全世界最大的储能系统是什么?

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  这几年储能概念股夯,谈到储能,所有焦点都集中在锂电池,可是不只锂电池储能,很多东西都可以储能,之所以一直谈锂电池,是因为锂电池是目前高手擂台上最具冠军相的选手。我们今天就花三分钟的时间,为你建构系统性的储能系统知识框架。

三种储能方式:物理储能、电磁储能、电化学储能

  储能是先将电力转化为其他形式的能量,存放在「储能装置」中,并在需要时释放,在充电与放电的过程中,自然实现了能量的跨时间转移,如同「水库」居中做个「削峰填谷」调节:水多的时候储存起来,水少的时候放出来大家用,这就是储能的角色。

  储能装置有多种方式,我们可以将电能转化为动能、位能和化学能等,对应能量转换方式的不同,目前主要的储能类型分为物理储能、电磁储能、电化学储能。有些分类会拆分成五类甚至更多,我建议不需要花时间纠结在分类上,这种纠结拿来搞学术可以取得相当的成就,但如果你是个创业者或是投资人还这么想,我建议你应该改行。
 

种类 典型额定功率(kW) 额定功率下的放电时间 特点 应用场景
物理储能 抽蓄水力储能 100,000~2,000,000 4~10小时 合适大规模储能、技术成熟、充放电速度中等、受地理条件限制 调峰、日负载调节、频率控制、系统备用
压缩空气储能 10,000~300,000 1~20小时 合适大规模储能、充放电速度慢、受地理条件限制 调峰/调频、系统备用、平滑可再生能源功率波动
飞轮储能 5~10,000 1~1,800s 寿命长、无污染、成本高 调峰、频率控制、电压控制、不断电电源
电磁储能 超导储能 10~50,000 2~300s 充放电速度快、需要低温条件才能运行、成本高 输配电稳定、抑制震荡
超级电容储能 10~1,000 1~30s 充放电速度快、成本高 频率控制、电压控制
电化学储能 铅酸电池 几千瓦~几万千瓦 几分钟~几小时 技术成熟、成本低、寿命短、存在环保问题 备用电源、全黑启动
锂电池 几千瓦~几万千瓦 几分钟~几小时 能量密度高、寿命与安全问题仍需要持续改善 频率控制、电压控制、备用电源、平滑再生能源功率波动
液流电池 5~100,000 1~20小时 寿命长、可深度放电、便于组合、环保、能量密度稍低 备用电源、平滑再生能源功率波动
钠硫电池 100~100,000 数小时 需要高温条件才能运行、安全问题有待改善 频率控制、电压控制、备用电源、平滑再生能源功率波动
铝电池 几千瓦~几万千瓦 几分钟~几小时 能量密度稍低、安全性高 备用电源、全黑启动、其他对能量密度要求不高的应用

(表一)三种主要储能方式比较表
资料来源:谢芳吉

 

全世界最大的储能系统是抽蓄水力储能,而且短期来看它的主导地位不会改变

  我们先来理解物理储能。物理储能包括抽蓄水力储能、压缩空气储能和飞轮储能等。抽蓄水力机组除了用来发电,也就是我们平时理解的「水力发电」之外,反向过来也可以做为储能电池,供电力调度之用。抽蓄水力储能容量大、储电成本低,可以说是一个天然电池,而且短期来看它的主导地位不会改变。

  但抽蓄水力储能并没有太大的成长潜能,因为它的建设完全依赖于地理条件,也就是说当地水资源是否足够丰富且稳定供应,这几年开始,新建的水库几乎都面临到生态与环境争议而搁置。2016年以来全球的抽蓄水力机组装机量仅成长0.6%。

  压缩空气储能顾名思义是用空气作为能量的载体,利用电力将空气压缩,储存在废弃矿井、过期油气井或储气井、海底、盐洞等,当需要时再将压缩空气与天然气混合,加热燃烧推动涡轮机发电。虽然运作仍然需要化石燃料,但还算环保,技术特点是输出功率大(MW级);持续时间长,可达数小时;运行寿命长,可循环上万次,寿命可达40年。缺点是受地理结构限制,建设成本高,应用上不易普及。

  飞轮储能同样顾名思义,是用电力将一个圆柱体用非常快的速度在真空中加速,从而将电能以动能的形式储存起来,再把动能转成电能使用。飞轮储能常用于工业里的不断电系统UPS中,或于电网上进行频率控制和电压控制,技术特点是储能效率高达90%、使用寿命长、环保无污染、使用起来很简单。缺点是能量密度低、保养费用昂贵、性价比差。

超导储能和超级电容储能目前成本都很高,短时间不会大量应用

  电磁储能包括超导储能和超级电容储能。超导储能是把超导材料制成的线圈放在临界温度的容器中,在这么极端温度的环境之下,超导体内的电阻是零,传输电能时不会有电力损失,能量就以超导线圈中循环流动的直流电储存在磁场中。

  但是为了要实现超导储能,它需要耗费能源创造出临界温度的环境,实在是太贵了,也不够环保,而且能储能的时间非常短,虽然已有超导储能产品可用,但在电网中应用很少,大多是试验性的。

  超级电容储能则是采用特殊电极结构,使电极表面积增加几万倍,从而产生很大的电容量,技术特点是充放电速度快,可循环使用次数高,用在公车或捷运上,能够在加速时快速放电,在刹车时回收能量,即使频繁加速、刹车也不会影响电池寿命。

全世界成长最迅速的储能系统是电化学储能,其中又以锂电池储能最具冠军相

  电化学储能是近年最热门,这也是近年来发展最迅速的储能类型。2018年可以说是电化学储能的元年,也是集中爆发的一年,电化学储能的种类非常多,其中铅酸电池挟带非常低廉的成本优势,大量使用在动力电池例如汽机车的启动电瓶、电动自行车,以及储能电池如不断电系统等。但其问题在于使用寿命短,不环保。

  锂电池最大的优势就是能量密度高,制造成本随著电动车市场的规模效应而不断下降,是目前电化学储能应用最多的电池。

  液流电池有好几种,我们最常听到的是全钒液流电池。技术特点是使用寿命长、充放电性能良好、容量也可达MW级,适合于应用在电力系统中,但制造成本较高。

  钠硫电池的技术上有个前提,其电池的运行温度需保持在300℃以上,以使电极处于熔融状态。再加上制造成本也高,因此比较少大规模应用。

  另一个是最近新闻常出现的铝电池,铝、石墨这种材料产量丰富,量产时,较其他电池便宜,而且寿命长、没有有机溶剂在其中。它的缺点就是能量密度不够高,所以要慎选应用场景。

  我们在理解或使用储能电池的技术时,要先接受一个思维前提:这个世界上没有一种完美的储能技术,我们只是在不同的应用场景里做了选择。天生我才必有用,各种储能电池技术都有其合适的应用场景,有它的优势也有它一定的限制。

  看完这篇文章相信可以帮助你脱离一知半解,不再靠著吸收碎片化的知识或资讯,片面解读储能。如果你还想了解更多,也欢迎参加产业小聚,或加入绿学院LINE官方帐号,跟我们聊聊喔!建议用手机点选连结,或者扫描下方与我们同步QR Code。

 


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