统中的应用——灵活交流输电系统[M]．北京：电力工业出版社，2000

[3]J McDowall.Conventional Battery Technologies-Present and Future[A].Proc.IEEE Power Engineering Society Summer Meeting[C],2000

[4]张建诚，陈志业，杨以涵．飞轮储能技术在电力系统中的应用[J]．电力情报，1997(3)：4～6

[5]周晓兰，韩居华，辛玲．超导储能及其在电力系统中的应用研究综述[J]．电力情报，1999(1)：1～3

[6]Bullard G L,Sierra-Alcazar H B,Lee H L,and Morris J L. Operating Principles of the Ultra-capacitor[J],IEEE Trans.Magn,1989(25):102-106

美开发电网储能新技术 第6篇

超导磁能源储存技术的核心是利用磁场制造蓄电池。美国能源部对这一技术感兴趣是因为该技术可被用于建立大型蓄电设施, 在风力、太阳能等可再生能源无法满足电网需求的时候使用储存的电能。超导磁能源储存设备的工作原理是利用超导螺线管中的电流产生磁场, 在磁场中储存电能。这种设备可以储存大量电能, 并利用极少的能源来维持磁场。但这种技术成本非常高, 可以说高得惊人。

目前布鲁克黑文国家实验室、休斯敦大学、瑞士ABB公司和一家超导电线制造商正在合作开发一种1兆瓦或2兆瓦的超导磁能源储存设备, 以便和蓄电池、抽水蓄能、压缩空气等其他能源储存方式竞争。如果多方合作最终能让这种技术投入使用的话, 超导磁能源储存技术将成为未来智能电网的一个重要组成部分。

微电网储能技术研究综述 第7篇

作为新能源接入的一种解决方案, 微电网的概念应运而生。微电网从系统观点将发电机、负荷、储能装置及控制装置等结合, 形成一个单一可控的单元, 同时向用户供给电能和热能。由于电源总供给功率和负荷不能时刻处于供需平衡状态, 这就需要由储能系统吸收系统多余的能量或释放能量以弥补系统能量的不足。在离网及并网运行时利用储能设备稳定电压和调整频率达到安全、可靠供电的目的, 在接入分布式电源和向负荷供给高质量的电能时平衡系统功率。因此, 储能系统在微网中是必需的, 可解决电能供需不平衡问题, 在电力系统中主要起电力调峰、提高微电网运行稳定性和电能质量的作用。

离网运行状态时, 由于单个分布式电源独立运行, 很难维持整个系统的频率和电压稳定, 而有研究指出一旦可再生能源的装机容量所占比例超过系统容量10%后, 将对局部电网产生明显冲击, 所以在电网难以达到的边远或孤立地区, 微电网一般采用分布式电源联合运行来为这些地区提供可靠的电力。它们包括:风/光互补联合发电系统、光/柴联合型发电系统、微型燃气轮机/风力发电混合系统。利用互补特性联合运行以获得比较稳定的系统性能, 在保证同样供电稳定性和可靠性的情况下, 大大减少储能的容量, 虽然联合发电系统能够确保连续24h不间断供电, 然而, 当发电电源发生转变时, 常常不能快速做出响应, 而必须通过储能实现过渡。

储能系统是调节微电源性能、保证负荷供电质量、维持电网稳定的重要环节, 因此研究储能系统设计、开发储能在微网技术中的应用十分重要。

2 储能技术在微电网中的作用

2.1 提供短时供电

微电网有两种典型的运行模式:并网运行模式和孤岛运行模式。在正常情况下, 微电网与常规配电网并网运行;当电网出现故障或发生电能质量事件时, 微电网将及时与电网断开独立运行。为避免微电网在这两种模式的转换中所伴随的有一定功率缺额的情况, 可以在系统中安装一定的储能装置储存能量, 这样就能保证在这两种模式转换下的平稳过渡, 保证系统的稳定。在新能源发电中, 由于外界条件的不确定性, 会导致经常没有电能输出 (光伏发电的夜间、风力发电无风等) , 这时就需要储能系统向系统中的用户持续供电。

2.2 电力调峰

微电网中的微源主要由分布式电源组成, 这就导致其负荷量不可能始终保持不变, 且天气的变化等情况也会使其发生波动。另外一般微电网的规模较小, 系统的自我调节能力较差, 电网及负荷的波动就会对微电网的稳定运行造成十分严重的影响。为了调节系统中的峰值负荷, 就必须使用调峰电厂来解决, 但是现阶段主要运行的调峰电厂, 运行昂贵, 实现困难。

储能系统可以有效地解决这个问题, 它可以在负荷低落时储存电源的多余电能, 而在负荷高峰时回馈给微电网以调节功率需求。储能系统作为微电网必要的能量缓冲环节, 其作用越来越重要。它不仅避免了为满足峰值负荷而安装的发电机组, 同时充分利用了负荷低谷时机组的发电, 避免浪费。

2.3 改善微电网电能质量

微电网的运行机制和微源的特性决定了其在运行过程中易产生电能质量问题。微源向微电网的投切过程、微电网向大电网的投切过程、微源和负荷的随机性功率变化, 会产生如电压波形畸变、直流偏移、频率波动、功率因数降低和三相不平衡等电压质量问题。尤其是在包括风电或光伏等可再生能源发电的微电网中, 微源输出功率的间歇性、随机性和基于电力电子装置的发电方式会进一步加剧系统的电能质量问题。储能系统通过对微电网并网逆变器的控制[14], 就可以调节储能系统向电网和负荷提供有功和无功, 达到提高电能质量的目的, 因此储能系统对于微电网电能质量的提高起着十分重要的作用。

对于微电网中的光伏或者风电等微电源, 外在条件的变化会导致输出功率的变化从而引起电能质量的下降。如果将这类微电源与储能装置结合, 就可以很好地解决电压骤降、电压跌落等电能质量问题。针对系统故障引发的瞬时停电、电压骤升、电压骤降等问题, 此时利用储能装置提供快速功率缓冲, 吸收或补充电能, 提供有功功率支撑, 进行有功或无功补偿, 以稳定、平滑电网电压的波动。当微电网与大电网并联运行时, 微电网能够补偿谐波电流和负载尖峰;当微电网与大电网断开孤岛运行时, 储能系统能够很好地保持电压稳定。

2.4 提升微电源性能

多数诸如太阳能、风能、潮汐能等的可再生能源, 由于其能量本身具有不均匀性和不可控性, 输出的电能可能随时发生变化。当外界的光照、温度、风力等发生变化时, 微源相应的输出能量就会发生变化, 这就决定了系统需要一定的起过渡作用的储能装置来储存能量, 如太阳能发电的夜间, 风力发电在无风的情况下, 或者其他类型的微电源正处于维修期间, 而其储能的多少主要取决于负荷需求。

除了上述四点以外, 储能在微网中的作用还有很多, 例如系统启动, 稳定控制, 适度容量可信度等等。

3 微网的储能技术种类

针对储能装置起到的作用, 目前电能的存储形式可分为机械储能、电磁储能和电化学储能三大类, 如图1所示。

3.1 蓄电池储能

蓄电池储能是目前微网中应用最广泛、最有前途的储能方式之一。蓄电池储能可以解决系统高峰负荷时的电能需求, 也可用蓄电池储能来协助无功补偿装置, 有利于抑制电压波动和闪变。然而蓄电池的充电电压不能太高, 要求充电器具有稳压和限压功能。蓄电池的充电电流不能过大, 要求充电器具有稳流和限流功能, 所以它的充电回路也比较复杂。另外充电时间长, 充放电次数仅数百次, 因此限制了使用寿命, 维修费用高。如果过度充电或短路容易爆炸, 在安全方面稍逊于其他储能方式。另外蓄电池中使用了铅等有害金属, 所以其还会造成环境污染。蓄电池的效率一般在60%~80%之间, 取决于使用的周期和电化学性质。

3.2 超导磁储能 (SMES)

超导储能系统 (SMES) 利用由超导体制成的线圈, 将电网供电励磁产生的磁场能量储存起来, 在需要时再将储存的能量送回电网或直接给负荷供电。

SMES与其他储能技术相比, 由于可以长期无损耗储存能量, 能量返回效率很高;并且能量的释放速度快, 通常只需几秒钟, 因此采用SMES可使电网电压、频率、有功和无功功率容易调节。但是, 超导体由于价格太高, 造成了一次性投资太大, 难以大规模投入使用。随着高温超导和电力电子技术的快速发展, 超导储能装置在电力系统中有了越加广泛的应用, 将超导储能和现代电力电子变换技术相结合, 可以实现它与电力系统的快速高效能量交换, 从而以较小的储能容量实现较大的功率调节, 在提高电力系统的动态稳定性和保证供电品质方面有着独特的优势。

3.3 飞轮储能

现代飞轮储能技术主要包括低速飞轮储能和高速飞轮储能两类。飞轮储能兼顾高能量密度和高功率密度的优点, 循环寿命长, 具有较好的应用前景。储能应用于微电网稳定控制或电能质量控制时, 需频繁释放或吸收能量, 因此低速飞轮和高速飞轮均具有较好的适应性。

飞轮储能的原理如图2所示[1]。当飞轮存储能量时, 电动机带动飞轮旋转加速, 飞轮将电能转化为机械能;当外部负载需要能量时, 飞轮带动发电机旋转, 将动能变换为电能输送出去, 并通过电力电子装置对输出电能进行频率、电压的变换, 满足负载的需求。

飞轮储能具有效率高、建设周期短、寿命长、高储能量等优点, 并且充电快捷, 充放电次数无限, 对环境无污染。但是, 飞轮储能的维护费用相对其他储能方式要昂贵得多。

3.4 超级电容器储能

根据储能原理的不同, 超级电容器可以分为双电层电容器和电化学电容器。超级电容器是由特殊材料制作的多孔介质, 它比普通电容器具有更高的介电常数, 更大的耐压能力和更大的存储容量, 同时又保持了传统电容器释放能量快的特点, 在储能领域中受到越来越多的重视。

超级电容器作为一种新兴的储能原件, 较之于其他储能方式有很大的优势。超级电容器与蓄电池比较具有功率密度大、充放电循环寿命长、充放电效率高、充放电速率快、高低温性能好、能量储存寿命长等特点。与飞轮储能和超导储能相比, 它在工作过程中没有运动部件, 维护工作极少, 相应的可靠性非常高。这样的特点使得它在应用于微电网中有一定优势。在边远的缺电地区, 太阳能和风能是最方便的能源, 作为这两种电能的储能系统, 蓄电池有使用寿命短、有污染的弱点, 超导储能和飞轮储能成本太高, 超级电容器成为较为理想的储能装置。超级电容器适用于大功率频繁充放电场合, 在微电网中对稳定控制、电能质量治理等具有较高适应性。

但是超级电容器也存在不少缺点, 主要有能量密度低、端电压波动范围比较大、电容的串联均压问题。

3.5 其他储能

在微电网系统中, 除了以上几种储能方式外, 还有可能用到抽水储能、压缩空气储能等。抽水储能在集中方式中用得较多, 并且主要是用来调峰。压缩空气储能是将空气压缩到高压容器中, 它是一种调峰用燃气轮机发电厂, 但是当负荷需要时消耗的燃气比常规燃气轮机消耗的要少40%。表1为各种储能方式性能比较[1]。从表1可以看出, 现阶段由于技术和成本的原因, 铅酸蓄电池的优势还比较明显, 但是从长远考虑, 随着其他储能方式价格的下降, 技术的成熟和环保要求的逐渐提高, 其他储能以及混合储能将会在微电网中得到更加广泛地运用。

4 储能技术的混合应用

4.1 复合储能的必要性

就目前的储能技术而言, 无论是传统的还是新型的储能, 没有一种单一的储能技术可以同时满足能量密度、功率密度、使用寿命、储能效率、环境特性及成本等多项指标。此时若将两种或两种以上的性能互补性较强的储能技术结合起来组成复合储能, 则可取得良好的技术经济性能。文献[10]和[11]提出采用超级电容器与蓄电池混合储能的储能方式, 对于解决可再生能源发电的间歇性和脉动性负荷的供电具有较好的技术经济性。

4.2 微网对储能技术的要求

复合储能可以是储能器件内部的器件级复合, 也可以是储能器件之间的系统级复合。要实现微电网的稳定控制, 电能质量改善和重要负荷不间断供电等多重功能, 储能不仅要具备短时高功率支撑能力, 还需提供较长时间的能量支撑, 对储能的技术性和经济性要求较高。如将超导储能、飞轮储能或超级电容器等功率密度高、储能效率高及循环寿命长的储能技术与蓄电池、钠硫电池或液流电池等能量密度高但受制于电化学反应过程的储能技术相结合, 可最大程度发挥各储能技术的优势, 提高系统经济性。

4.3 选择方案比较

在物理储能方式中抽水蓄能和压缩空气储能具有规模大、能量转换效率高、循环寿命长和运行费用低等优点, 但要受到诸如特殊的地理条件和场地等外部条件的限制, 建设的局限性较大, 且一次性投资费用也较高, 响应速度慢, 无法满足微电网并离网转换及正常运行时实时控制的动态需求。

目前储能主要采用的铅酸蓄电池存在循环寿命较短、不可深度放电、其容量与放电的功率密切相关、运行维护费用高等缺点, 如不进行技术方面的提高很难满足未来电力系统储能设备大容量的发展。镍镉蓄电池与铅酸蓄电池相比具有体积小、可深放电、耐过充和过放电、以及使用寿命长, 维护简单等优点。主要缺点是内阻大、电动势较低、造价高、有记忆效应。同低成本的铅酸蓄电池比较, 镍镉电池初始成本高3~4倍, 因此在微电网供电系统中较少采用。

电磁储能供电力系统调峰用的大规模超导蓄能装置、大型线圈产生的电磁力的约束、制冷技术等方面还未成熟, 该项技术尚不能进入大规模工业化应用。

与飞轮储能和超导储能相比, 超级电容器在工作过程中没有运动部件, 维护工作极少, 可靠性非常高, 使得它在小型的分布式发电装置中应用有一定优势, 性能比较见表2[2]。

4.4 储能设备的复合应用

分布式发电系统, 特别是在基于可再生能源的分布式发电 (distributed generation, DG) 中加入蓄能装置可以有效地提高能源利用率、降低环境污染、改善系统的经济性。使DG按照预先制定的规划进行发电, 提高并网运行的可靠性和调度灵活性。

超级电容器在其额定电压范围内可以被充电至任意电位, 且可以完全放出。而蓄电池则受自身化学反应限制工作在较窄的电压范围, 如果过放可能造成永久性破坏。

蓄电池如果经常受高功率脉冲影响, 必然会导致其寿命的减短。体积相当的蓄电池与超级电容器相比, 前者可以存储更多的能量。超级电容器可以快速充电并且反复循环数十万次, 而蓄电池仅允许几百个循环。超级电容器目前由于受容量和价格方面的抑制, 不适合于大规模储能场合。因此将超级电容器的高功率特性和蓄电池的高能量存储能力结合起来, 是一种较好的储能方式。

从蓄电池和超级电容器的特点来看, 两者在技术性能上有很强的互补性。蓄电池的能量密度大, 但功率密度小, 充放电效率低, 循环寿命短, 对充放电过程敏感, 大功率充放电和频繁充放电的适应性不强。而超级电容器则相反, 其功率密度大, 充放电效率高, 循环寿命长, 非常适应于大功率充放电和循环充放电的场合, 但能量密度与蓄电池相比偏低, 还不适宜于大规模的电力储能。

如果将超级电容器与蓄电池混合使用, 使蓄电池能量密度大和超级电容器功率密度大、循环寿命长等特点相结合, 无疑会大大提高储能装置的性能。研究发现, 超级电容器与蓄电池并联, 可以提高混合储能装置的功率输出能力、降低内部损耗、增加放电时间;可以减少蓄电池的充放电循环次数, 延长使用寿命;还可以缩小储能装置的体积、改善供电系统的可靠性和经济性。

当然, 除了超级电容器与蓄电池的混合储能技术外, 光伏系统中采用蓄电池作为能源存储设备, 光伏系统中采用氢能方式实现能源存储, 以及综合互补氢气与蓄电池的优缺点而同时采用氢能与蓄电池的混合储能技术来实现光伏微网的功率平衡等等措施均为混合储能系统提供了一些可实施的方案。

5 微电网储能研究发展趋势及存在的问题

通过以上分析可知, 各种储能方式都不能完全兼顾安全性、高比功率、高比能量、长使用寿命、技术成熟以及工作温度范围宽等多方面的要求。因此, 本文着重研究的例如蓄电池与超级电容器混合储能的储能方式将存在很大的研究前景和发展空间。但由于时间和精力有限, 本文还有部分难题尚未解决:

(1) 储能装置的功率及容量配置问题[4];

(2) 储能装置的控制方法;

(3) 储能装置如何保证微网在并网运行模式与孤岛运行模式之间的平滑切换;

(4) 如何保证储能装置的经济运行等[8]。

6 结语