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抽水储能最早于19世纪90年代在意大利和瑞士得到应用,1933年出现了可逆机组(包括泵水轮机和电动与发电机),现在出现了转速可调机组以提高能量的效率。抽水蓄能电站可以按照任意容量建造,储存能量的释放时间可以从几小时到几天,其效率在70%至85%之间。
抽水储能是在电力系统中得到最为广泛应用的一种储能技术,其主要应用领域包括能量管理、频率控制以及提供系统的备用容量。目前,全世界共有超过90GW的抽水储能机组投入运行,约占全球总装机容量的3%。限制抽水蓄能电站更广泛应用的一个重要制约因素是建设工期长,工程投资较大。
2 先进蓄电池储能
据估计,全球每年对蓄电池的市场需求大约为150亿美元,在工业用蓄电池方面,如:用于UPS、电能质量调节、备用电池等,其市场总量可达50亿美元。在美国、欧洲以及亚洲,正在组建生产电力系统储能用的高性能蓄电池企业。在过去的12至18个月里,已有生产能力达每年300MW的蓄电池生产线投入运行。
铅酸电池是最古老、也是最成熟的蓄电池技术。它是一种低成本的通用储能技术,可用于电能质量调节和UPS等。然而,由于这种蓄电池寿命较短,因此限制了其在能量管理领域中的应用。ZnBr电池在20世纪70年代早期由Exxon开发成功,经过多年的研究和发展,已经建成了很多容量为数千瓦时的ZnBr电池储能系统并经过试验,其净效率为75%。20世纪80年代初期澳大利亚新南威尔士大学率先研制,j出VRB(Vanadium Redox Flow Battery)电池,目前,在日本已安装了一套500kW/5MW•h的VRB储能系统,其净效率高达85%。
近年来,各种新型的蓄电池被相继开发成功,并在电力系统中得到应用。英国的Regenesys Technologies正在采用PSB(Polysulfide Broe Flow Battery)电池建设一座15MW/120MW•h的储能电站,其净效率约为75%。NaS电池具有较高的储能效率(约89%),同时还具有输出脉冲功率的能力,输出的脉冲功率可在30s内达到连续额定功率值的六倍,这一特性使NaS电池可以同时用于电能质量调节和负荷的削峰填谷调节两种目的,从而提高整体设备的经济性。在日本,目前采用NaS电池技术的储能示范工程有30多处,总储能容量超过20MW,可用于8h的日负荷峰谷调节。
与其他蓄电池相比,锂离子电池的主要优点是储能密度高
(300~400kW•h/m3,130kW•h/t),储能效率高(接近100%)和使用寿命长(每次放电不超过储能的80%时可充3000次)。
由于具有上述优点,锂离子电池得到快速发展。但是,尽管在几年之内锂电池已经占有小型移动设备电源市场份额的50%,生产大容量锂离子电池仍然有一些挑战性的工作要做,主要的障碍在于其居高不下的成本,这主要是由于它需要特殊的包装和配备必要的内部过充电保护电路。
在所有的蓄电池中,Metal-air电池结构最为紧凑,并且可望成为成本最低的蓄电池,这是一种对于环境无害的蓄电池。其主要的缺点是这种电池的充电非常困难而且效率很低。
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